2025年最不靠谱研究：用核聚变制造黄金！疯了，竟然还具可操作性

现在还在买昂贵天然钻石的朋友难免要被人一顿嘲笑，因为内部结构几乎完美的人造钻石价格是天然钻石的十分之一都不到，钻石从“皇冠”掉到“平民价”也就没多少年时间！然而与钻石齐名的黄金却还在不断暴涨，一度突破千元大关，2025年12月23日，上金所黄金价格最高创下1018元/克的记录！

原因也很简单，黄金这种元素无法通过类似钻石这种同素异构体的人造方法取得，即使理论上行得通，成本也高到黄金本身的千倍不止！然而在2025年的一份研究却让生产黄金“流水线”生产成为可能，并且成本将比较低的程度，只是这个门槛比较高，目前正在突破的国家中，中国排名相当靠前的国家之一！

自然界的黄金为什么那么贵重：因为机会太少了

黄金为什么会那么贵重？除了乱世黄金盛世古董的投资避险属性外，黄金的贵重是因为其极其优良的性能与稀缺性，据公开数据，人类有史以来开采的黄金总量不过13.31万吨，全球黄金总储量也只有34.94万吨，全部熔成实心球的直径不过38.8米。

相比之下铁这种贱金属的数量就可观了，人类有史以来开采的铁已经超过2600亿吨，假如融铸成一个实心球的话，这个铁球的直径能达到19.6公里，未开采数量无法计算，因为地球内核98%都是铁元素，总量1.65×10¹⁸亿吨，要是融成球体直径超过2200公里。

为什么黄金那么稀缺？

原因是其诞生过程决定的，宇宙中丰度第一的元素是氢占比73.9%，第二是氦占比24%，原因很简单，这俩元素是在宇宙大爆炸的时候就诞生了，然后氢和氦元素一起诞生了那么多恒星，形成了星系，无数星系构成了宇宙纤维状结构，烧了137亿年才烧掉了2.1%！

地球上丰度最高的元素铁，占比32.1%，其次是氧占比30.1%，然后是硅占比15.1%等元素，宇宙中丰度和地球上元素丰度不一样是因为形成地球的元素是超新星爆发后的残骸通过引力坍缩形成的，地球元素的丰度就是恒星这个元素的制造厂以及超新星这个恒星和行星的播种工厂决定的。

恒星能制造的元素是由恒星的大小决定的，像比邻星这样的红矮星只能制造氦，太阳那么大的大概能造到碳和氧，猎户座参宿四不错，能制造地球上大部分元素，恒星制造元素的顺序很简单，就是质子不断聚变成更重的元素，在超新星爆发前，恒星能制造的元素顺序如下：

1. 碳（C）+ 氧（O）（红超巨星初期）
2. 碳（C）→ 氖（Ne）+ 镁（Mg）
3. 氖（Ne）→ 氧（O）+ 镁（Mg）
4. 氧（O）→ 硅（Si）+ 硫（S）
5. 硅（Si）→ 铁（Fe）+ 镍（Ni）

这些元素的聚变都是能制造能量的，但是很抱歉，释放能量的聚变只到铁为止，再往后就要吸收能量才能产生了，等到恒星内核聚变生成铁之时，能量释放突然结束，辐射压支撑的外壳会因为支撑消失出现坍缩，内外相撞形成宇宙中最灿烂的烟花：超新星爆发！

超新星爆发会产生从氦到铁的大部分元素，也会产生铁以后的钴（Co）、铬（Cr）、锰（M）等元素，还会产生锌（Zn）、铜（Cu）、锶（Sr）、钡（Ba）和稀有贵重：金（Au）、铂（Pt）、银（Ag）和最重天然放射性元素：铀（U）、钍（Th）等。

产生比铁重元素主要有S过程（慢中子俘获），主要在铁以前的聚变中诞生，数量很少；在超新星爆发中则通过R过程（快中子俘获）诞生，速度很快且大量，但是诞生金的条件的还是非常极端，比如金这个质子+中子达到了197个的重元素合成要求极高：

• 中子密度极高（≫10²⁰ cm⁻³）
• 时间尺度足够长（毫秒～秒级，但要持续）
• 电子分数Ye极低（物质极端中子富集）

上世纪九十年代以前的理论认为超新星爆发也能诞生大量金元素，但现代理论认为超新星爆发时Ye偏高（~0.4–0.5）导致物质不够中子化，中子喷流时间尺度也不够，所以超新星的R过程无法诞生大量金元素。

只有在中子星合并这种宇宙中非常极端的环境下，才能达到金元素合成这种要求非常极致的R过程条件，因为在中子星合并时其物质几乎都是中子态、R过程可以“来回跑”，能合成你在元素周期表见过的几乎所有稀有金属：

• 锶（Sr，38）、钇（Y，39）、锆（Zr，40）、铌（Nb，41）、钼（Mo，42）、钌（Ru，44）、铑（Rh，45）、钯（Pd，46）、银（Ag，47）、镉（Cd，48）、铟（In，49）、锡（Sn，50）、锑（Sb，51）、碲（Te，52）、铯（Cs，55）、钡（Ba，56）、镧（La，57）、铈（Ce，58）、镨（Pr，59）、钕（Nd，60）、钷（Pm，61；
• 钐（Sm，62）、铕（Eu，63）、钆（Gd，64）、铽（Tb，65）、镝（Dy，66）、钬（Ho，67）、铒（Er，68）、铥（Tm，69）、镱（Yb，70）、镥（Lu，71）、铪（Hf，72）、钽（Ta，73）、钨（W，74）、铼（Re，75）、锇（Os，76）、铱（Ir，77）、铂（Pt，78）、金（Au，79）、汞（Hg，80）、铅（Pb，82）、铋（Bi，83）、钍（Th，90）、铀（U，92）

稀土元素是不是都在里面？黄金、铂金贵金属也在里面，还有钍和铀放射性元素也在，这样大家就知道为什么这些元素都那么贵重了吧，宇宙大爆炸都是公平的，大家都有，超新星爆发就不多了，中子星合并那是极小概率的事件，就像各位捡到狗头金一样，那都是宇宙中最最最灿烂的中子星合并的烟花诞生的，搞不好诞生的那会就长这样了！

再解释一个问题，同样是中子星合并诞生，为什么铅那么多，而黄金那么少呢？答案是中子星合并时的R过程并不会直接产生各种元素，而是会诞生各种中子数非常极端的0号元素（没有质子），之后会经过多次 β衰变 + α 衰变 + 裂变变成重元素。

铅和金不过是所有“0号元素”衰变回落的一个“落脚点”而已，之所以铅最多是因为铅是所有放射性衰变的终点。大量更重核素，最终都会衰变停在铅上，这就是铅和比金原子数要高，但铅却比金要更多的原因。

人类现在使用的所有稀有元素、贵金属都是来自千万年甚至是数十亿前的一次中子星合并中诞生的，你手中的金戒指或者铂金首饰就是来自上古宇宙的恩赐。

人造黄金技术之路：到底靠不靠谱？

中子星合并才能诞生黄金，那么又是如何制造黄金的呢？2025年中发表在arxiv.org预印本论文网站上的一篇论文表明，可以用核聚变堆来制造黄金，目前不是急着将聚变堆商业化么？还在担心Q值不够效应不好，成本投进去收不回来，现在几位科学家设想出了一个用核聚变堆在发电的同时用来生产黄金！

根据他们的计算，一个1GW热功率的聚变反应堆每年可产约2吨黄金-197，价值约28.23亿美元，同时一年还能发电52.56 亿度（60%效率计算），按中国核电平均上网电价0.35–0.42 元/千瓦时计算，还能产生大约15~20亿人民币的经济效益，这卖黄金比卖电还划算呢？到底靠不靠谱？

答案：根据人类对制造黄金的渴求历史看，还是有可能的

在没有弄明白元素诞生之前，制造黄金这种基本就是江湖术士的骗局！在现代科学搞明白了元素的前世今生之后，大家也都知道了，能让元素序号发生改变的关键是聚变、慢中子俘获或者快中子俘获，再有裂变以及衰变等几种过程。

而能产生黄金的过程则只有R过程（快中子俘获），从理论上来看，制造黄金的R过程并不神秘，现代科学的发展，也能让R过程在实验室中诞生，方法么上过中学的朋友都能看得懂：

Hg-198 (n,2n) → Hg-197 → β⁻ 衰变 → Au-197（稳定金）

这个意思是用汞-198（汞的同位素，自然界丰度为10%），在一个高能中子的轰击下，会释放出两个中子，变成Hg-197，这个过程可以用如下表述：

¹⁹⁸Hg 吸收1个高能中子 → 形成激发态的复合核¹⁹⁹Hg → 复合核不稳定，瞬间释放2个中子 → 最终生成汞-197（¹⁹⁷Hg）

汞-197会再次通过β⁻衰变，原子核中的一个中子转变成质子（质子数改变，元素序号才会改变，中子数改变，只会成为同位素），汞-197变成质子数加一的金-197（质子数改变，质量数不变），恭喜你，已经成功的制造出黄金了！

生产黄金的过程不神秘：问题是怎么样才能量产

看到这里想必是大家都明白了，原来把汞-198用中子轰击一下就可以了，这个中子不是核反应堆里到处是吗？核反应堆中不是有一个叫做控制棒的组件么，这玩意儿不就是用来吸收中子控制裂变速度的吗？把这玩意儿拿出来，把汞-198塞进去，要不了几天就变成金灿灿的黄金了！

真的是这样吗？肯定不是了！要不然全世界核反应堆那么多，，大家不都去制造黄金了？到现在还在康吃康吃的淘金，那肯定是核反应堆不中用了！为什么会这样？答案是能让汞-198变成黄金的中子能级要求太高了：

门槛就是这个快中子必须是≥8MeV、最佳在大概在14MeV的高能快中子才能“快速”的产生生产黄金。尽管常规的裂变反应堆的中子的能级范围是0MeV ～10 MeV，但绝大多数集中在0.5–3MeV，>6 MeV比例已经很低，>8MeV的中子占比极少。

裂变无法用来制造黄金，而上文的论文中提到的聚变恰恰可以，因为在D-T（氘氚）反应中，中子的能级是平均能级集中在14.1 MeV左右。是不是“天助我也”？另外还有一个有趣的事情，聚变堆中的中子处理起来非常非常麻烦，为什么呢？

因为中子不带电，无法通过磁场捕获引导，只能任它横冲直撞，并且中子还有一个极端的特性，材料在俘获一种中子后要么变成带放射性的同位素，要么发生衰变变成另一种元素，这个核聚变堆内部的第一壁材料过阵子就有辐射了，要么就变成其他元素了，你说这坑人不？

现在好了，把汞-198放进去，一阵子后金灿灿的黄金就出来了，这个不是额外的创收嘛！在这个黄金价格极为高昂的时代里，竟然还有这样一种“变废为宝”的好方法？其实这并不是个秘密，中学物理学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，但是为什么还有科学家要写论文呢？

倒不是无病呻吟，这几位科学家是计算了一个阈值，能让汞-198刚刚接收到12~15MeV能级的中子，因为这个级别的中子转换率最高，同时还提出理论抑制有害中子的反应，还通过模型计算出了汞层的厚度，与第一壁结构材料的位置以及中子的散射路径等，其目的就是不浪费每一个14.1MeV的中子，同时还要避免Au-197变成有放射性的Au-198！

这一整套理论其实没有新理论出现，但提出了工程化应用生产黄金的最优解，确实值得发表一篇论文。不过到目前为止，全球也没有一个能投入商业甚至哪怕是试运行的聚变反应堆，因为这技术实在是太难了，好消息是中国在核聚变反应对的商业化应用中确实是走到比较前列的。也就是说，就算这技术成熟了，未来估计也只有中国会完成工程化应用，就像河南生产钻石一样，中国又将成为未来的黄金之都了！

最后留了个坑，一起填上吧

D-T反应的中子有一个用途就是用来轰击锂-6制造氚，因为氘这种氢的同位素多的不要不要的，要是不理解的话重水就是氘，但氚这玩意儿自然界是痕量，人工制造成本极高，所以要让氘氚反应增殖氚，反应过程也不复杂：

6Li+n→4He+3H+4.78 MeV

这个属于中子诱发裂解反应，也需要一个中子，这不是和生产黄金抢中子吗？恰恰相反，因为产生氚的部分中子和产生黄金部分的中子基本不冲突：

能诱发反应的中子能级是不挑的，低到高都可以，但反应截面不一样，热中子 ~0.025 eV反应截面很大，eV–keV之后就快速下降了，到~1 MeV就很小了，在14.1 MeV最容易诱发黄金反应的中子，在氚裂解反应截面只有~0.04–0.06 barn，换算成人话就是14 MeV的快中子轰击Li-6 的反应概率只有热中子的0.005%左右，所以这部分刚好用来生产黄金！

本文有点硬核，能看到这里的朋友就留个言吧，都是骨灰级科学大神！