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众所周知,氢是非金属。普通的氢分子由两个氢原子组成。每个氢原子只有一个电子,组成一个分子的两个氢原子平均分享这两个电子。没有电子了。
然而,随着科学的进步,人们实际上可以生产金属氢。金属氢是由液态或固态氢在超过一百万个大气压的高压下形成的金属体。金属氢是一种高密度、高能量存储材料。先前的预测表明金属氢是一种室温超导体。金属氢含有巨大的能量,是普通TNT的30 - 40倍。
金属制氢的原理如下。假设有足够的压力将氢原子挤得如此紧密,以至于每个原子都被8、10甚至12个相邻的原子包围。因此,每个氢原子的单个电子,不管原子核有多么强的吸引力,都可能开始从一个相邻的原子滑向另一个原子。然后你会得到“金属氢”。
1936年,美国科学家Werner首先计算了氢对金属的压力,并提出氢对金属的临界压力在100万到1000万大气压之间。在世界各国,超高压正在通过各种方式生产金属氢。有两种成熟的方法,一种叫做动态压缩,这是利用强磁场的快速冲击压缩来获得高压以产生金属氢。另一种叫做静态压缩法,它使用重量为1000吨或以上的压力机或高度接近10层的液压机来产生100 - 200万个大气压的高压,并压缩液态氢来产生金属氢。
为什么人们如此努力开发金属氢?这是因为一旦金属氢出来,就像当年蒸汽机的诞生一样,它将导致整个科技领域划时代的革命。 金属氢是一种亚稳态物质,可以用来制造一个“磁笼”来限制等离子体并“容纳”热离子化气体。通过这种方式,受控核聚变反应可以将原子核转化为电能,这将是廉价和清洁的。一个“模仿太阳的工厂”将方便地在地球上建造,人类将最终解决能源问题。
通过使用金属氢来传输电力,可以消除大型变电站,传输效率可以超过99 %,这可以使世界发电量增加四分之一以上。如果发电机由金属氢制成,它的重量不到普通发电机重量的10 %,它的输出功率可以增加几十倍甚至几百倍。 金属氢也有很大的军事价值。火箭使用液态氢作为燃料,因此必须将其制成一个大的类似暖瓶的容器,以确保低温。如果使用金属氢,火箭就可以变得聪明小巧。当金属氢用于航空技术时,它可以大大提高速度,甚至超过音速很多倍。由于相同质量的金属氢的体积仅为液态氢的1 / 7,因此由它组成的燃料电池可以很容易地应用于汽车。那时,这座城市将不再像现在这样嘈杂和污染,变得非常干净和安静。
金属氢含有巨大的能量,是普通TNT的30 - 40倍。随着金属氢的诞生,许多新武器将被生产出来。 2017年1月26日,哈佛大学的艾萨克·席尔瓦团队在《科学》杂志上写道,他们已经将氢样品冷却到略高于绝对零度的温度,在高于地球中心的极高压力下用钻石压缩氢,并成功获得了一小块金属氢,储存在两块小钻石之间。 艾萨克在哈佛大学发布的新闻稿中说:“制备金属氢是高压物理学的圣杯,这是地球上第一个金属氢样品。”
遗憾的是,2017年2月22日,当艾萨克·席维拉团队尝试用低功率激光器测量压力时,听到了微弱的“咔嗒声”,表明其中一块金刚石已碎成微尘。这一灾难性的失败使样本消失了。他们认为,金属氢可能消失在位于两个金刚石之间、被用来装金属氢的金属“衬垫”内;也可能因为不稳定,在常温常压下变成了气体。
然而,这个事件却充满了谜团。有科学家称,金属氢可能根本就没有研制出来。也有科学家称,可能人们又从金属氢中发现了新的军事价值,因而故意隐匿这一事实。这在军事史上并不是没有先例。
金属氢的爆炸威力相当于相同质量TNT炸药的25~35倍,是目前可以想象到的威力最强大的化学爆炸物。由于金属氢武器的爆炸威力可与核武器媲美,所以人们将它与干净的聚变弹、反物质武器、激光粒子束武器、核同质异能素武器等正在研制中的新机理武器一起称为第四代核武器。高效聚变燃料在激光惯性约束核聚变中,核燃料是氢的同位素氘-氚的混合物。若用固态金属氘-氚作燃料小球,由于其密度比其他形式(如气体或低温的普通固体)氘-氚混合物的密度高,在一定容积的靶室内可装更多燃料,因而可提高核聚变的效率,产生更多的聚变能。固态金属氘-氚核聚变燃料的使用将使未来核聚变反应堆的实用化和小型化成为可能,为聚变能早日进入人们社会生活领域和军事领域奠定物质基础。
因此,人们制取的第一块金属氢到底去哪里了,可能真的成了谜,也不排除人们发现了它的新型核用途后故意讳莫如深。
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