Fusion av kallt och varmt

Kall fusion är fortfarande gömd bakom en tjock dimma, vilket inte ens ger ordentliga skäl att hävda att den existerar överhuvudtaget. Å andra sidan är iver svår att hålla tillbaka och ta fullständig kontroll.

1. Omslag till månadsnumret av Vremya magazine, tillägnad kall fusion.

När allt kommer omkring, finns det denna kalla fusion eller inte? – frågar kanske en utomstående, nyfiken på världen och vetenskapen, men inte särskilt insatt i ämnet. Förmodligen för att efter avslöjandena från Martin Fleishman och Stanley Pons, som för 25 år sedan meddelade att de lyckades få energi genom kärnfusion i ett "batteri" fyllt med tungt vatten med en palladiumkatod, har företrädare för den officiella vetenskapen inte uttalat sig bestämt och enhälligt är detta en lögn. Även om många tvivlade, har många forskningscentra gjort och försöker bygga en "kall" reaktor.

Lovande upplevelse. Kanske

Statusen för "upptäckten" av Fleishman och Pons är inte helt klarlagd. Sanningen är också oklar om den ganska välkända efterträdaren till temat "kall fusion" under de senaste åren - en enhet som kallas Energy Catalyzer (E-Cat). Denna struktur byggdes av uppfinnaren Andrea Rossi (2) med hjälp av ett team ledd av Sergio Focardi. Enligt skaparna ska det fungera enligt principen om kall sammansmältning av nickel och väte med framställning av koppar och frigöring av termisk energi, som sedan omvandlas till elektricitet. För varje minuts drift av en 1 400-watts reaktor (som sjunker till 292 efter några minuter) omvandlas 20 gram vatten vid 101°C till ånga vid XNUMX°C. Enheten demonstrerades för allmänheten flera gånger, men utvecklarna tillåter inte oberoende forskning.

2. Andrea Rossi med sin E-Cat

Enligt PhysOrg var experimenten som genomfördes från januari till april 2011 felaktiga och har inga egentliga bevis. Utvecklarna tillät inte ytterligare mätningar. Ändå har företaget till den företagsamma "uppfinnaren" fört register över enhetsköp sedan november 2011.

3. Professor Yoshiaki Arata

Å andra sidan publicerade en grupp oberoende experter i maj 2013 i arXiv-portalens arkiv en rapport om sina tester av två typer av reaktorer E-Cat HT och E-Cat HT2, som varar i 96 respektive 116 timmar. Reaktorn testades av de mest seriösa forskarna – fysikerna från universitetet i Bologna Giuseppe Levy och Evelyn Foschi, Thorbjorn Hartman från Svedbergslaboratoriet, kärnfysikern Bo Höystad, Roland Pettersson från Uppsala universitet och Hanno Essen från Kungliga Tekniska Högskolan. i Stockholm. De testades i Rossi-laboratorierna i Italien från december 2012 till mars 2013. Mätningar har visat att termisk energi produceras minst en storleksordning högre än effekten av någon känd kemisk energikälla. Så är detta...?

Forskare runt om i världen är splittrade. De flesta tror inte att en sådan reaktion ens är möjlig. Men under två år har ingen kunnat bevisa bedrägeri i Italien.

Ett internationellt forskarlag förväntas genomföra en ytterligare detaljerad studie av E-Cat inom kort. De ska sluta i mars och den första riktiga artikeln om Rossis uppfinning kommer att publiceras kort därefter. Det amerikanska företaget Cherokee Investment Partners vill i alla fall nu investera i Rossis enhet och introducera den på den kinesiska och amerikanska marknaden.

Den italienska idén om kall fusion har varit den mest högljudda de senaste åren. Det fanns naturligtvis andra försök att bevisa dess genomförbarhet. Metoden, som tillkännagavs 2005 av en grupp fysiker vid University of California, Los Angeles, går ut på att snabbt värma upp en kristall med pyroelektriska egenskaper (när den värms upp skapar den ett elektriskt fält). I det beskrivna experimentet, på ena sidan, värmdes kristallen i temperaturområdet från -34 till 7°C. Som ett resultat skapades ett elektriskt fält av storleksordningen 25 GV/m mellan kristallens ändar, vilket accelererade deuteriumjoner som kolliderade med vilande deuteriumjoner. Den uppmätta jonenergin nådde 100 keV, vilket motsvarar en temperatur som är tillräcklig för att genomföra fusion. Försöksledarna observerade neutroner med en energi på 2,45 MeV, vilket indikerar termonukleär fusion. Omfattningen av fenomenet är inte tillräckligt stor för att användas för energiändamål, men det tillåter konstruktion av en miniatyr neutronkälla. 2006 bekräftades denna effekt vid Rensselaer Polytechnic Institute.

Media rapporterade att Yoshiaki Arata (2008), professor i fysik vid Osaka University i Japan, i maj 3 genomförde ett framgångsrikt och reproducerbart experiment som visade att ytterligare värme genererades efter att ha exponerat palladium och zirkoniumoxidpulver för högtrycksdeuterium. . genereras (jämfört med kontroll med lätt väte). Kärnorna i angränsande atomer kommer att vara tillräckligt nära för att bilda kärnan av en heliumatom. Men många forskare tvivlar på det nukleära ursprunget för den observerade värmen och jämför detta experiment med Fleischmann och Pons berömda experiment 1989.

Tama fusionsreaktioner

Idag rapporterar fler och fler forskningscentra, inklusive NASA, sina experiment med kall fusion. Problemet är att ingen kan förklara mekanismen för den kalla fusionsreaktionen, och upprepade experiment är ibland framgångsrika, och ibland inte.

"Normala" fusionsreaktioner kräver mycket höga energier (som extrema temperaturer eller partikelkollisioner). Atomernas kärnor är positivt laddade och måste övervinna elektrostatiska krafter som beskrivs av Coulombs lag för att kunna kombineras. En nödvändig förutsättning för detta är kärnornas hastighet (kinetisk energi). Hög kärnenergi uppnås vid mycket höga temperaturer eller genom att accelerera kärnor i partikelacceleratorer. Denna reaktion sker i stjärnor eller i explosionen av en vätebomb. I båda dessa fall är reaktioner som inträffar vid enorma temperaturer (inte av en slump kallad "termo" kärnkraft) inte under vår kontroll. Men i årtionden har försök gjorts att utföra denna process i en kontrollerad och kontrollerad miljö, liknande den tämda energin från atomärt förfall.

Som ett resultat av en exoterm reaktion frigörs energi. Under en cykel av att skapa en heliumkärna från fyra protoner frigörs 26,7 MeV i form av kinetisk energi av reaktionsprodukter och gammastrålning (4). Det sprids av omgivande atomer och omvandlas till termisk energi. Utan att utföra en reaktion kan energin som frigörs under reaktionen bestämmas av massunderskottet, det vill säga skillnaden i massorna av reaktionens komponenter och produkter.

4. Visualisering av fusion

Vätecykeln, som vi oftast talar om i fusionssammanhang, är inte den enda typen av fusion. I stjärnor som är mer massiva och hetare än solen smälts kol, kväve och syre samman och producerar nästan lika mycket energi som vätecykeln. Fusioner av tyngre grundämnen förekommer också i jättar och superjättar, och supernovaexplosioner producerar kärnor som är ännu tyngre än nickel.

Kärnfusioner kända för vetenskapen, som du kan se, är olika, men de är alltid förknippade med höga energier och temperaturer i storleksordningen miljontals kelviner. Kall fusion, å andra sidan, bygger på okända, eller åtminstone obeskrivna och oprövade, vetenskapliga processer. Det viktigaste för skeptiker är testning och upprepad testning tills XNUMX% repeterbarhet uppnås.

Forskare från Lawrence Livermore National Laboratory. Lawrence i Kalifornien rapporterade i februari i år att de för första gången i sina fusionstester kunde producera mer energi från reaktionen än vad som förbrukades för att tillföra bränslet. Det betyder inte att vi kommer att börja bygga fusionskraftverk direkt, men det är verkligen ett viktigt genombrott, rapporterat i tidskriften Nature. Bränslepartikeln, sammansatt av isotoper av väte, deuterium och tritium, producerade 17 stycken. joule energi. Detta är mer än vad som förbrukades, även om - vilket tyvärr försämrar balansen avsevärt - bara en procent av den totala energi som förbrukades i experimentet gick åt till bränsle. Och denna information kommer säkert att stävja den framväxande entusiasmen.

Laboratoriet i Kalifornien, även känt som National Ignition Facility, har en laser på 350 biljoner watt (5). Dess uppgift är att antända väteisotoper till temperaturen för fusionsreaktionen. Superlasern är faktiskt en stråle av 192 laserstrålar som accelereras i acceleratorer.

5. Laser med Lawrence Livermore National Incendiary Plant

6. Modell av en experimentell termonukleär reaktor med en synlig plasmaring inuti

Om vi ​​talar om kontrollerad termonukleär fusion, så är ett av problemen som måste lösas kontrollen av den genererade superheta plasman (6). Forskare som arbetar vid Sandia National Laboratory genomförde experiment med Helmholtz-spolar, kända sedan XNUMX-talet, som skapar ett magnetfält när ström flyter. När ett ytterligare magnetfält skapades bredvid huvudet visade det sig att tillstånd av instabilitet utvecklas mycket långsammare, vilket är ett av de största hindren för att upprätthålla fusionsreaktionen.

Instabiliteter av detta slag, kända som Rayleigh-Taylor-effekterna, i försök att "fånga" en gigantisk het plasma i tokamaks (för att utföra en kontrollerad termonukleär reaktion) har hittills oundvikligen lett till en förlust av fältstabilitet och, i slutändan, till en "spill" av plasma. Sandia-forskarna märkte att genom att lägga till ett extra fält till spolarna korrigerades dessa instabiliteter. Forskare, som skriver om sin upptäckt i tidskriften Physical Review Letters, erkänner att de inte helt förstår fenomenet, men de hoppas att ytterligare forskning kommer att göra det möjligt för dem att utveckla en teknik som gör att plasman kan vara stabil och som ett resultat, hålla den termonukleära reaktionen mycket längre än den är nu. .

Vetenskapen är dubbelt hjälplös

Än så länge är vetenskapen dubbelt hjälplös när det gäller termonukleär fusion och utsikterna för dess användning som en kontrollerad energikälla. Å ena sidan är det inte särskilt tydligt om kall fusion, så vi vet inte om vi ska sätta några förhoppningar på det eller överlåta det till Kunstkamerans gottfinnande. Å andra sidan har han under decennier misslyckats med att bemästra elementet av het fusion. Kanske är denna hjälplöshet bara påtaglig och snart kommer vi att arbeta med båda ämnena? Vi har ett val, därför är det inte känt vad - det vill säga "kall" och "het" syntes, som i sin tur inte är känt hur man implementerar för att ge fredliga fördelar.