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，因為內部結構幾乎完美的人造鉆石價格是天然鉆石的十分之一都不到，鉆石從“皇冠”掉到“平民價”也就沒多少年時間！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，2025年12月23日，上金所黃金價格最高創(chuàng)下1018元/克的記錄！

原因也很簡單，黃金這種元素無法通過類似鉆石這種同素異構體的人造方法取得，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黃金“流水線”生產成為可能，并且成本將比較低的程度，只是這個門檻比較高，目前正在突破的國家中，中國排名相當靠前的國家之一！

自然界的黃金為什么那么貴重：因為機會太少了

黃金為什么會那么貴重？除了亂世黃金盛世古董的投資避險屬性外，黃金的貴重是因為其極其優(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，全球黃金總儲量也只有34.94萬噸，全部熔成實心球的直徑不過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超過2600億噸，假如融鑄成一個實心球的話，這個鐵球的直徑能達到19.6公里，未開采數(shù)量無法計算，因為地球內核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)星系構成了宇宙纖維狀結構，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為形成地球的元素是超新星爆發(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元素的制造廠以及超新星這個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，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生了，等到恒星內核聚變生成鐵之時，能量釋放突然結束，輻射壓支撐的外殼會因為支撐消失出現(xiàn)坍縮，內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)會產生從氦到鐵的大部分元素，也會產生鐵以后的鈷（Co）、鉻（Cr）、錳（M）等元素，還會產生鋅（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，比如金這個質子+中子達到了197個的重元素合成要求極高：

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

上世紀九十年代以前的理論認為超新星爆發(fā)也能誕生大量金元素，但現(xiàn)代理論認為超新星爆發(fā)時Ye偏高（~0.4–0.5）導致物質不夠中子化，中子噴流時間尺度也不夠，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，才能達到金元素合成這種要求非常極致的R過程條件，因為在中子星合并時其物質幾乎都是中子態(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，搞不好誕生的那會就長這樣了！

再解釋一個問題，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的R過程并不會直接產生各種元素，而是會誕生各種中子數(shù)非常極端的0號元素（沒有質子），之后會經過多次 β衰變 + α 衰變 + 裂變變成重元素。

鉛和金不過是所有“0號元素”衰變回落的一個“落腳點”而已，之所以鉛最多是因為鉛是所有放射性衰變的終點。大量更重核素，最終都會衰變停在鉛上，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預印本論文網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？還在擔心Q值不夠效應不好，成本投進去收不回來，現(xiàn)在幾位科學家設想出了一個用核聚變堆在發(fā)電的同時用來生產黃金！

根據(jù)他們的計算，一個1GW熱功率的聚變反應堆每年可產約2噸黃金-197，價值約28.23億美元，同時一年還能發(fā)電52.56 億度（60%效率計算），按中國核電平均上網電價0.35–0.42 元/千瓦時計算，還能產生大約15~20億人民幣的經濟效益，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士的騙局！在現(xiàn)代科學搞明白了元素的前世今生之后，大家也都知道了，能讓元素序號發(fā)生改變的關鍵是聚變、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)代科學的發(fā)展，也能讓R過程在實驗室中誕生，方法么上過中學的朋友都能看得懂：

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

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

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

汞-197會再次通過β?衰變，原子核中的一個中子轉變成質子（質子數(shù)改變，元素序號才會改變，中子數(shù)改變，只會成為同位素），汞-197變成質子數(shù)加一的金-197（質子數(shù)改變，質量數(shù)不變），恭喜你，已經成功的制造出黃金了！

生產黃金的過程不神秘：問題是怎么樣才能量產

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，這個中子不是核反應堆里到處是嗎？核反應堆中不是有一個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，那肯定是核反應堆不中用了！為什么會這樣？答案是能讓汞-198變成黃金的中子能級要求太高了：

門檻就是這個快中子必須是≥8MeV、最佳在大概在14MeV的高能快中子才能“快速”的產生生產黃金。盡管常規(guī)的裂變反應堆的中子的能級范圍是0MeV ～10 MeV，但絕大多數(shù)集中在0.5–3MeV，>6 MeV比例已經很低，>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，因為在D-T（氘氚）反應中，中子的能級是平均能級集中在14.1 MeV左右。是不是“天助我也”？另外還有一個有趣的事情，聚變堆中的中子處理起來非常非常麻煩，為什么呢？

因為中子不帶電，無法通過磁場捕獲引導，只能任它橫沖直撞，并且中子還有一個極端的特性，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，這個核聚變堆內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放進去，一陣子后金燦燦的黃金就出來了，這個不是額外的創(chuàng)收嘛！在這個黃金價格極為高昂的時代里，竟然還有這樣一種“變廢為寶”的好方法？其實這并不是個秘密，中學物理學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家要寫論文呢？

倒不是無病呻吟，這幾位科學家是計算了一個閾值，能讓汞-198剛剛接收到12~15MeV能級的中子，因為這個級別的中子轉換率最高，同時還提出理論抑制有害中子的反應，還通過模型計算出了汞層的厚度，與第一壁結構材料的位置以及中子的散射路徑等，其目的就是不浪費每一個14.1MeV的中子，同時還要避免Au-197變成有放射性的Au-198！

這一整套理論其實沒有新理論出現(xiàn)，但提出了工程化應用生產黃金的最優(yōu)解，確實值得發(fā)表一篇論文。不過到目前為止，全球也沒有一個能投入商業(yè)甚至哪怕是試運行的聚變反應堆，因為這技術實在是太難了，好消息是中國在核聚變反應對的商業(yè)化應用中確實是走到比較前列的。也就是說，就算這技術成熟了，未來估計也只有中國會完成工程化應用，就像河南生產鉆石一樣，中國又將成為未來的黃金之都了！

最后留了個坑，一起填上吧

D-T反應的中子有一個用途就是用來轟擊鋰-6制造氚，因為氘這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，所以要讓氘氚反應增殖氚，反應過程也不復雜：

6Li+n→4He+3H+4.78 MeV

這個屬于中子誘發(fā)裂解反應，也需要一個中子，這不是和生產黃金搶中子嗎？恰恰相反，因為產生氚的部分中子和產生黃金部分的中子基本不沖突：

能誘發(fā)反應的中子能級是不挑的，低到高都可以，但反應截面不一樣，熱中子 ~0.025 eV反應截面很大，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)黃金反應的中子，在氚裂解反應截面只有~0.04–0.06 barn，換算成人話就是14 MeV的快中子轟擊Li-6 的反應概率只有熱中子的0.005%左右，所以這部分剛好用來生產黃金！

本文有點硬核，能看到這里的朋友就留個言吧，都是骨灰級科學大神！