μ 中和核聚变：物理机制、瓶颈突破及工程路径
高能物理 - 唯象学
2026-05-27 v1 核实验
核理论
加速器物理
摘要
μ 中和核聚变 (μCF) 用负μ子取代原子电子，将原子轨道压缩约两个数量级，使脘氘-氚 (D-T) 聚变可在近室温条件下进行。本文综述了 μCF 的物理原理，并将其基本动力学形式化为四步循环：μ 中和原子形成、μ 子转移、共振 D-Tμ 分子形成以及 D-T 聚变伴随μ 子释放和回收。采用动力学模型量化 μ 子完成每次催化作用的次数及相应能量收益。我们聚焦于催化效率的核心限制，即 α 粘附效应，讨论可能的突破路径，包括核自旋和μ 子双极化、飞行中μ 中和聚变、重离子驱动的磁激励聚变。基于本模型的理想化假设，一种四维协同方案结合双极化、高密度约束、电场辅助μ 子恢复和共振增强，可能将 μ 子完成每次催化作用的次数从当前实验记录的约150提高到500以上，潜在实现能量收益 Q>2。基于此，我们提出一种概念上的 fusion-fission 燃料混合反应堆，称为 μCF-FBR，利用 μCF 产生的14.1 MeV 中子来自 238U blanket 中的 239Pu 铀燃料混合模式进行燃料混合。该概念在工程鲁棒性、辐射损伤容忍性和天然铀利用方面可能具有优势。
引用
@article{arxiv.2605.26432,
title = {Muon-Catalyzed Nuclear Fusion: Physical Mechanism, Bottleneck Breakthroughs, and an Engineering Pathway},
author = {Xiong Yin and Wei Kou and Xurong Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.26432},
year = {2026}
}
备注
7 pages, 1 figure