[内容提要] 最近美国《科学》杂誌发表了一资深核物理学家的质疑热核聚变能源前途的文章，从工程造价和维护成本考虑认为核聚变能源工程需要建设和维护一座工厂，过高的成本很难让聚变能量成为一种可行的能量来源由此引发了国际热核聚变能源前途的新一轮纷争。

纵观科技发展史只要理论真囸到位，还没有一项重大的技术应用象热核聚变能源那样经历如此漫长的时间和如此巨大的人力物力投入而至今仍然没有成功的面对这┅严峻的现实，难道不应当重新认真审视所依据的理论是否存在根本性缺陷吗

本文先从当前热核聚变能源前途的纷争谈起，在介绍统一電磁力场新理论的基础上深入分析了现行核物理的原子核的质子数是什么—中子组成学说的严重缺陷，代之以正电子—中子核结构学说并引用了大量近现代物理经典实验的结果作为充分证据；同时，对有关核结构、核能、核力、核聚变反应、太阳核聚变能源机制等问题莋了全新的说明指出现行核物理存在着严重的缺陷是聚变能源不可行的根本原因；同时还提出了合理利用氢同位素核能的多种途径；最後还从科技史上理论向应用转化的规律的认识反思当今核聚变能源研究的认识误区。

关键词：热核聚变 能源 聚变反应 易经模型

一. 从当前热核聚变能源前途的纷争谈起 [1][2][3] 在2006年3月10日的美国《科学》杂志上发表了一篇质疑热核聚变能源前途的文章。作者William Parkings是一位资深的核物理学家缯参加过二战期间研制第一批原子弹的曼哈顿工程，在加州大学从事分离铀研究当时在伯克利由劳伦斯(Lawrence)主持电磁法分离铀235研究，为在短時间内提供制造原子弹所需要的足够浓缩铀做出了巨大的贡献而有“原子弹之夫”之称的著名理论物理学家奥本海默（Oppenheimer）从理论上指导過劳伦斯的电磁法分离铀235的研究，以后主持整个曼哈顿工程他在加州大学和加州理工学院执教过的很多学生成了曼哈顿工程的中坚。二戰结束后William Parkings 长期担任位于加州的Rockwell国际工程公司的首席科学家。

在《科学》杂志上发表的这篇《聚变能源究竟可行不可行》中，William Parkings根据一些核聚变实验装置的资料并同传统的裂变反应堆相比较指出聚变堆在高温高压下反应物活性中子会剧烈损害反应堆器壁，需要频繁更换洏且庞大的冷却系统又使材料成本大大高出裂变堆。他认为目前倍受关注的国际热核反应实验装置（ITER）需要建造和维护一座工厂，过高嘚成本很难让聚变能量成为一种可行的能量来源他认为现在仅是将聚变能源推销给科学家们去研究而不是给发电厂的时候。

同美国《科學》遥相呼应 3月9日，在世界另一顶尖科学杂志英国《自然》上发表有《聚变能源难以为继》的报道和评论文章明确指出：核聚变反应昰一个代价昂贵的梦想，根本不可能获得经济型能源Parckings的观点像一股寒风吹凉了参与ITER的科学家的心。文中还援引美国《科学》杂志现任主編Donald Kennedy的观点:“我真的喜欢这篇文章,尽管它一定会激怒一些人”“我发现Parkings的观点令人信服。”“在ITER能否生产具有成本竞争力的聚变能源方面還存在许多工程方面的疑虑” 发表在《科学》上的这篇文章是他根据Parkings在去年10月去世前提交的文稿缩编的。《自然》上的这篇文章还报道叻持不同观点的英国物理学家David Word的说法他指出Parkings提出的问题已经老旧过时。他承认聚变堆的一些零部件需要定期更换但坚持说这些因素已經进入最后的成本分析，并补充说Parkings的冷却系统计算过高地估计尺寸和材料的成本

英国的另一著名科学杂志《新科学家》也发表了《资深科学家说聚变能源没有前途》的报道和评论文章。世界各大报纸和网站包括中国《科学时报》等都有相关报道。在发表的一些反对意见Φ美国国家新型反应堆指标评估研究(ARIES)项目负责人和曾参与ITER工程的美国小组负责人的观点引人注目，两位科学家认为Parkings使用的是70年代的资料而以后的经改进的新型聚变堆的成本已有显著的降低。

显然当前这一起关于聚变能源前途的纷争，涉及的仅是工程造价和维护成本方媔之争也不排除今后有进一步大幅度降低成本的可能性。成本问题当然很重要但更严峻的问题恐怕还不在成本上，因为成本问题只有茬热核聚变确实能够产出能量才有同传统裂变堆相比较的意义而严酷的事实是，自上世纪30年代太阳核聚变能源机制提出至今近70年自50年玳氢弹爆炸至今也已50多年。在过去的60多年来世界有50多个国家建造了大大小小的托克马克（Tokamak）磁环流器聚变堆就有近百座所耗资金要远远超出200亿美元，但没有一座聚变实验堆能维持短期的连续运转更谈不上能获得大于输入功率的能量输出了。对此早有科学家对热核聚变持懷疑态度即便是乐观的鼓吹者，也不得不承认热核聚变的难度超乎想象还要50年才成。这就是说总共需要上百年。作为一个依据既有悝论的应用项目其时间之臃长、投入之巨大，同收效之甚微的强烈反差在近现代科学技术发展史的理论向应用转化的实践中是绝无仅囿的。除了成本问题之外难道不更应当重新审视聚变理论是否正确到位的根本性问题吗？

根据中西科学文化融合互补的创新理论——统┅电磁力场理论（易经数理模型）的分析现行核物理以及聚变机理有严重的局限性，依据现行理论的核聚变能源不可行这才是根本原洇。

二. 统一电磁力场理论（易经数理模型）—— 一个中西科学文化融合互补

统一电磁力场理论（易经数理模型）是通过中西科学文化融合互补而创建的新科学理论体系其基本数学物理表述是以能量守恒与转换定律和库仑定律为基础所建立的宇宙物质多层次有心力场中电磁楿互作用的理论模型。其中电磁力统一表述为磁荷作用下由库仑定律所确定的平方反比力，在相互作用或势能中引人排斥成分并扩充哈密顿量这是根据易经阴阳之道所做的关键处理。所建立哈密顿—雅可比方程是可积分的在系统收敛条件下有确定的轨道和动量（角动量）的多值实数解析解。由收敛条件所确定的稳定周期解的数学结构极其简洁可表示为由总磁荷数、总能量数和总质量数3个整数常数组荿的同哈密顿系统形位空间的方位角有关的8组代数式。这3个常数是表征物质结构和运动的三大基本要素物理意义明确，并具有相同的量綱可以约化，构成表达式中的无量纲参数8组代数式是分别表示在哈密顿形位空间的磁荷、能量和质量同形位空间方位角的多值关系，甴此得到运动轨道和动量可以变换为其它坐标系所反映的是确定的物质结构和运动的数量关系。这一现代数学物理分析的结果同中国古咾易经和河图洛书的符号和图形所表述的象数完全一致易经数理模型由此而名。这一描述物质结构和运动的数学原理的新理论体系具有陸大鲜明特征：

第一. 宇宙物质从微观粒子到宏观天体,其相互作用统一为一种电磁力形式和唯一的有心力场系统，是吸引和排斥作用的统┅这就是统一力场。新理论模型系统地描述了统一力场中以磁荷表征的正反物质的正—反—合的结构和运动并具有多値的数量关系也僦是说，宇宙物质在每一个力场层面上都是由正反物质以一定的数量关系来架构和运动的这也是易经“一阴一阳之谓道”和“太极”的核心问题。

严格地表述了有心力场中的正反磁荷物质由方程解的椭圆积分收敛条件所确定的物质结构和运动的聚合或分裂的数量界限即囧密顿系统的积分常数和系统几何常数组成的数学发散点，同系统的磁荷、能量和质量以及相互间对应的空间几何方位直接有关这就是現代物理学“量子”的本质和起源，同易经象数和河图洛书的黑白点阵数相对应也就是说，易经八卦的象数和河图洛书的阴阳点阵数就昰一种量子数的数量加减关系超越了现代量子论的水平。

第三. 深刻地揭示了物质运动的机械动能—势能相互转换同以磁荷所描述的电磁特征的内在同一和协调关系是机械运动同电磁运动的统一，是物质运动的基本形式可统一表述为磁荷、能量和质量三大基本物理量的量子化的数量关系上，具体表示为解析形式的3个物理量的无量纲参数在易经八卦和河图洛书中分别用三个画爻的正负符号和黑白点阵数表示量子数，是物质结构和运动的最简洁最透彻的描述

具体地给出了有心力场的形位空间的4个象限中的正反物质及其缔合物的能级数量囷方位特征，表示为8组代数式其磁荷数、能量数、质量数三大无量纲常数是有界的，并具有1－3－5－7－9和2－4－6－8－10的奇偶特征以及具有徑向分量和切向分量此消彼长互补特征和奇数5的中介特征。这在易经中由四象八卦以及河图洛书的天地（阴阳）数表示其生成物又进一步由六十四卦和阴阳五行表示，描述了宇宙物质的发生、发展到消亡的正—反—聚合—分裂的数量特征其中的电磁相互作用的方位特征臸关重要，在不同方位上具有不同的正反物质的聚合或分裂组合形式易经的阴阳五行（水火土金木）所对应的就是在4象限形位空间和“⑨宫”(中位)中的物质的原子和分子结构，包括普通的酸（氢化物）、碱（氢氧化物）、非金属盐（酸碱中和物）、金属盐和有机化合物共伍大类物质的合成和分解远远超越了近现代的元素周期规律的认识水平。

第五. 全面体现出有心力场中物质结构和运动的多层次性质在烸一个层面上正反物质在统一力场中是通过系统的势能—动能转换和磁荷相互关联，具有量子性质、多值性质、正反物质性质及组合分解性质在每个层面上所确定的轨道粒子还能够以自身为有心力场的中心来层层扩展构成多层面宇宙，在易经中用 “九宫”的中位描述了内外两个方向的层面延伸

第六. 全面系统地体现出宇宙物质的物理描述和数学描述天成一体的内在统一性,其物理本质在数量上的奇偶性质和囿界性质的数学描述天然构成了自然数的10进位值制的基础，这正是现代数学科学的王冠和明珠在同易经一脉相传的中国古代的筹算早已達到这一水平。

总之易经模型是描述物质结构和运动的数学原理的现代大统一理论体系，可以对微观粒子的运动和宇宙天体的演化给出統一的说明并通过对近现代物理学的基本概念和基本问题所给出的统一的更深刻的说明得到证实并将为更进一步的科学实验和观测所证實。这个新理论体系可望对发展科学技术和应对日趋严重的能源、资源、环境和自然灾害等现实需要起到推动作用

[具体可参阅《从现代數学物理分析结果看易经的科学性基础》和《易经模型简介》 ]

三. 质子数是什么—中子组成学说的严重缺陷以及正电子—中子核结构说的确竝

正电子—中子核結构学说——根据统一电磁力场新理论(易经数理模型)和大量现代实验结果分析对原子核结构和运动的一个合理自洽描述应当是正电子—Φ子核结构说，这是一个结构形式相当简洁、物理图像相当清晰且同旧理论相当包容的新理论其要点是，原子核是由中子核及围绕中子核运动的正电子组成的这是一个完整层次的电磁力作用下的有心力场结构，其力场结构和运动特征实际上同狄拉克相对论性波动方程的負能解的结果是一致的而核外电子同正能解相对应。而中子核内部也是确定的有心力场结构层次的：它是由致密中子内核和绕核运动的軌道中子组成的这里没有所谓“质子数是什么”。必须强调指出原始质子数是什么概念来自一种被实验证实就是氢原子核的带有单位囸电荷的粒子，实际上是一个具有一个中子的中子核和一个轨道正电子的复合结构也只有作为氢原子核时才有意义。而将这种原始质子數是什么（氢原子核）同中子都作为葡萄干混装到一起组成原子核必然造成力场混乱不清必须纠正，代之以正电子—中子核结构说其Φ，现行原子核的质子数是什么—中子组成中的电荷数（质子数是什么数）实际上应是正电子数而质子数是什么数应归并为中子数并纳叺中子核之中。电荷数和质量数保持不变

3. 原子核的正电子—中子核结构，实际上已经为近现代的大量实验所证实

下面是站在新的高度鉯新的视野重新认识这些实验。

实验1——人工放射性核反应的著名实验上世纪初天然放射性现象已经发现从原子核内放射出正电子。1933年当约里奥—居里夫妇研究用α粒子轰击铅核时，发现铅衰变成为磷核的不稳定同位素，并继续很快衰变，放出1个正电子生成硅；并且当 α粒子停止轰击时，铅核还在继续衰变，放出正电子，这就是人工放射性。约里奥—居里夫妇 由此获得了1935年的诺贝尔化学奖。 人工放射性實验的最终结果是放射出正电子这是原子核内存在正电子的最直接的也是最朴实无华的说明。但物理学界最终还是接受了海森堡的电荷茭换的诡辩解释由此长期误导了对核内物质结构的进一步深入认识。

实验2——发现中子的经典实验1919年卢瑟福通过用α粒子轰击氮原子放出氢核，而发现了质子数是什么。不久即预言不带电的“中子”的存在1930年，德国物理学家博特和贝克尔用刚发明不久的盖革—缪勒计数器发现金属铍在α粒子轰击下，产生一种贯穿性很强的辐射，认为是γ射线；1932年约里奥?居里夫妇重复了这一实验，他们惊奇地发现这種硬γ射线的能量大大超过了天然放射性物质发射的γ射线的能量。同时他们还发现用这种射线去轰击石蜡，竟能从石蜡中打出质子数是什么来约里奥?居里夫妇把这种现象解释为一种康普顿效应。但是打出的质子数是什么能量高达5.7MeV同根据照康普顿公式计算出的入射的γ射线能量严重不符。查德威克在卢瑟夫支持下在卡文迪许实验室重做这个实验，他用α粒子轰击铍，再用铍产生的射线轰击氢、氮结果咑出了氢核和氮核。由此他断定这种射线不可能是γ射线。因为γ射线不具备将从原子中打出质子数是什么所需要的动量。他认为只有假定从铍中放出的射线是一种质量跟质子数是什么差不多的中性粒子，才能解释经过认真测量和推算，得到的结果是这种不带电的未知粒子的质量同质子数是什么（氢核）很接近至此中子被发现，核物理中增加了一个最重要的成员中子同正电子一样，也是原子核的组荿就当时的认识和手段，这已经是相当大的突破了但对辐射出的中子在原子核内部的具体分布位置以及能量和力学特征还说不清楚，矗至新理论模型及其以下的中子程实验和四中子团实验的验证才能确认中子辐射来自中子外核的轨道中子，围绕中子内核运动具有较夶动能，同中子内核间由弱磁荷相互作用

实验3——高能电子散射实验。上世纪50—60年代霍夫斯塔特在斯坦福直线加速器中心（SLAC）所做的高能电子散射实验取得大量重要成果。散射实验是现代物理窥测微观世界物质结构的重要窗口所依据的是有心力场中的物质粒子的电磁莋用原理，通过对入射和出射的物理和几何特征的实验测量和统计学规律来确定单位面积上发生一定反应的几率特征称为散射截面，具體可表述为入射粒子能量、动量转移和出射角度的函数斯坦福散射实验是以电子为探针，成功地确定了带有正电荷的多种原子核的尺寸夶小值得注意的是，对反应截面的仔细分析发现整个原子核并不全部都表现为硬质实体，而发现在表面有一层薄薄的松散的结构当時称为介子云。这实际上应当就是正电子层而内部的硬质实体，当时解释为“部分子”（Parton）以后又说成是“夸克”，实际应是中子心核这一使用现代技术手段的实验结果发现了原子核内还有结构,实际上已经为原子核的正电子—中子 核结构提供了现代实验证据。

实验4——高能电子非弹性散射实验上世纪60年代末开始，麻省理工学院和斯坦福大学的科学家继续在SLAC加大能量进行高能电子散射实验的结果发現了明显的弹性散射和非弹性散射两种表现形式。所谓弹性是指反应没有新的粒子生成而非弹性指反应有新粒子生成而显现较为复杂。對质子数是什么（氢原子核）散射表现的非弹性散射截面随着入射电子能量的加大在前一段出现了4处断续小波动后半段表现连续小波动，这同所表现的非弹性散射在同样能量下的连续平滑的截面且在最大的某能量值下出现一巨大尖峰值有明显不同而且，非弹性散射截面奣显大于弹性截面并在逐渐接近弹性尖峰处非弹性截面下降，而弹性截面在接近最大弹性峰值时稍有上升直至两种散射截面会合一处鈈再延伸。这一结果长期得不到合理解释实际上，这正是比较精细地反映出质子数是什么和中子的极具价值的信息其中，弹性散射是叺射电子穿过核表面正电子层直接对中子心核轰击的结果就象当年卢瑟福对原子散射发现了原子核一样。而非弹性散射对应着入射电子對质子数是什么表面层中的正电子的轰击结果反映出正电子本身所处的较高能量和量子特征：在入射高能电子激发下的波动特征同被束縛在核表面的正电子所具有的量子波动特征之间相互偶合调制作用下，或发生适当散射出表现有较大出射截面或同正电子碰撞发生所谓“湮灭”失去大部动量并产生新粒子，使截面出现断续而两种散射截面发生会合，是因为表面层的正电子已经被剥离殆尽故表现出的非弹性截面逐渐减少并最终裸露为中子。而迭加在非弹性散射截面曲线上的小波动正是对应着正电子被入射高能电子激发分离出光子并釋放出能量的特征表现，也正是非弹性散射的基本特征的体现对于由一个中子组成的中子心核的弹性散射，由于入射能量增加使中子表媔实际存在的具有同正电子层相反磁性特征的中子表面层粒子受到激发故表现出截面稍有上升，最终同非弹性截面合二为一这一实验結果的全部细节由此可得到全部解释。这次实验还发现分别对质子数是什么和中子的非弹性散射也出现了截面明显不同的出乎意料结果，质子数是什么散射更大这说明质子数是什么外层具有更高能量和动量的正电子，电磁特征较大,故反作用较大；而中子心核磁特征比表媔层有正电子分布的质子数是什么要小,故同入射电子相互作用相对较小反射截面也小，这同以上对质子数是什么的两种形式散射的结果昰一致的二次斯坦福实验结果是对原子核的正电子—中子核结构的一个进一步的最有说服力的证据。至于把该实验结果说成是对质子数昰什么内部存在所谓“夸克”的证据实际上是很不确切的。这个问题已经超出本文的主题在此不作累述。

实验5——极化质子数是什么碰撞实验上个世纪70—80年代，还有一项极化质子数是什么间的碰撞实验也显示了令人惊奇和不解的结果从而向现有的质子数是什么结构忣其相互作用力性质提出了挑战。这是美国密执根大学的科学家小组先后在加贡实验室和布鲁克海文实验室通过电磁极化确定质子数是什麼的姿态方位然后加速碰撞，发现高能下极化方向相同的质子数是什么同极化方向相反的质子数是什么在90度散射角的截面不同而且从某一确定的入射能量开始，差值随着能量的增加逐渐加大这一结果用质子数是什么的正电子—中子核结构可以得到解释：实际上不同极囮方向的质子数是什么中的正电子的绕核运动的方向是相反的，相互碰撞时的动量转移自然是不会相同的如果质子数是什么只是一个仅帶有电荷而没有表面层的正电子绕核运动的“葡萄干”，就不会有这种差异很好解释。这再一次为原子核中正电子绕核运动的存在提供叻力证

实验6——以正电子为探针的深度非弹性散射实验。上个世纪90年代德国汉堡加速器中心（DESY）由两个科学家小组利用强子—电子储存環加速器（HERA）分别以电子和正电子为探针对质子数是什么进行更大能量的深度非弹性散射实验两个小组分别独立进行检测的结果都反映絀在分别以电子和正电子为探针时的实验结果同理论计算值间存在多倍的巨大“误差”。这一实验结果合理解释只能是：在质子数是什么（氢原子核）的外表面层有正电子分布故对具有不同极性电荷的炮弹或者相互吸引发生“湮灭”，或者相互排斥故产生了动量转移的巨大差异，最终反映到反应截面上的巨大差异也反映出预测理论的缺陷。别无其它合理解释这是质子数是什么（氢原子核）表面层内囿正电子分布的又一力证。

实验7——中子散射发现中子程实验上世纪60年代，通过中子散射实验发现中子内部存在有疏松结构的中子程Φ子同铜、镉、铅核相互作用总截面随入射中子能量的变化曲线，实线代表实验的测量值虚线表示了中子于一个完全吸收中子的“黑原孓核”的相互作用总截面。如果实验结果象虚线所示则表示中子在核内的运动程很短，即表示原子核中的核子是紧密排列的但是，实際测量到的总截面随中子的入射能量的变化而发生振荡表明入射中子有一部分穿透了原子核，投射中子同入射中子相干而产生振荡这┅实验结果表明一部分中子在原子核中的自由程至少是可以同原子核大小相比拟的，这些具有较大自由程的中子正是中子外核中的空间轨噵运动的中子它们同致密的中子内核的联系相对不够紧密因而易于受电磁激发或碰撞而逸出。中子程的发现是中子核内部具有绕核运动嘚轨道中子的有力证据而原子核的质子数是什么—中子“葡萄干”根本就没有达到这一层次。

实验8——重离子撞击实验中的反常正电子峰为了验证量子电动力学QED和狄拉克方程所进行的重粒子撞击过程中的正电子产出，80年代后期在原西德的重离子加速器上先后对钍—钍、钍—铀、铀—铀、钍—锔、铀—锔等相互碰撞进行了系统的实验研究，结果确实发现了能量为330KeV的正电子峰但是，实验结果同一般QED的理論预测的Z20关系有明显不同正电子峰值对原子序数Z是很不敏感，无明显的依赖关系；其次它们间变化狭窄，小于80KeV；其三还不仅观测到囸电子峰，而且还观测到同正电子峰相关联的峰值与宽度相同的电子峰依据新理论体系的正电子—中子核结构模型，这一结果相当合理不仅不“反常”，而且相当正常因为90号元素钍、92号铀、96号锔同属稀土族锕系，正电子数分别为90、92、94中子内核的中子对数69、71、75，中子外核的轨道中子的仅外数第4亚层的中子数分别为2、4、8其它内外最外的16个亚层（6个空道）完全相同，正电子也是同样对应的层次和和数量碰撞激发的能量差别主要体现在外核中子和正电子数2、4、8上面，平均占总数的5﹪这一所谓反常正电子峰至今没有得到解释。而实际上囸是原子核的正电子—中子核结构的有力实验证据之一

实验9——超重元素核“政僚”的发现。上世纪90年代,美国等国家的科学家在大气环境和矿物中确切地发现了一种最重的奇异元素,暂命名为“Administratium”(有中译名“政僚”)它没有电子，也没有质子数是什么而完全是由总共是312个Φ子和所谓副中子组成的，并具有可长达3年的稳定半衰期按现行核理论的质子数是什么—中子组成学说，这个没有质子数是什么的元素嘚电荷数为0元素序数亦为0，也不可能存在维系核稳定结合的质子数是什么同中子间的所谓电荷交换力这又怎么可能呢？但它却是在自嘫界确实存在着的客观事实这一事实本身就是对原子核的质子数是什么—中子组成说的否定。而按新理论的原子核的正电子—中子核结構学说却是很容易得到合理解释的这个“政僚”正是存在于地球空间的120号元素原子被剥离出电子和正电子后的中子内核，其中具有96个正負中子对组成的中心核和外围轨道上的120个正中子（对应着原子序数）总共有312个中子，同测试结果相同没有所谓质子数是什么是完全合凊合理的。由此消除了质子数是什么的概念带来的混乱和危机感谢老天爷圣明，现代物理不是顽固地死抱着质子数是什么不能自拔吗? 圣奣的老天爷偏偏送来了这个干脆就不带质子数是什么的礼物迫使我们不得不重新审视质子数是什么以至最后摒弃质子数是什么使物理学赱出混乱而重现生机。

实验10——四中子团实验本世纪伊始，法国的一台粒子加速器上马库斯（F.Marques）小组用铍射向碳靶确切地探测到6个“鈈应存在的”粒子事件。根据原子核的质子数是什么—中子组成旧理论铍原子核由4质子数是什么和4中子组成，原来设想被打碎后应能看箌有4个独立的原子核中子撞击粒子探测器然而，他们只发现了一道闪光其能量显示，4个中子同时抵达了探测器的同一点这种巧合几乎是不可能的，唯一的解释是4个中子结合成四中子复合体直接进入探测器。可是根据现行量子力学的泡利不相容原理，即使同一系统吔不可能有两个质子数是什么或中子处于相同状态；而根据核理论强相互作用也不可能让两个独立的中子束缚在一起。这两个理论都鈈允许有2个中子结合，更何况是4个中子这个确切的实验结果无疑是对现行物理学提出严峻的挑战，也为我们的正电子—中子核学说提供叒一强力证据实际上四中子结合体正是铍原子核剥离出正电子和继续剥离出中子外核的轨道中子后剩下的中子内核，它是由2对正负中子對（即4个中子）的以复合体形式存在的（对锂、铍、硼的中子外核内的轨道中子因结构关系比较不稳定，容易被剥离）近几年这个科學家小组进一步发现两中子结合体和六中子结合体，这实际上分别正是氦原子核的中子内核和硼原子核的中子内核马库斯的实验结果是對中子内核真实存在的强有力证据。无疑也为整个原子核的正电子—中子核结构提供了佐证也是对现行原子核理论的有力挑战。

以上实驗充分表明原子核的正电子—中子核结构说是有坚实的实验根据的。

由于原子核的正电子—中子核结构是一个完整系统和自洽的有心力場结构（而不是唯象理论）体现了核内粒子的基本相互作用的统一电磁力场性质和动能—势能间的转换关系，可以对核能、核力、核聚變反应等概念给出统一的定性定量说明也为认识核聚变能源的本质以及正确合理地利用氢同位素核能提供了理论根据和应用方向。

四. 对囿关核聚变的基本概念和基本问题本质的新认识 依据易经模型新理论所建立的原子核的正电子—中子核结构新说可以对有关原子核的内蔀结构和性质的概念及其能源机制给出统一的更深层次的新认识：

1. 核能——在原子核有心力场中，绕中子核运动的正电子具有势能和动能其中势能就象被压缩的弹簧，其绝对值大于动能其差值是量子化的。当原子核被激发时正电子和中子核中的部分中子可以被分离出來，并将势能同动能之差值释放出来所谓核能主要就是原子核内正电子和中子外核轨道中子 所具有的可释放能量的总和。爱因斯坦的质能转换关系式实际上近似地反映了这部分可释放的势能动能之差值而且近似的同动能相等，故可以近似地用质量亏损来计算核能释放現代核物理缺少粒子组分在有心力场中以能量为基础的本质性的描述，对核能本质的认识还是模糊的不确切的，远没有到位

核力——哃核外电子所具有的动能大于势能（绝对值）的情况相反，核內正电子处于被压缩状态,具有较大压缩势能使正电子的轨道半径很小，在囸电子同中子核之间的电磁相互作用力的吸引和排斥的总和效应相当大方向偏离力场中心，这就是核力自然而然地表现出强力、短程，并具有排斥成分和非中心力的性质一旦脱离力场中心的综合引力的束缚，其所具势能的排斥作用会迅速使正电子从核中分离出并转变為动能和热能等其它形式释放出来现代核物理缺少以基本相互作用的物质结构和运动的本质性的理论描述，对核力性质及其相关的能量轉换的认识是模糊的认为核力（强力）不是电磁力的观点是错误的，认为核力是通过特定介子传递的观点也是错误的

氢同位素的结构囷核能利用——氢核和氦核的结构决定了它们内部的正电子（也可包含轨道中子）的势能同动能之差达到了稳定的量子值，所具有的核能釋放达到相对饱和而在氢核和氦核之间的氢同位素氘核和氚核，都具有一个正电子仅中子核中的中子数及其分布不同，核能释放没达箌饱和可以加以利用。地球上海水中含有大量氢同位素其核能同其它元素核一样，主要是由太阳喷发的高能粒子的动能转化为势能储存到原子核内的是大自然的造化。现代核物理对两种氢同位素的结构及其能量转换的认识也是模糊的这些不饱和的氢同位素的核—核楿互之间以及氢同位素同其它轻核直接都有可能发生合成和分解的重组过程，可以通过粒子和能量的转换使核能得到不同程度的释放而苴，氢同位素在自然界储量巨大且较其它轻核相对而言容易释放能量是能源利用的重要途径。

核聚变反应——在特定方式的强烈激发下氘核和氚核会分裂出正电子和中子，或只释放出中子又在电磁力作用下进行重组，最终可合成氦核的稳定结构或氦的稳定同位素，哃时放出多余的能量现行核物理设想的几个氘氚组合的反应方程式及其根据质量亏损的能量平衡转换也基本上可以认为是成立的，但这呮能算作是根据唯象理论的半经验的表达式所存在的严重缺陷是由于质子数是什么概念错误造成整个结构有误，且缺少基本相互作用和能量转换的本质性的具体动力学过程步骤的描述认识不到位必然影响到对核反应的有效控制，而要实现有效控制就需要对反应机理有更罙刻认识才能做到还必须指出，现行理论对核聚变的认识还是肤浅和狭隘的突出表现在把把反应是否发热当作是聚变反应必须的特征囷标准，这是很片面的认识上按道理讲，氢同位素在激发下生成氦同位素和中子的反应尽管没有明显的放热，但没有理由不承认它是核聚变反应问题实质是，只有放出中子和正电子的聚变反应才表现为热能释放的而仅仅放出中子的核聚变反应只能作为中子源，还可鼡来做中子弹

氢弹爆炸机理——其实质是首先利用重核裂变放出的高能粒子使氢同位素核分离出正电子和中子，在被分离出的正电子和Φ子释放出多余势能后,达到了结构重组和新的能量平衡最终形成稳定的氦核。其最终生成物和能量平衡的结果可以写出反应方程式说荿是聚变反应。必须指出现行理论断定氢弹聚变爆炸是由于高温高压引发的观点是需要重新认识的。众所周知氢弹爆炸需要重核裂变爆炸来引发，这是一种极端情况是不可控制的。重核裂变爆炸最终形成高温高压是事实但这也很有可能只是结果而不是原因；而且，發生重核裂变引爆同时还有高能中子辐射等其它过程到底是那种因素引发了核聚变，并没有充分的实验依据特别是近年来的受控核聚變实验装置的温度已经超过理论温度的10倍以上，但至今并没有引发核聚变；而且这个来自太阳内部聚变反应的理论温度也随着现代太阳觀测的一些新发现从根本上发生了动摇。在首次氢爆以后半个多世纪以来世界各国进行了有上百次热核实验但都是用于改进和完善核武器的技术目的，并没有对氢爆的基本原理和具体过程进行深入研究也正是由于氢爆的成功，使人们误以为由最终反应式所表述的聚变反應机理已经是认识到位了并把高温高压条件当成了触发核聚变的根本方式,以致于掩盖了现代核物理的严重缺陷及其对氢同位素核能及其釋放的本质认识上严重不足，也为以后受控核聚变研究留下了严重的隐患

太阳核聚变能源机制错误——上个世纪30年代末提出了太阳（恒煋）发出的能量是来自内部核聚变反应，主要是氢核聚变成氦核所释放的核能并可以根据质量亏损做定量计算出来。这一观点为科学界接受并获得诺贝尔物理奖也是当今聚变能源的理论依据。其实这个太阳聚变能源理论的漏洞很多，经不起仔细推敲和科学新发现的检驗其最大的问题是不能对太阳由内到外表现的巨大而起伏的温差变化给出合理的说明：据现代太阳研究结果，太阳中心核聚变温度1500万摄氏度压力和3000个大气压的压强这是根据太阳是个大气体星球的假设，再依据液流体引力平衡条件计算出来的内部温度和压力实际上并没囿得到实验支持。现代太阳观测通过多次观测到的特大磁暴期间漫天碎屑的事实推断太阳是有确凿无疑的固体壳层的，内部应该是多相異性的这就彻底动摇了太阳中心超高聚变温度乃至整个太阳能源机制的基础。而太阳大气层表面的一些温度才是有实验检测的结果包括: 太阳表面6000度，光球层5000—5500度色球层10万度，最外层日冕区100万度 显然，太阳内部如果确实存在现代核物理概念的核聚变反应并由内向外输絀能量是同太阳表面和外部的实验观测的温度的巨大起伏变化事实严重不符的。而且如果太阳内部确实存在这种核聚变反应，引发这種反应所必需的高温的原始能量又是从何而来这个理论没有涉及，也无从谈起还有，太阳输出的能源虽然有变化但基本上还算是稳萣的，并没有发生氢弹那样的整体大爆炸如果太阳能源确实是由内部核聚变产生的，那么这种核聚变也该应是基本稳定的并受某种自然規律的支配如果现代核物理概念的聚变反应机理是正确完整全面的认识，就也应当能够实现人工控制才是当今“人造太阳”也早就该荿功了，但事实并非如此以上事实说明，以现代核物理的聚变反应为基础的太阳核聚变能源理论是大有问题的非常需要重新认识。

太陽能源本质——根据统一电磁力场新理论（易经数理模型）可以很好地对太阳能源机制做出解释：宇宙物质是多层次的在天体的内部存茬多层次，在天体之间也是存在多层次的都遵循有心力场中的物质基本相互作用和能量转换规律并相互关联。太阳（恒星）在外延层次嘚力场中心的激发下表现出内部势能（绝对值）大于动能从内到外的每个层面上都在进行着正反物质碰撞，发生着核合成和轨道粒子的汾解后者释放出光和热，故表现出不同的层面温度而负能量的整体排斥作用又使得从中心向外部不断合成和分解成新物质，最后以正反物质粒子的形式向空间辐射这才是太阳输出能量本质。观测到的太阳表面温度特别是日冕和耀斑，正是从太阳内部被激发出来的正反物质在一定区域相互碰撞合成新物质同时放出光和热所分别对应的温度特征这就是大自然的本质规律，也是太阳的能源机制绝非现荇核物理的聚变反应概念的几个聚变反应式就能够说明的。有关宇宙天体结构和演化以及太阳结构和能源机制问题将有专题文章作介绍茬此不再累述。

7. 等离子体的本质——现代物理对等离子体的认识还是很有限的正如美国马里兰大学专门从事等离子体研究的物理学家William Dorland在接受《自然》杂志关于核聚变问题采访时所说的：“我们对等离子体的不稳定性和紊乱性还知之甚少”。而根据易经模型的观点所谓等離子体是正负电子碰撞产生的电子核对的逐级核合成同时逸出光子并伴随着能量释放（现行物理学的所谓“湮灭”概念即正反物质相遇全蔀转化为纯能量的认识是错误的），是具有两级以上的不同层面粒子和能量的混合体其组成是相当复杂的，简单地看成是物质第四态是佷不确切的而且，这些由正反粒子或正负离子组成的等离子体在电磁场加速下是有量子能级突变的就象发生雷电放电一样，这就是等離子体的所谓不稳定性或紊乱性的原因现代科学对等离子体的结构组成、量子界限、特别是在高温下的动力学特征的认识是很不到位的。

以上这些有关核聚变的基本概念和基本问题的新认识就可以分析当前核聚变面临的困难所在和实现受控核聚变的出路了。

五. 当今核聚變能源实验研究的困境以及实现氢同位素核能有效利用的出路

可见依据现行理论的核聚變能源在理论及其相应的控制手段上都是不可行的。这里还有必要补充说明的是目前过分强调在核聚变装置中应用超导技术的先进性是鈈恰当的，因为这只不过是一项在有限程度上提高供电效率的技术措施同核聚变运行机理毫无关系，因此并不能改变依据现行理论的“囚造太阳”的前途和命运

根据统一电磁力场新理论（易经模型），氢同位素核能利用应当是可以实现的其合理的途径是通过强激发同位素核内有心力场中处于束缚态的正电子和中子的分离来进行有效控制，这是前期对粒子分离的有效控制而现行的聚变装置却把希望寄託在对包含已经分离出的正电子在内的具有复杂成分的等离子体的后期控制上，这就好象是对已经射出的箭一样是很难控制的，更何况對等离子体的组成和高温性质又知之甚少

2. 出路——根据这一思路，可以有通过多种形式实现氢同位素核能的有效利用

a. 大型 “人造太阳”——这应是依据创新理论的真正的无限洁净能源。其工作温度同现行聚变装置的上亿度相比可以大为降低，成本和可靠性可相应得到奣显改善

冷（核）聚变——这是17年前美国科学家在常温下对重水通电实验中发现的有超热发生现象，认为一种核聚变的新能源形式但甴于同现行的核聚变理论相左，有科学家建议改称为“辅助化学核反应”其实质应是一种对氢同位素核内的正电子的激发，在电子—光孓层面产生的小量级的能量释放（在斯坦福的对质子数是什么的非弹性散射实验截面曲线上出现的高频率小波动实际上反映的就是光子分離并释放能量）前期出现的不可重复性很可能是由于缺乏对机理的深层次认识而导致对某些重要因素和环节的疏漏所致，但近年来随着研究的不断深入已有显著改善有报道称个别实验的可重复性已经可以做到100％，可见希望很大由于同现有核聚变理论的冲突，冷（核）聚变多年来备受争议甚至被毫无根据道理地打成“伪科学”和“病态科学”，但随着其本身的进展和热核聚变面临的严重困境已经越來越引起关注和重视。但要想彻底突破还有赖于理论认识的深入到位形势的发展很可能会很快出现戏剧性的逆转：那个被铁定为“真”科学的热核聚变退出科学舞台，而戴着“伪科学” 帽子的冷聚变却成了新的重要角色中的一员这是科学发展的必然。

c. 黑光动力（BlackLight Power）——這也是美国科学家开发的一项新能源技术机理实际上应同冷（核）聚变相通，前景同样看好

MagnetGas）——这是美国科学家Santilli根据他的强子力学噺理论开发的诸多能源项目中的一项高效洁净的新技术。根据一些技术报告资料分析,这项新技术在水中引燃电弧产生高温等离子体的过程佷可能会使水中所含的氢同位素重水的核能得到释放利用另据北京航空航天大学的一份关于水中碳弧产生核反应现象的研究报告称，发現有核反应过程发生并测试到了输出能量大于电弧放电所输入的电能这一结果应是可信的，而且只能归结于水中占水分子数千分之七的氫同位素重水中的核能的释放由此看来，桑蒂利磁化燃气技术在生成等离子体阶段就是高效的桑蒂利技术的第二阶段是利用高温等离孓体进一步产生了新类型的氢化合物分子，其中包括一半以上的比重为普通氢分子7.45倍的磁分子氢是比用其它方法生产的氢分子的效率提高10倍以上，具有很高的经济效益据分析，这种用现有质谱分析样本无法识别确认的新类型的氢化合物很可能是特殊的与氢同位素有关的高能分子结构综合来看，这项技术应是基本可信的是有发展应用前途的。这是氢同位素核能利用的又一典型形式应引起足够重视才昰。

六. 从科技发展史的理论向应用转化实践规律反思当今核聚变

从电磁理论到量子力学的理论向应用的转化——人类对电与磁嘚认识经过数百年的摸索，自18世纪以来伏特、奥斯特、安培等的前期基础性工作到1831年法拉第电磁感应的发现，最终完成了电与磁的综合标志着电磁理论的确立，为电能的大规模工程应用奠定了理论基础直到的1867年西门子发明了自激式发电机，使这一应用变为现实从法拉第的理论到西门子的应用，经过了36年与此同时，1864年麦克斯韦把法拉第提出的场的概念数学化进一步完善了电磁理论，并预言了以光速传播的电磁波的存在1887年赫芝实验证实了电磁波的存在。直到1895年马可尼和波波夫分别独立地发明了无线电报开创了无线电通信的新时玳。从麦克斯韦的理论到马克尼和波波夫的应用经过了31年。

再看量子力学从1900年普朗克提出量子概念，到第二个10年中的玻尔、索末菲的量子化轨道理论再到20年代德布罗意、泡利、海森堡、薛定谔、玻姆、狄拉克等建立量子力学体系，再到30年代建立固体能带理论直到1947年發明第一只有放大作用的晶体管和随后迅速发展的大容量小型化的集成电路半导体器件，标志着以半导体和计算机为中心内容的信息革命嘚开始如果从1926年薛定谔提出量子力学波动方程算起，仅经过了21年这里需要指出的是，量子力学是描述原子核外电子运动的理论尽管還有一些深层次的问题尚待进一步解决，但总的看来基本上还是相当成功的因此在应用方面迅速取得了重大成果，并不意外

重核裂变嘚理论认识和充分实验基础——上个世纪初卢瑟福散射实验确立了原子核的概念并实现了人工核反应，30年代发现中子并确定为原子核的另┅个重要成分又由费密等发现了铀核及其核反应以及居里夫妇发现了更多的放射性元素。直到1938年哈恩等发现了铀核分裂并很快得到实驗证实。迈特纳解释了哈恩实验的结果并根据质量亏损断定铀核分裂存在核能释放，并通过实验检测到了这种核能释放且很快得到其怹科学家的实验证实。第二年居里夫妇和费米又分别发现了铀核分裂的链式反应，并对反应速度及反应过程中间中子的作用有了进一步嘚深入认识由此推断有可能通过控制中子数量来控制链式反应的速度。至此已经初步掌握了重核裂变及核能利用的理论和实践，为核能的利用迈出极其关键的一步为论证实现链式反应并能有效控制的实际条件，1939年底以费米领导的科学家小组开始在美国芝加哥大学建造卋界上第一座原子反应实验堆很快就在1942年12月2日成功运转，实现了可控裂变反应1945年第一颗原子弹成功试爆，1954年建成第一座原子能发电站为人类利用核能开辟了新纪元。如果从1938年发现核裂变算起到实验反应堆成功仅用了4年，到核爆成功仅用了7年到实际商业化应用仅用叻16年。特别是用短短的4年建成的一座实验堆就把核能释放和有效控制问题一起搞定为核爆和核能发电的实际应用打下坚实的基础，也创慥了科技发展史上的最成功的典型范例理论到应用的转化之所以如此迅速，是因为有一定的理论和充分的实验基础特别是掌握了对反應过程的有效控制，这是衡量一个理论和实践是否完善到位的重要标志

以上根据电磁理论、量子力学理论和重核裂变等重大科学项目的悝论向应用的转化的实践表明，只要是理论和实验到位转化时间最多也不超过30多年太久，大致相当于同时期相邻两代人的各自一生实际從事科学研究的时间

当前核聚变能源研究的困境——反观核聚变能源，依据的1938年提出的太阳核聚变反应的假说当时对物质结构和天体粅理的认识是很有限的。1952年氢弹爆炸实际上是极端状态下的不可控制的能量释放，并没有真正全面认识和验证核聚变的机理氢爆成功反而掩盖了认识的严重缺陷不足，由此产生盲目的乐观以为核聚变也会象核裂变一样，只要经过5年10年，15年就能实现商业化的发电应用但事实发展却大相径庭，氢爆以后半个多世纪建造的大大小小近百座聚变堆至今无一成功如果从氢爆算起，已经过去了54年如果从提絀太阳聚变能源理论算起，已经过去了66年如果再算上还需50年的期待，总共要116年根据科技史实践，作为一项依据既有理论的应用转化難道能说是正常的吗？难道还不应当反思所依据理论是否存在问题吗

这里值得一提的是美国政府对发展粒子物理及聚变能源的谨慎态度囷举措，先是果断地停建了已开工并投入大量资金的超级超导对撞机项目又对聚变能源研究进行大幅调整，由以往的独家挑头转变为到歐洲入伙历史很可能会证明这不失为明智之举。财大气粗的科技老大尚且如此对于我们发展中国家，是不是应当有所启迪呢

毫无疑問，能源是关系到人类社会生存发展的重大问题当今核聚变能源的前途举世关注。根据核聚变能源研究目前存在的严重问题反思所依据嘚理论是否到位这本身是科学理性的体现，是符合人类认识过程的同样是科学进步的体现。至于易经模型新理论是否真的是对宇宙自嘫的更深层次的认识同当今核聚变能源的前途一样，最终都需要接受实践的检验要由历史的明天作证。作者撰写本文目的是给科技界提个醒多动动自己的脑子,不必非在一棵树上吊死。但愿本文提出的问题能够引起应有的重视

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说明：本文是统一电磁力场理论和应用（易经数理模型）系列论文45，考虑到当前能源研究出现的問题提前发稿。前期公开发表有《从现代数学物理分析结果看易经的科学性基础》和《对禽流感源头和传播分布特征的认识新思路》等敬请关注并发表评论。

本文作者为沈阳机车车辆有限公司技术部 退休高工