Fusie van koud en warm

Koude kernfusie is nog steeds verborgen achter een dichte mist en geeft niet eens de juiste reden om te beweren dat het überhaupt bestaat. Aan de andere kant is heftigheid moeilijk te bedwingen en volledig onder controle te krijgen.

1. Cover van het maandelijkse nummer van het tijdschrift Vremya gewijd aan koude kernfusie.

Is er tenslotte die koude fusie of niet? - kan een buitenstaander vragen, nieuwsgierig naar de wereld en wetenschap, maar niet erg bekend met het onderwerp. Waarschijnlijk omdat na de onthullingen van Martin Fleishman en Stanley Pons, die 25 jaar geleden aankondigden energie te krijgen door middel van kernfusie in een "batterij" gevuld met zwaar water met een palladium kathode, vertegenwoordigers van de officiële wetenschap zich niet resoluut hebben uitgesproken en unaniem is dit een leugen. Hoewel velen twijfelden, hebben veel onderzoekscentra het gedaan en proberen ze een "koude" reactor te bouwen.

Veelbelovende ervaring. Misschien

De status van de "ontdekking" van Fleishman en Pons wordt niet volledig begrepen. De waarheid is ook onduidelijk over de redelijk bekende opvolger van het 'koude fusie'-thema van de afgelopen jaren - een apparaat genaamd de Energy Catalyzer (E-Cat). Deze structuur is gebouwd door de uitvinder Andrea Rossi (2) met de hulp van een team onder leiding van Sergio Focardi. Volgens de makers zou het moeten werken volgens het principe van koude fusie van nikkel en waterstof met de productie van koper en het vrijkomen van thermische energie, die vervolgens wordt omgezet in elektriciteit. Voor elke werkende minuut van een reactor van 1 watt (die na enkele minuten zakt naar 400), wordt 292 gram water van 20°C omgezet in stoom van 101°C. Het apparaat is meerdere keren aan het publiek gedemonstreerd, maar de ontwikkelaars staan ​​geen onafhankelijk onderzoek toe.

2. Andrea Rossi met zijn E-Cat

Volgens PhysOrg waren experimenten uitgevoerd tussen januari en april 2011 onjuist en hebben ze geen echt bewijs. De ontwikkelaars stonden geen aanvullende metingen toe. Het bedrijf van de ondernemende "uitvinder" houdt echter sinds november 2011 de aankopen van apparaten bij.

3. Professor Yoshiaki Arata

Aan de andere kant publiceerde een groep onafhankelijke experts in mei 2013 in de archieven van het arXiv-portaal een rapport over hun tests van twee typen reactoren E-Cat HT en E-Cat HT2, die respectievelijk 96 en 116 uur duurden. De reactor werd getest door de meest serieuze wetenschappers - natuurkundigen van de Universiteit van Bologna Giuseppe Levy en Evelyn Foschi, Thorbjorn Hartman van het Svedberg-laboratorium, kernfysicus Bo Höystad, Roland Pettersson van de Universiteit van Uppsala en Hanno Essen van het Royal Institute of Technology. in Stockholm. Ze werden van december 2012 tot maart 2013 getest in de Rossi-laboratoria in Italië. Metingen hebben aangetoond dat thermische energie minstens één orde van grootte hoger wordt geproduceerd dan het vermogen van enige bekende chemische energiebron. Dus is dit...?

Wetenschappers over de hele wereld zijn verdeeld. De meesten geloven niet dat zo'n reactie zelfs maar mogelijk is. Twee jaar lang kon echter niemand in Italië fraude bewijzen.

Een internationaal onderzoeksteam zal naar verwachting binnenkort een nader gedetailleerd onderzoek naar E-Cat uitvoeren. Ze zouden in maart moeten eindigen en kort daarna zal het eerste echte artikel over Rossi's uitvinding worden gepubliceerd. Het Amerikaanse bedrijf Cherokee Investment Partners wil in ieder geval nu investeren in het toestel van Rossi en het introduceren op de Chinese en Amerikaanse markt.

Het Italiaanse idee van koude fusie is de laatste jaren het meest uitgesproken. Er waren natuurlijk andere pogingen om de haalbaarheid ervan te bewijzen. De methode, in 2005 aangekondigd door een groep natuurkundigen aan de Universiteit van Californië, Los Angeles, omvat het snel verhitten van een kristal met pyro-elektrische eigenschappen (bij verhitting creëert het een elektrisch veld). In het beschreven experiment werd enerzijds het kristal verwarmd in het temperatuurbereik van -34 tot 7°C. Als gevolg hiervan werd tussen de uiteinden van het kristal een elektrisch veld in de orde van grootte van 25 GV/m gecreëerd, dat deuteriumionen versnelde, die in botsing kwamen met rustende deuteriumionen. De gemeten ionenenergie bereikte 100 keV, wat overeenkomt met het bereiken van een temperatuur die voldoende is voor synthese. Onderzoekers namen neutronen waar met een energie van 2,45 MeV, wat wijst op thermonucleaire fusie. De schaal van het fenomeen is niet zo groot dat het voor energiedoeleinden kan worden gebruikt, maar stelt je in staat een miniatuurbron van neutronen te bouwen. In 2006 werd dit effect bevestigd aan het Rensselaer Polytechnic Institute.

De media berichtten dat Yoshiaki Arata (2008), een professor in de natuurkunde aan de Universiteit van Osaka in Japan, in mei 3 een succesvol en reproduceerbaar experiment uitvoerde waaruit bleek dat na blootstelling aan deuterium onder hoge druk in een systeem extra warmte wordt gegenereerd na blootstelling aan palladium en zirkoniumoxide poeder. gegenereerd (vergeleken met controle met lichte waterstof). De kernen van naburige atomen zullen dicht genoeg bij elkaar liggen om de kern van een heliumatoom te vormen. Veel wetenschappers twijfelen echter aan de nucleaire oorsprong van de waargenomen hitte en vergelijken deze ervaring met het beroemde experiment van Fleischmann en Pons in 1989.

Tem fusiereacties

Tegenwoordig rapporteren steeds meer onderzoekscentra, waaronder NASA, over hun experimenten met koude kernfusie. Het probleem is dat niemand het mechanisme van de koude kernfusiereactie kan verklaren, en herhaalde experimenten zijn succesvol, en soms ook niet.

"Normale" fusiereacties vereisen zeer hoge energieën (bijv. Extreme temperaturen of deeltjesbotsingen). De kernen van atomen zijn positief geladen en moeten de elektrostatische krachten overwinnen die worden beschreven door de wet van Coulomb om verbinding te maken. Een noodzakelijke voorwaarde hiervoor is de snelheid (kinetische energie) van de kernen. De hoge energie van kernen wordt bereikt bij zeer hoge temperaturen of door kernen te versnellen in deeltjesversnellers. Deze reactie vindt plaats in sterren of wanneer een waterstofbom ontploft. In beide gevallen worden reacties die plaatsvinden bij enorme temperaturen (niet per ongeluk "thermo" kernreacties genoemd) niet door ons gecontroleerd. Er zijn echter al tientallen jaren pogingen ondernomen om dit proces uit te voeren in een gecontroleerde en gecontroleerde omgeving, vergelijkbaar met de getemde energie van het verval van een atoom.

Bij een exotherme reactie komt energie vrij. Voor één cyclus van creatie van één heliumkern komt 26,7 MeV vrij uit vier protonen in de vorm van de kinetische energie van de reactieproducten en gammastraling (4). Het verstrooit zich op de omringende atomen en wordt omgezet in thermische energie. Zonder de reactie uit te voeren, kan de energie die vrijkomt tijdens de reactie worden bepaald door het massadeficit, d.w.z. het verschil in massa van de componenten en reactieproducten.

4. Visualisatie van fusie

De waterstofcyclus, waar we het vaak over hebben in de context van thermonucleaire fusie, is niet het enige type thermonucleaire fusie. In sterren die zwaarder en heter zijn dan de zon, worden koolstof, stikstof en zuurstof gesynthetiseerd, waardoor bijna evenveel energie wordt geproduceerd als in de waterstofcyclus. Fusies van zwaardere elementen komen ook voor, in reuzen en superreuzen, en supernova-explosies produceren kernen die nog zwaarder zijn dan nikkel.

Kernfusies die de wetenschap kent, zijn, zoals je kunt zien, anders, maar ze worden altijd geassocieerd met hoge energieën en temperaturen in de orde van miljoenen Kelvin. Koude kernfusie steunt daarentegen op onbekende of op zijn minst onbeschreven en niet-geteste wetenschappelijke processen. Het belangrijkste voor sceptici is verificatie, en meerdere keren, totdat XNUMX% herhaalbaarheid is bereikt.

Onderzoekers van het Livermore National Laboratory Lawrence in Californië meldde in februari van dit jaar dat ze voor het eerst in hun fusietesten in staat waren om meer energie uit een reactie te halen dan er aan de toevoer van brandstof werd besteed. Dat betekent niet dat we direct aan de slag gaan met de bouw van fusiecentrales, maar het is wel een belangrijke doorbraak, zo meldt het tijdschrift Nature. Een brandstofdeeltje bestaande uit isotopen van waterstof, deuterium en tritium produceerde 17 stuks. joule energie. Dit is meer dan werd verbruikt, hoewel - wat helaas de balans aanzienlijk verslechtert - slechts één procent van de totale energie die in het experiment werd verbruikt, naar brandstof ging. En deze informatie zal het ontluikende enthousiasme zeker beteugelen.

Het Californische laboratorium, ook wel bekend als de National Ignition Facility, herbergt een laser van 350 biljoen watt (5). Zijn taak is om waterstofisotopen te ontsteken tot de temperatuur van de fusiereactie. De superlaser is eigenlijk een straal van 192 laserstralen die in versnellers worden versneld.

5. Laser met Lawrence Livermore National Incendiary Plant

6. Model van een experimentele thermonucleaire reactor met daarin een zichtbare plasmaring

Als we het hebben over gecontroleerde thermonucleaire fusie, dan is een van de problemen die moet worden opgelost de beheersing van het gegenereerde superhete plasma (6). Wetenschappers die in het Sandia National Laboratory werken, experimenteren met Helmholtz-spoelen die al sinds de XNUMXe eeuw bekend zijn en die een magnetisch veld creëren wanneer er stroom vloeit. Toen er een extra magnetisch veld werd gecreëerd in de buurt van het hoofdveld, bleek dat de toestanden van instabiliteit zich veel langzamer ontwikkelden, wat een van de belangrijkste obstakels is voor het in stand houden van de fusiereactie.

Dit soort instabiliteiten, bekend als de Rayleigh-Taylor-effecten, in pogingen om een ​​gigantisch heet plasma in tokamaks te 'vangen' (voor het uitvoeren van een gecontroleerde thermonucleaire reactie) hebben tot nu toe onvermijdelijk geleid tot een verlies van veldstabiliteit en uiteindelijk tot een "lekkage" van plasma. De Sandia-wetenschappers merkten dat het toevoegen van een extra veld aan de spoelen deze instabiliteit corrigeerde. Wetenschappers, die over hun ontdekking schrijven in het tijdschrift Physical Review Letters, geven toe dat ze het fenomeen niet volledig begrijpen, maar ze hopen dat verder onderzoek hen in staat zal stellen een technologie te ontwikkelen waarmee het plasma stabiel kan worden en, als resultaat, houden de thermonucleaire reactie veel langer dan nu het geval is. .

De wetenschap is dubbel hulpeloos

Tot nu toe staat de wetenschap dubbel hulpeloos met betrekking tot thermonucleaire fusie en de vooruitzichten voor het gebruik ervan als gecontroleerde energiebron. Aan de ene kant is het niet erg duidelijk over koude kernfusie, dus we weten niet of we er enige hoop op moeten vestigen of het aan het oordeel van de Kunstkamera moeten overlaten. Aan de andere kant slaagde hij er decennialang niet in het element van hete fusie onder de knie te krijgen. Misschien is deze hulpeloosheid slechts schijn en werken we binnenkort aan beide onderwerpen? We hebben een keuze, daarom is niet bekend wat - dat wil zeggen, "koude" en "hete" synthese, die op zijn beurt niet bekend is hoe te implementeren om vreedzame voordelen te brengen.