核聚变很难实现。它需要极高的密度和压力来迫使氢和氦等元素的原子核克服它们相互排斥的自然倾向。在地球上，核聚变实验通常需要大型、昂贵的设备完成:完成
但是美国宇航局的研究人员格伦研究中心现在证明了一种诱导核聚变的方法而不需要建造巨大的仿星器或托卡马克装置．事实上，他们所需要的只是一些金属、一些氢和一个电子加速器。
该团队认为，他们的方法被称为晶格约束聚变，可能成为深空任务的潜在新能源。他们的研究结果发表在两个论文在物理评论C．
”晶格监禁指的是由原子组成的一块固体金属的晶格结构。美国宇航局的研究小组在实验中使用了铒和钛的样本。在高压下，样品被“装载”氘气体，氘是氢的同位素，有一个质子和一个中子。这种金属限制了氘核，称为氘核，直到聚变的时候。
“在装载过程中，为了容纳氘气体，金属晶格开始破裂，”他说特蕾莎Benyo他是该项目的分析物理学家和核诊断负责人。“结果更像是粉末。”在这一点上，金属已经为下一步做好了准备:克服带正电荷的氘核之间的相互静电排斥，即所谓的库仑势垒。
特蕾莎·本约博士记录了NASA晶格约束聚变实验中的光束条件，而吉姆·沙伊德和拉里·福斯利讨论了光束稳定性数据。图片:美国国家航空航天局
为了克服这个障碍，需要一系列的粒子碰撞。首先，电子加速器加速并将电子猛烈撞击到附近的钨靶上。光束和目标之间的碰撞产生了高能光子，就像传统的x光机一样。光子被聚焦并定向到装载氘的铒或钛样品中。当光子撞击金属内部的氘核时，它将氘核分裂成高能质子和中子。然后中子与另一个氘核加速。
在这个碰撞和相互作用的过程结束时，你会得到一个氘核，它以足够的能量移动，克服库仑势垒，并与晶格中的另一个氘核融合。
这个过程的关键是一种被称为电子屏蔽或屏蔽效应的效应。即使有非常高能的氘核到处乱跑，库仑势垒仍然足以阻止核聚变。但晶格也有帮助。“金属晶格中的电子在静止的氘核周围形成了一个屏幕，”Benyo说。电子的负电荷保护高能氘核不受目标氘核正电荷的排斥作用，直到原子核非常接近，最大限度地提高了可用于聚变的能量。
除了氘核-氘核聚变，NASA小组还发现了奥本海默-菲利普斯剥脱反应的证据。有时，高能氘核不是与另一个氘核聚变，而是与晶格中的一个金属原子碰撞，要么产生一种同位素，要么将原子转化为一种新元素。研究小组发现，聚变和溶出反应都能产生可用的能量。
Bayarbadrakh Baramsai和Philip Ugorowski讨论用于探测聚变中子的中子光谱学系统。图片:美国国家航空航天局
“我们所做的是不冷聚变。劳伦斯Forsley他是该项目的高级首席实验物理学家。冷聚变，即聚变可以在室温材料中以相对较低的能量发生的想法，被绝大多数物理学家以怀疑的态度看待。福斯利强调这是热聚变，但“我们已经提出了一种新的驱动方式。”
Benyo说:“晶格约束核聚变最初的温度和压力比托卡马克之类的东西要低。”但是“氘核-氘核核聚变真正发生的地方是在这些非常热、充满能量的地方。”Benyo说，当她在实验结束后处理样品时，它们非常温暖。这种热量部分来自核聚变，但启动聚变过程的高能光子也会产生热量。
NASA团队还有很多研究要做。现在他们已经证明了核聚变，下一步是创造更有效、更大量的反应。当两个氘核融合时，它们会产生一个质子和一个氚(一个氢原子和两个中子)，或者氦-3和一个中子。在后一种情况下，额外的中子可以重新开始这个过程，让两个氘核聚变。该团队计划试验如何在金属中诱导更一致和持续的反应。
Benyo说，最终目标仍然是能够通过晶格约束核聚变为深空任务提供动力。动力、空间和重量对航天器来说都是非常重要的，而这种聚变方法为在太阳能电池板无法使用的地方运行的航天器提供了一种潜在的可靠来源。当然，在太空中工作的东西也可以在地球上使用。
