由于冷聚变实验的结论与传统的物理学理论有很大的不同，在庞斯和弗莱希曼的实验结果宣布以后，许多科学家，特别是核物理学家对这一发现持怀疑态度。其原因在于，现有的物理学理论对热核聚变的研究取得了显著的成绩，物理学家已经弄清楚了热核反应的条件。根据核物理理论，两个原子核要彼此接近到核力相互作用范围内才能发生聚变反应。由于同性电荷之间库仑斥力的存在，两个自由核子聚合在一起之前，必须首先克服库仑势垒。库仑势垒的大小正比于两个核子所含电荷数的乘积，可以大致估算：核力程范围约为5×10-15米，设两个核子的电荷数分别为Z1，Z2，则库仑势垒为Z1·Z2e2／4πε0r0=Z1Z2×0.288兆电子伏。可见，如果核子的电荷数比较大时，聚变反应难以发生。所以一般来说，聚变反应多发生在轻核之间，最常见的就是同位素氘（D）和氚（T）。就氘一氘反应而言，可计算出0.288兆电子伏也相当于数十亿度的高温。虽然由于量子力学的隧道效应，可使低能粒子有一定的概率穿透高能势垒，但是发生显著聚变反应的温度仅比上述温度小一个数量级，仍需108开。这就是目前物理学所给出的实现热核反应的条件，以此曾成功地解释了太阳上的核反应，也曾成功地实现了氢弹试验。从上述理论出发，对庞斯和弗莱希曼等人的实验以及解释是令一些科学家难以接受的。
于是，一场关于冷聚变的争论就是不可避免的了。争论主要围绕着这样几个问题：
1．关于冷聚变的热效应问题
在庞斯和弗莱希曼的实验中，最引人注目也最有争议的是热效应问题。在庞斯和弗莱希曼电解重水的过程中产生了大量的热，输出的热比输入的高4倍，每立方厘米钯能产生10瓦以上的功率，放热的效应持续在120小时以上。正是由于放出的热量如此之大，庞斯和弗莱希曼不得不把这种情况归之为核聚变的结果。有一些实验室宣布他们观察到了热效应，而大多数实验室则表示他们没有观察到热效应。
争论就由此而起。许多科学家指出，庞斯和弗莱希曼的实验中所观察到的热效应与观测到的中子量不相符合。如果热效应的确是由氘-氘聚变反应所引起的，那么相应的中子产率应为1013个/秒左右。而他们实际测到的中子量仅为104个/秒，两者相差了10亿倍。指出这一差别的含义无非是想说明，庞斯和弗莱希曼所观察到的热效应并不是来自核反应。
但是，有的科学家却提出了新的理论来解释热效应和中子景的不相符合。他们认为，在钯晶格中，氘-氚聚变产物是激发态的氦-4，它的能垦被传送到铝晶格中而变成了热，只有少数激发态的氦-4分裂而形成氦-3和中子。这就是庞斯和弗莱希曼测到大量的热与少量的中子的原因。
2．关于γ射线的测量问题
聚变反应的证据除了强热效应，就是中子产物，而产生中子的证明又与y射线有关。在庞斯和弗莱希曼的实验中，在2.22兆电子伏附近测量到了γ射线的能谱峰值。他们认为，这是氘氘聚变产生的2.45兆电子伏的中子与溶液中质子的聚变反应生成的，从而证明了反应物——中子的存在。
然而，一些研究小组对此提出质疑。例如麻省理工学院研究小组指出：①庞斯和弗莱希曼所观测到的γ射线的能谱峰值宽度只是仪器分辨率的一半，这是不可能被测到的；②中子与质子反应所产生的γ射线，应该在1．99兆电子伏附近有一个康普顿边峰，可是在庞斯和弗莱希曼的谱图中没有发现；③在由γ射线的强度计算中子产率上电有错误，计算值比应有值大了50倍；④根据电视录下的γ射线谱图估计，γ射线峰应在2．25兆电子伏位置上，而不是在2．22兆电子伏上。由于以上理由，他们认为庞斯和弗莱希曼的实验中的所谓γ射线很可能是一个假信号。
3．关于中子的测量问题
在庞斯和弗莱希曼的实验中，他们是用三氟化硼中子测试仪测量冷聚变中子的，测得冷聚变中子产率为4×104个/秒。但是大多数的研究小组宣称，他们所做的实验却只测到少量的中子或没有测到中子。而且还有一些小组指出庞斯和弗莱希曼所用的三氟化硼中子测试仪，并不适合于他们实验中的中子测量。因为这种仪器对热和温度十分敏感，而重水的电解实验会使电解池周围的温度和湿度发生变化。
4．关于冷聚变的理论锯释问题
由于实验E对冷聚变中的热效应和中子有不同的结果，所以就会带来理论上的不同解释。一类理论解释是支持庞斯和弗莱希曼实验结果的，认为冷聚变可以在很高的速率下进行。如上述为协调大量热与少最中子而提出的聚变产物是氦-4和热的理论。
另一类理论是支持琼斯的实验的，即认为冷聚变只能在较低的速率下进行。这是因为在冷聚变实验中观察到的少量中子是由于宇宙射线中带负电的μ介子进入钯电极而产生的，μ介子的寿命极短，所以冷聚变反应速率也极低。
还有一类理论认为，所谓“冷聚变”的现象是由于某种化学反应所产生的热引起的。他们认为吸收了大量氘的钯品体可能变得不稳定而发生变化，从而放出大量的热。
关于冷聚变的最大争议则是：它是否是“伪科学”或“病态科学”。国内有人认为冷聚变是病态科学的典型，国外有的科学刊物提出要给庞斯和弗莱希曼颁发“可耻诺贝尔奖”。所谓病态科学，它的主要特征是：实验效应很弱，没有显著的因果关系；常是低统计的事例；惊人的高精密度；背离原有理论；发现者沉醉于所得结论，否认任何批评；等等。有人总结出冷聚变具有上述特征：实验重复性差；超额热与核产物不匹配；中子数据在检测极限与现有的核理论相违背；许多论文发表前未经评审等等。当然，另一方依然认为冷聚变是可信的，它打破了传统观念，就如同科技史上许多在开始时不被人们承认的发现和发明一样。1993年10月，在日本的名古屋召开了第三届国际冷聚变会议，与会者一致认为：冷聚变不是是否存在而是如何存在的问题。
关于冷聚变的争论，涉及的问题比较多。由于核聚变研究是探索新能源，它的成功与否对人类社会的影响非常之大。所以冷聚变就更为世人所瞩目。无论是肯定它还是否定它都应该比较慎重。现在还一下子分辨不清，就让科学发展本身去评判。
（第四节 ）核磁共振
核磁共振是在恒磁场中，磁矩不为零的原子核受射频场的激励，发生磁能级间共振跃迁的现象。1946年E·M·珀塞耳和F·布洛赫等人分别在实验上实现了固体石蜡和液体水分子中氢核的共振吸收。此后核磁共振技术迅速发展，目前核磁共振已成为波谱学中的一个重要分支。
核磁共振原理
1．经典描述
磁矩M不为零的原子核，受到恒磁场的作用而产生力矩，这力矩使磁矩绕恒磁场方向进动，进动频率ν又称拉莫尔频率，它与恒磁场的磁通密度B0成正比，即ν=γB0/2π，式中γ称为回磁比。当外加射频场作用于这个系统，并使射频场的频率等于γB0/2π时，就出现核磁共振。以质子（氢核）为例，当B0=1.41T时，频率ν为60MHz。
2．量子力学描述
核磁矩在磁场中的取向是量子化的，自旋最子数为I的核由于取向不同其能量有2I＋1个数值：Em=-mμB0／I，式中μ为核磁矩，m为核的磁量子数，取值-I，-I十1，…，I0同电磁波相互作用时共振跃迁的选择定则为△m=±1。当电磁波的频率为ν，且hν的值恰等于两相邻能级间的能量差△E=μB0/I时，就产生能级问的共振跃迁。这个频率就是共振频率（对应于经典描述的拉莫尔频率），h为普朗克常数。ν与B0的关系为2πν=γB0，式中γ=2πμ/Ih即为核的回磁比。
宏观样品是由大量同种核组成的体系，在2I＋1个磁能级上分布的核数E4不相同，在平衡时，各能级上的核的数目遵从玻耳兹曼分布律，较低能级上核的布居数较大，表现为与磁场方向一致的宏观磁矩M0。发生共振时，处在高磁能级的核受激辐射，跃迁到低能级，处在低磁能级的核受激吸收，跃迁到高能级，因为处于低能级的核布居数比处于高能级的核布居数大，以致宏观上呈现能量的净吸收，同时改变了能级的布居数比，导致吸收减弱，在恒磁场方向上的宏观磁矩减小，直到观察不到吸收，这种现象称为饱和。实际上由于样品中存在核自旋的弛豫过程与上述现象起相反的作用，跃迁到高能级的核通过与点阵相互作用，将吸收的能量传递给点阵，变成点阵的热振动能，核就又回到低能级。这个恢复过程称为自旋点阵弛豫，表征恢复过程快慢的时间常数称为自旋点阵弛豫时间（也称纵向弛豫时间）。另一种弛豫是当与B0垂直方向一旦出现一个非平衡磁矩M⊥时，通过磁矩间的磁相互作用，导致M⊥减小，这种弛豫叫自旋自旋弛豫，其消失过程的时间常数为自旋一自旋弛豫时间（也称为横向弛豫时间）。
仪器及探测
用以获得核磁共振谱的仪器称核磁共振谱仪，其原理装置如下图所示。中间为样品管，放在提供射频场的线圈和接收器的线圈中，置于恒磁场内，两个线圈的轴和恒磁场三者两两互相垂直，使彼此避免干扰。调整仪器达到核磁共振的方法有两种：一是保持射频场的频率νr不变，连续改变恒磁场的大小，使拉莫尔频率ν=νr；一是保持恒磁场不变，连续改变射频场的频率，使νr=ν，前者称为扫场，后者称为扫频。采用扫场法的核磁共振谱仪在恒磁场方向还有一套产生附加磁场的亥姆霍兹线圈，用以调节外磁场的大小，即扫场。核磁共振时样品吸收电磁波能量，被接收器线圈所接收，此信号经放大后由记录器记录在以频率为横坐标的记录纸上，就是核磁共振谱图。
连续波核磁共振实验装置示意图
除了上述连续波法外，较新的技术是用脉冲傅里叶变换法获得核磁共振谱。在垂直于恒磁方向加一个频率满足共振条件的强而短的电磁波脉冲，使样品在与恒磁场垂直的方向上产生磁化强度，通过观测脉冲结束后M上绕静磁场进动时在接收器线圈中感生的电动势衰减的信号对这个随时间变化的信号进行傅里叶变换，就可得到与连续波法测得的相同的共振谱。
应用
利用核磁共振方法可以测是核磁矩，其绝对准确度可达10-5，用这种方法曾测量了80多种核的磁矩，在核物理研究中起了重要作用。核磁共振方法还可以准确地测量磁场，并已成为一种常用的方法。
1．核磁共振分析
实际样品中核所处的磁场除了外加的恒磁场，还叠加有内磁场。内磁场来源于样品核周围的核、电子和离子的贡献。内场的作用使得某种物质的核磁共振谱线呈现复杂的结构。因此，原子核可看成是安置于物质内部的微小探针，通过它们来探测物质的微观的结构和各种相互作用。核磁共振已成为一种重要的无损分析手段。
①化学移位。1949年，W·G·普罗克特和虞福春首先发现在不同的有机氮化合物中氮核共振频率存在微小移位。此后J·T·阿诺德等人发现乙醇分子（CH3CH2OH）中化学环境的三种质子在核磁共振谱中有不同的共振峰，强度比为1∶2∶3，频率的差异一般仅为共振频率的10-6数量级。对质子和碳-13核分别用四甲基硅分子中甲基的质子和碳作标准，样品的各个共振峰与标准的频率差（以Hz为单位）与标准核的共振频率（以MHz为单位）的比值称为化学移位。
②向旋-自旋耦合。邻近的两种核自旋之间相互作用使共振谱线分裂的现象。分裂谱线之间的距离大小依赖于耦合的强弱。这种耦合往往是间接的，通过成键电子传递，一个核与有强磁矩的电子耦合，而电子又与另一个核耦合。例如在乙基溴（CH3CH2Br）的质子核磁共振谱中，CH2中的两个质子有三种自旋取向的组合，使邻位甲基中的质子受到三种不同的微扰，共振峰分裂成三个；CH3中三个质子有四种自旋取向组合，使邻位CH2质子的共振峰分裂成四个。CH3的三个峰的强度比为1∶2∶1，CH2的四个峰的强度比为1∶3∶3∶1。
当化学移位和自旋一自旋耦合造成的复杂谱能区分近至十分之几赫的两条谱线时，这种谱叫做高分辨核磁共振谱。它对量子化学的发展起了很大的作用。常用质子和13C核的高分辨谱来研究分析有机化合物，每种有机化合物都有它特定的质子和碳-13核的共振谱，人们积累了成千上万个有机化合物的这类图谱，被用来对有机化合物进行指纹式的鉴定分析或对未知化合物进行结构测定。
2．核磁共振成像
利用在物体的不同点处场强互不相同的磁场（如线性梯度磁场）在各点上产生互不相同的核磁共振频率，共振吸收谱线强度的频率分布就对应共振核的空间分布，借助于电子计算机，利用与X射线断层照相术类似的方法，便可重新组建出原来的图象。核磁共振成像也可显示共振核的某个参数（包括密度、白旋点阵弛豫时间和自旋一自旋弛豫时间）在物体中的空间分布。对动物和人体组织的核磁共振实验表明，正常组织和癌病组织的质子密度以及自旋点阵弛豫时间有很大差别，因此核磁共振人体成像仪有希望成为诊断疾病的有力工具。它不使用能引起辐射损伤的辐射源，对软组织灵敏，除了得到解剖学图象外还能反映生理状况。
