汞變黃金有望成為現實？新研究：利用核聚變反應堆可批量生產黃金

在元素周期表中，黃金和汞分別是79號元素（Au）和80號元素（Hg），這也就意味著，黃金原子核內有79個質子，而汞原子核內有80個質子，所以從理論上來講，只要我們能夠在汞原子核里去除一個質子，就可以將汞變成黃金。

不過在過去的日子里，人們普遍認為，由于這種方法需要的技術很復雜、成本也高昂，而最終產出的黃金卻極為有限，投入與產出嚴重不成比例，因此在現實中并不具備可行性。

引人注目的是，一項近日發表在預印本服務器（arXiv）上的新研究，提出了一種方法，即：利用核聚變反應堆可批量生產黃金。研究人員指出，如果該方法得到進一步的驗證，那么在不太遙遠的未來，汞變黃金就有望成為現實。

根據介紹，這項研究的理論核心在于巧妙利用氘-氚聚變反應過程中釋放的高能中子。

簡單來講，氘-氚聚變反應被認為是目前人類最有可能實現的可控核聚變形式。氘和氚是氫的兩種同位素，氘的原子核包含一個質子和一個中子，而氚的原子核則由一個質子和兩個中子組成，當氘和氚發生聚變時，它們會結合成氦-4原子核（由兩個質子和兩個中子構成），同時釋放出大量能量和一個中子。

研究人員指出，由于氚在地球上極為稀缺，核聚變反應堆必須具備自主增殖氚的能力，因此在核聚變反應堆（特指一種被稱為“托卡馬克”的環形裝置）的內壁周圍，通常會安裝一層特殊設計的“增殖毯”。

這層“增殖毯”由兩類材料組成：一類是氚增殖材料，主要使用鋰，用于吸收核聚變過程中釋放的中子并通過核反應生成氚；另一類是中子倍增材料，如鈹或鉛，其作用是通過與入射中子反應產生多個次級中子，從而提高氚的增殖效率。

而他們提出的方法，就是將一種自然界較為常見的穩定汞同位素——汞-198（自然豐度約10%）——也摻入到這層“增殖毯”中，

當聚變反應開始，其釋放的高能中子流就會持續不斷地轟擊這層含有汞-198的材料，并通過以下三步生產出黃金。

第一步是中子捕獲：一個高能中子撞擊一個汞-198原子核，并被其捕獲。

第二步是核素轉變：汞-198原子核捕獲到高能中子后，會轉變成另一種不穩定的汞同位素——汞-197。

這一步涉及到一種被稱為“(n,2n)”的核反應，其反應式可表示為“目標核 + 中子 → 新核 + 2個中子”。

其原理簡單來講就是，(n,2n)是一個吸能反應，原子核在捕獲中子后，如果入射中子具有足夠的能量，原子核就會處于激發態，在此狀態下，原子核是不穩定的，它會發射出兩個中子來釋放能量，然后才會穩定下來。

研究人員指出，這是實現轉化的關鍵一步，而由于氘-氚聚變反應釋放出的高能中子足以觸發汞-198的 (n,2n) 反應，因此這一步在理論上是完全可行的。

第三步是自發衰變：由于汞-197的原子核內部結構不穩定，它會自發地尋求更穩定的狀態，在此過程中，它會通過一個名為“電子俘獲”的過程進行衰變。

其過程簡單來說就是，汞-197原子核會從自己的電子殼層中捕獲一個電子，這個電子會與核內的一個質子結合，從而變成一個中子。

此過程完成后，原子核內的質子數就從80個減少到了79個，而這也就意味著，它轉變成了金-197——而這也是我們已知的唯一一種穩定黃金同位素。

研究人員通過計算機模擬計算出，這個從汞-197轉變為金-197的過程相當迅速，其半衰期僅為約64小時。

而更引人注目的是其可批量生產黃金的潛力，計算結果表明，通過這種方法，一個輸出功率為1吉瓦（1GW）的核聚變反應堆，理論上每年能夠生產出大約2噸的黃金。

研究人員表示，我們目前只能說汞變黃金有望在未來成為現實，而不是確定，這是因為此項研究現在還只是基于理論上的推演和計算機模擬，尚未在真實的聚變反應堆中得到實驗數據，理論能否轉化為現實，還需要大量的后續工作來進行驗證。

參考資料：Scalable Chrysopoeia via（n，2n）Reactions Driven by Deuterium-Tritium Fusion Neutrons，arXiv:2507.13461