2025年最不靠譜研究：用核聚變制造黃金！瘋了，竟然還具可操作性

現(xiàn)在還在買昂貴天然鉆石的朋友難免要被人一頓嘲笑，因?yàn)閮?nèi)部結(jié)構(gòu)幾乎完美的人造鉆石價(jià)格是天然鉆石的十分之一都不到，鉆石從“皇冠”掉到“平民價(jià)”也就沒多少年時(shí)間！然而與鉆石齊名的黃金卻還在不斷暴漲，一度突破千元大關(guān)，2025年12月23日，上金所黃金價(jià)格最高創(chuàng)下1018元/克的記錄！

原因也很簡單，黃金這種元素?zé)o法通過類似鉆石這種同素異構(gòu)體的人造方法取得，即使理論上行得通，成本也高到黃金本身的千倍不止！然而在2025年的一份研究卻讓生產(chǎn)黃金“流水線”生產(chǎn)成為可能，并且成本將比較低的程度，只是這個(gè)門檻比較高，目前正在突破的國家中，中國排名相當(dāng)靠前的國家之一！

自然界的黃金為什么那么貴重：因?yàn)闄C(jī)會(huì)太少了

黃金為什么會(huì)那么貴重？除了亂世黃金盛世古董的投資避險(xiǎn)屬性外，黃金的貴重是因?yàn)槠錁O其優(yōu)良的性能與稀缺性，據(jù)公開數(shù)據(jù)，人類有史以來開采的黃金總量不過13.31萬噸，全球黃金總儲(chǔ)量也只有34.94萬噸，全部熔成實(shí)心球的直徑不過38.8米。

相比之下鐵這種賤金屬的數(shù)量就可觀了，人類有史以來開采的鐵已經(jīng)超過2600億噸，假如融鑄成一個(gè)實(shí)心球的話，這個(gè)鐵球的直徑能達(dá)到19.6公里，未開采數(shù)量無法計(jì)算，因?yàn)榈厍騼?nèi)核98%都是鐵元素，總量1.65×101?億噸，要是融成球體直徑超過2200公里。

為什么黃金那么稀缺？

原因是其誕生過程決定的，宇宙中豐度第一的元素是氫占比73.9%，第二是氦占比24%，原因很簡單，這倆元素是在宇宙大爆炸的時(shí)候就誕生了，然后氫和氦元素一起誕生了那么多恒星，形成了星系，無數(shù)星系構(gòu)成了宇宙纖維狀結(jié)構(gòu)，燒了137億年才燒掉了2.1%！

地球上豐度最高的元素鐵，占比32.1%，其次是氧占比30.1%，然后是硅占比15.1%等元素，宇宙中豐度和地球上元素豐度不一樣是因?yàn)樾纬傻厍虻脑厥浅滦潜l(fā)后的殘骸通過引力坍縮形成的，地球元素的豐度就是恒星這個(gè)元素的制造廠以及超新星這個(gè)恒星和行星的播種工廠決定的。

恒星能制造的元素是由恒星的大小決定的，像比鄰星這樣的紅矮星只能制造氦，太陽那么大的大概能造到碳和氧，獵戶座參宿四不錯(cuò)，能制造地球上大部分元素，恒星制造元素的順序很簡單，就是質(zhì)子不斷聚變成更重的元素，在超新星爆發(fā)前，恒星能制造的元素順序如下：

1. 碳（C）+ 氧（O）（紅超巨星初期）
2. 碳（C）→ 氖（Ne）+ 鎂（Mg）
3. 氖（Ne）→ 氧（O）+ 鎂（Mg）
4. 氧（O）→ 硅（Si）+ 硫（S）
5. 硅（Si）→ 鐵（Fe）+ 鎳（Ni）

這些元素的聚變都是能制造能量的，但是很抱歉，釋放能量的聚變只到鐵為止，再往后就要吸收能量才能產(chǎn)生了，等到恒星內(nèi)核聚變生成鐵之時(shí)，能量釋放突然結(jié)束，輻射壓支撐的外殼會(huì)因?yàn)橹蜗С霈F(xiàn)坍縮，內(nèi)外相撞形成宇宙中最燦爛的煙花：超新星爆發(fā)！

超新星爆發(fā)會(huì)產(chǎn)生從氦到鐵的大部分元素，也會(huì)產(chǎn)生鐵以后的鈷（Co）、鉻（Cr）、錳（M）等元素，還會(huì)產(chǎn)生鋅（Zn）、銅（Cu）、鍶（Sr）、鋇（Ba）和稀有貴重：金（Au）、鉑（Pt）、銀（Ag）和最重天然放射性元素：鈾（U）、釷（Th）等。

產(chǎn)生比鐵重元素主要有S過程（慢中子俘獲），主要在鐵以前的聚變中誕生，數(shù)量很少；在超新星爆發(fā)中則通過R過程（快中子俘獲）誕生，速度很快且大量，但是誕生金的條件的還是非常極端，比如金這個(gè)質(zhì)子+中子達(dá)到了197個(gè)的重元素合成要求極高：

• 中子密度極高（?102? cm?3）
• 時(shí)間尺度足夠長（毫秒～秒級(jí)，但要持續(xù)）
• 電子分?jǐn)?shù)Ye極低（物質(zhì)極端中子富集）

上世紀(jì)九十年代以前的理論認(rèn)為超新星爆發(fā)也能誕生大量金元素，但現(xiàn)代理論認(rèn)為超新星爆發(fā)時(shí)Ye偏高（~0.4–0.5）導(dǎo)致物質(zhì)不夠中子化，中子噴流時(shí)間尺度也不夠，所以超新星的R過程無法誕生大量金元素。

只有在中子星合并這種宇宙中非常極端的環(huán)境下，才能達(dá)到金元素合成這種要求非常極致的R過程條件，因?yàn)樵谥凶有呛喜r(shí)其物質(zhì)幾乎都是中子態(tài)、R過程可以“來回跑”，能合成你在元素周期表見過的幾乎所有稀有金屬：

• 鍶（Sr，38）、釔（Y，39）、鋯（Zr，40）、鈮（Nb，41）、鉬（Mo，42）、釕（Ru，44）、銠（Rh，45）、鈀（Pd，46）、銀（Ag，47）、鎘（Cd，48）、銦（In，49）、錫（Sn，50）、銻（Sb，51）、碲（Te，52）、銫（Cs，55）、鋇（Ba，56）、鑭（La，57）、鈰（Ce，58）、鐠（Pr，59）、釹（Nd，60）、钷（Pm，61；
• 釤（Sm，62）、銪（Eu，63）、釓（Gd，64）、鋱（Tb，65）、鏑（Dy，66）、鈥（Ho，67）、鉺（Er，68）、銩（Tm，69）、鐿（Yb，70）、镥（Lu，71）、鉿（Hf，72）、鉭（Ta，73）、鎢（W，74）、錸（Re，75）、鋨（Os，76）、銥（Ir，77）、鉑（Pt，78）、金（Au，79）、汞（Hg，80）、鉛（Pb，82）、鉍（Bi，83）、釷（Th，90）、鈾（U，92）

稀土元素是不是都在里面？黃金、鉑金貴金屬也在里面，還有釷和鈾放射性元素也在，這樣大家就知道為什么這些元素都那么貴重了吧，宇宙大爆炸都是公平的，大家都有，超新星爆發(fā)就不多了，中子星合并那是極小概率的事件，就像各位撿到狗頭金一樣，那都是宇宙中最最最燦爛的中子星合并的煙花誕生的，搞不好誕生的那會(huì)就長這樣了！

再解釋一個(gè)問題，同樣是中子星合并誕生，為什么鉛那么多，而黃金那么少呢？答案是中子星合并時(shí)的R過程并不會(huì)直接產(chǎn)生各種元素，而是會(huì)誕生各種中子數(shù)非常極端的0號(hào)元素（沒有質(zhì)子），之后會(huì)經(jīng)過多次 β衰變 + α 衰變 + 裂變變成重元素。

鉛和金不過是所有“0號(hào)元素”衰變回落的一個(gè)“落腳點(diǎn)”而已，之所以鉛最多是因?yàn)殂U是所有放射性衰變的終點(diǎn)。大量更重核素，最終都會(huì)衰變停在鉛上，這就是鉛和比金原子數(shù)要高，但鉛卻比金要更多的原因。

人類現(xiàn)在使用的所有稀有元素、貴金屬都是來自千萬年甚至是數(shù)十億前的一次中子星合并中誕生的，你手中的金戒指或者鉑金首飾就是來自上古宇宙的恩賜。

人造黃金技術(shù)之路：到底靠不靠譜？

中子星合并才能誕生黃金，那么又是如何制造黃金的呢？2025年中發(fā)表在arxiv.org預(yù)印本論文網(wǎng)站上的一篇論文表明，可以用核聚變堆來制造黃金，目前不是急著將聚變堆商業(yè)化么？還在擔(dān)心Q值不夠效應(yīng)不好，成本投進(jìn)去收不回來，現(xiàn)在幾位科學(xué)家設(shè)想出了一個(gè)用核聚變堆在發(fā)電的同時(shí)用來生產(chǎn)黃金！

根據(jù)他們的計(jì)算，一個(gè)1GW熱功率的聚變反應(yīng)堆每年可產(chǎn)約2噸黃金-197，價(jià)值約28.23億美元，同時(shí)一年還能發(fā)電52.56 億度（60%效率計(jì)算），按中國核電平均上網(wǎng)電價(jià)0.35–0.42 元/千瓦時(shí)計(jì)算，還能產(chǎn)生大約15~20億人民幣的經(jīng)濟(jì)效益，這賣黃金比賣電還劃算呢？到底靠不靠譜？

答案：根據(jù)人類對(duì)制造黃金的渴求歷史看，還是有可能的

在沒有弄明白元素誕生之前，制造黃金這種基本就是江湖術(shù)士的騙局！在現(xiàn)代科學(xué)搞明白了元素的前世今生之后，大家也都知道了，能讓元素序號(hào)發(fā)生改變的關(guān)鍵是聚變、慢中子俘獲或者快中子俘獲，再有裂變以及衰變等幾種過程。

而能產(chǎn)生黃金的過程則只有R過程（快中子俘獲），從理論上來看，制造黃金的R過程并不神秘，現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，也能讓R過程在實(shí)驗(yàn)室中誕生，方法么上過中學(xué)的朋友都能看得懂：

Hg-198 (n,2n) → Hg-197 → β? 衰變 → Au-197（穩(wěn)定金）

這個(gè)意思是用汞-198（汞的同位素，自然界豐度為10%），在一個(gè)高能中子的轟擊下，會(huì)釋放出兩個(gè)中子，變成Hg-197，這個(gè)過程可以用如下表述：

1??Hg 吸收1個(gè)高能中子 → 形成激發(fā)態(tài)的復(fù)合核1??Hg → 復(fù)合核不穩(wěn)定，瞬間釋放2個(gè)中子 → 最終生成汞-197（1??Hg）

汞-197會(huì)再次通過β?衰變，原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變成質(zhì)子（質(zhì)子數(shù)改變，元素序號(hào)才會(huì)改變，中子數(shù)改變，只會(huì)成為同位素），汞-197變成質(zhì)子數(shù)加一的金-197（質(zhì)子數(shù)改變，質(zhì)量數(shù)不變），恭喜你，已經(jīng)成功的制造出黃金了！

生產(chǎn)黃金的過程不神秘：問題是怎么樣才能量產(chǎn)

看到這里想必是大家都明白了，原來把汞-198用中子轟擊一下就可以了，這個(gè)中子不是核反應(yīng)堆里到處是嗎？核反應(yīng)堆中不是有一個(gè)叫做控制棒的組件么，這玩意兒不就是用來吸收中子控制裂變速度的嗎？把這玩意兒拿出來，把汞-198塞進(jìn)去，要不了幾天就變成金燦燦的黃金了！

真的是這樣嗎？肯定不是了！要不然全世界核反應(yīng)堆那么多，，大家不都去制造黃金了？到現(xiàn)在還在康吃康吃的淘金，那肯定是核反應(yīng)堆不中用了！為什么會(huì)這樣？答案是能讓汞-198變成黃金的中子能級(jí)要求太高了：

門檻就是這個(gè)快中子必須是≥8MeV、最佳在大概在14MeV的高能快中子才能“快速”的產(chǎn)生生產(chǎn)黃金。盡管常規(guī)的裂變反應(yīng)堆的中子的能級(jí)范圍是0MeV ～10 MeV，但絕大多數(shù)集中在0.5–3MeV，>6 MeV比例已經(jīng)很低，>8MeV的中子占比極少。

裂變無法用來制造黃金，而上文的論文中提到的聚變恰恰可以，因?yàn)樵贒-T（氘氚）反應(yīng)中，中子的能級(jí)是平均能級(jí)集中在14.1 MeV左右。是不是“天助我也”？另外還有一個(gè)有趣的事情，聚變堆中的中子處理起來非常非常麻煩，為什么呢？

因?yàn)橹凶硬粠щ姡瑹o法通過磁場捕獲引導(dǎo)，只能任它橫沖直撞，并且中子還有一個(gè)極端的特性，材料在俘獲一種中子后要么變成帶放射性的同位素，要么發(fā)生衰變變成另一種元素，這個(gè)核聚變堆內(nèi)部的第一壁材料過陣子就有輻射了，要么就變成其他元素了，你說這坑人不？

現(xiàn)在好了，把汞-198放進(jìn)去，一陣子后金燦燦的黃金就出來了，這個(gè)不是額外的創(chuàng)收嘛！在這個(gè)黃金價(jià)格極為高昂的時(shí)代里，竟然還有這樣一種“變廢為寶”的好方法？其實(shí)這并不是個(gè)秘密，中學(xué)物理學(xué)得好的朋友差不多也知道了，高中上理科的朋友肯定也知道，但是為什么還有科學(xué)家要寫論文呢？

倒不是無病呻吟，這幾位科學(xué)家是計(jì)算了一個(gè)閾值，能讓汞-198剛剛接收到12~15MeV能級(jí)的中子，因?yàn)檫@個(gè)級(jí)別的中子轉(zhuǎn)換率最高，同時(shí)還提出理論抑制有害中子的反應(yīng)，還通過模型計(jì)算出了汞層的厚度，與第一壁結(jié)構(gòu)材料的位置以及中子的散射路徑等，其目的就是不浪費(fèi)每一個(gè)14.1MeV的中子，同時(shí)還要避免Au-197變成有放射性的Au-198！

這一整套理論其實(shí)沒有新理論出現(xiàn)，但提出了工程化應(yīng)用生產(chǎn)黃金的最優(yōu)解，確實(shí)值得發(fā)表一篇論文。不過到目前為止，全球也沒有一個(gè)能投入商業(yè)甚至哪怕是試運(yùn)行的聚變反應(yīng)堆，因?yàn)檫@技術(shù)實(shí)在是太難了，好消息是中國在核聚變反應(yīng)對(duì)的商業(yè)化應(yīng)用中確實(shí)是走到比較前列的。也就是說，就算這技術(shù)成熟了，未來估計(jì)也只有中國會(huì)完成工程化應(yīng)用，就像河南生產(chǎn)鉆石一樣，中國又將成為未來的黃金之都了！

最后留了個(gè)坑，一起填上吧

D-T反應(yīng)的中子有一個(gè)用途就是用來轟擊鋰-6制造氚，因?yàn)殡@種氫的同位素多的不要不要的，要是不理解的話重水就是氘，但氚這玩意兒自然界是痕量，人工制造成本極高，所以要讓氘氚反應(yīng)增殖氚，反應(yīng)過程也不復(fù)雜：

6Li+n→4He+3H+4.78 MeV

這個(gè)屬于中子誘發(fā)裂解反應(yīng)，也需要一個(gè)中子，這不是和生產(chǎn)黃金搶中子嗎？恰恰相反，因?yàn)楫a(chǎn)生氚的部分中子和產(chǎn)生黃金部分的中子基本不沖突：

能誘發(fā)反應(yīng)的中子能級(jí)是不挑的，低到高都可以，但反應(yīng)截面不一樣，熱中子 ~0.025 eV反應(yīng)截面很大，eV–keV之后就快速下降了，到~1 MeV就很小了，在14.1 MeV最容易誘發(fā)黃金反應(yīng)的中子，在氚裂解反應(yīng)截面只有~0.04–0.06 barn，換算成人話就是14 MeV的快中子轟擊Li-6 的反應(yīng)概率只有熱中子的0.005%左右，所以這部分剛好用來生產(chǎn)黃金！

本文有點(diǎn)硬核，能看到這里的朋友就留個(gè)言吧，都是骨灰級(jí)科學(xué)大神！