Menu Zamknij

Zimna Fuzja

35 lat temu naukowcy ogłosili, że mają nowe niewyczerpane źródło energii – reakcję syntezy jądrowej w temperaturze pokojowej. Gdy nie udało się powtórzyć eksperymentu – wybuchł skandal. Dziś badacze na nowo twierdzą, że takie reakcję są możliwe.

W marcu 1989 roku dwaj amerykańscy chemicy ogłosili, że udało im się przeprowadzić reakcję syntezy jądrowej w temperaturze pokojowej. Uznano to za początek przełomu w energetyce. Martin Fleischmann i Stanley Pons stali się gwiazdami mediów, ale gdy nikomu nie udało się powtórzyć ich eksperymentu (im samym zresztą też nie), oskarżono ich o cyniczne oszustwo. Potem dwaj badacze przyznali, że błędnie mierzyli ilość ciepła wytworzonego w reakcji.

Zimna fuzja (ang. cold fusion) to nazwa hipotetycznej metody fuzji jąder atomowych, którą dałoby się przeprowadzić w temperaturze znacznie niższej niż dla znanych obecnie reakcji termojądrowych.

Fuzja dwóch dowolnych jąder atomowych zachodzi, gdy posiadają one energię wystarczającą do pokonania odpychania elektrostatycznego protonów między jądrami i przybliżenia na odległość, w której krótkozasięgowe silne oddziaływania jądrowe przeważą odpychanie.

Obliczenia i dotychczasowe eksperymenty wskazują, że energia potrzebna do tego odpowiada temperaturze rzędu milionów kelwinów. Każda metoda, która doprowadziłaby do fuzji jąder w znacznie niższych temperaturach byłaby uznana za „zimną” oraz nie dotyczącą zderzania jąder przyśpieszanych w akceleratorach.

Synteza jąder deuteru jest reakcją silnie egzotermiczną, w jednej reakcji syntezy wydziela się ponad 3 MeV (megaelektronowolty) energii. Warto zwrócić uwagę, że to około miliona razy więcej niż przy spalaniu atomu węgla. W wyniku syntezy jąder deuteru powstają cięższe jądra, takie jak 3-He (lekki izotop helu) bądź 3-H (tryt). Reakcję syntezy, wśród nich reakcję syntezy deuteru są odpowiedzialne za wytwarzanie energii we wnętrzu Słońca i są nadzieją na rozwiązanie problemów energetycznych na Ziemi.

Przeczytaj również:  Cudowne Luftwaffe

Reakcję syntezy zachodzą tylko wtedy, kiedy dwa jądra deuteru zbliżą się tak, aby zetknęły się swoimi powierzchniami. Ponieważ obydwa jądra są naładowane dodatnio zbliżenie wymaga pokonania odpychania kulombowskiego, a do tego potrzeba energii. We wnętrzu Słońca jądra uzyskują energię potrzebną do zainicjowania reakcji dzięki wysokiej temperaturze. Na Ziemi reakcję takie można realizować przyśpieszając jądra deuteru w akceleratorach bądź wytwarzając w tzw. tokamakach, wysokotemperaturową plazmę o parametrach zbliżonych do tych panujących we wnętrzu Słońca.

W 1989 roku pojawiły się sensacyjne doniesienia Fleischmanna i Ponsa o reakcji fuzji jąder deuteru przy elektrolizie ciężkiej wody w temperaturze pokojowej (dlatego nazwa – zimna fuzja). Seria podobnych eksperymentów przeprowadzonych wkrótce po opublikowaniu artykułu Fleischmanna i Ponsa nie potwierdziła wyników. Okazało się, że w temperaturze pokojowej takie reakcję nie zachodzą. Omówienie reakcji tzw. zimnej fuzji można znaleźć w majowym numerze Wiedzy i Życia z 1989 roku.

W eksperymencie Fleischmanna i Ponsa nieprawidłowo interpretowano zliczenia licznika Geigera-Muellera. Zliczenia fotonów promieniowania naturalnego Fleischmann i Pons interpretowali jako zliczenia wskazujące na wytwarzanie neutronów w reakcji fuzji. Od eksperymentu Fleischmanna i Ponsa upłynęło 18 lat i mimo to, zimnej fuzji sugerowanej przez niecierpliwych naukowców nie udało się potwierdzić.

Metody chemiczne

Elektrolityczna

23 marca 1989 roku dwóch fizyków, Stanley Pons z University of Utah i Martin Fleischmann z Uniwersytetu w Southampton, ogłosiło, że wynaleźli prostą metodę wykonania zimnej fuzji atomów deuteru, poprzez elektrolizę ciężkiej wody z użyciem porowatej elektrody palladowej. Po pierwszych entuzjastycznych recenzjach i ogłaszaniu podobnych wyników w innych laboratoriach, dokładne testy przeprowadzone w kilkudziesięciu ośrodkach naukowych na świecie zaprzeczyły tezie, że w takich warunkach istotnie dochodzi do zimnej fuzji. Doniesienie uznano za mistyfikację, choć część badaczy twierdzi, że Pons i Fleischmann przypadkiem wpadli na trop nowego zjawiska fizycznego, ale nikt potem nie potrafił odtworzyć warunków, w jakich przeprowadzono pierwsze eksperymenty.

Przeczytaj również:  Nowe Technologie

Pallad i cyrkon

Media poinformowały, iż 22 mają 2008 roku Yoshiaki Arata, profesor fizyki z Uniwersytetu Osaka w Japonii, przeprowadził udaną demonstrację tego zjawiska. Eksperyment polegał na połączeniu jąder deuteru z mieszaniną palladu oraz tlenku cyrkonu, która ma powodować silne skupienie deuterów. Jądra atomowe znajdujących się obok siebie atomów miałyby być na tyle blisko, aby stworzyć jądro atomu helu. Lecz wielu naukowców powątpiewa i porównuje to doświadczenie z doświadczeniem z 1989 r .

Metody fizyczne

Sonofuzja

W 2002 r. Rusi Taleyarkhan z Oak Ridge National Laboratory ogłosił, że fuzja termojądrowa może zachodzić we wnętrzu bąbelków gazu, ściskanych gwałtownie przy pomocy ultradźwięków. W 2004 r. badania te zostały potwierdzone przez uczonego, pracującego już na Purdue University. W eksperymencie stosowany był „ciężki” aceton, w którym prot zastąpiono deuterem. Jednak badania te są kwestionowane, podejrzewano nawet, że ich wyniki były częściowo sfabrykowane.

Metoda piroelektryczna

Ogłoszona przez grupę fizyków z University of California, Los Angeles w 2005 roku metoda polegająca na szybkim podgrzewaniu kryształu o własnościach piroelektrycznych (wytwarza pole elektryczne podczas podgrzewania), w opisanym doświadczeniu podgrzewano z jednej strony kryształ w zakresie temperatur od -34 do 7°C. W wyniku tego między końcami kryształu powstało pole elektrostatyczne o wartości rzędu 25 GV/m. Napięcie to przyspieszało jony deuteru, które zderzały się że spoczywającymi jonami deuteru. Zmierzona energia jonów dochodziła do 100 keV, co odpowiadałoby osiągnięciu temperatury miliarda kelwinów, co teoretycznie powinno wystarczyć do zajścia fuzji. Eksperymentatorzy zaobserwowali w doświadczeniu neutrony o energii 2,45 MeV, które miały być dowodem zajścia fuzji. W 2006 r. efekt ten potwierdzono na Rensselaer Polytechnic Institute.

Teoria zimnej fuzji

Klasyczną zimna fuzja jest osiągalna teoretycznie w silnych polach: magnetycznym i rotującym elektrycznym kiedy to dwa stany Landaua obiegają się w tzw. układzie podwójnym gwiazd bez lub na około ciężkiego jądra atomowego w stanie tzw. paczki trojańskiej zjonizowanego deuteru. Można wtedy oszacować pole krytyczne i częstość obiegu kiedy przekrywanie się funkcji fałowych jest rzędu szerokości samych funkcji. W warunkach laboratoriów ziemskich są to jednak pola gigantyczne, charakterystyczne dla obiektów astrofizycznych.

Przeczytaj również:  Projekt Chronos

Aby zbliżyć dwa jądra deuteru na odległość równą średnicy protonu i obiegające się nawzajem z prędkością bliską światła, co gwarantuje zimna syntezę w 100% na parę tzn. 10-15 m wymagane jest pole magnetyczne o natężeniu 1011 Tesli tzn. podobne do pól wewnątrz magnetycznych gwiazd neutronowych tzw. magnetarów. Aby je zbliżyć na odległość porównywalną w sytuacji tzw. katalizy mionowej tzn. 206 razy mniej niż promień Bohra wystarczy pole 106 Tesli. Dla pól odpowiadających eksperymentowi piroelektrycznemu wystarczą pola rzędu 1000 T, największe osiągalne szczytowo w ziemskich laboratoriach podczas eksplozji.