质子-硼-11 聚变的新方法

质子-硼-11（p-$^{11}$B）聚变是一种极具吸引力的无中子途径，可用于清洁能源生产，具有燃料丰富、中子活化可忽略以及带电 $\alpha$ 粒子直接能量转换的潜力。然而，由于极高的库仑势垒，其实际实施受到严重阻碍，需要远超传统氘-氚反应的点火温度。在这项工作中，我们提出了一种通过引入负 $\mu$ 子来增强低能聚变截面的新方法。我们不依赖于热平衡状态下 $\mu$ 分子的形成，而是研究了一种动力学场景：首先形成 $\mu$ 子氢原子（p$\mu$），随后用 $^{11}$B 核对其进行轰击。我们定量表征了紧密结合的 $\mu$ 子云对质子库仑场的动态屏蔽，由此得到的修正库仑势垒在中等间距处显著降低了有效势垒。我们还评估了 p$\mu$-$^{11}$B 系统的穿透概率、反应截面和反应性，结果表明，在 100~keV 以下的入射能量下，$\mu$ 子的加入将隧穿概率提高了数个数量级，从而显著降低了核反应的阈值。这一机制为催化 p-$^{11}$B 聚变提供了一种有前景的替代视角，并暗示了一种潜在的点火途径。