„Fuziunea la rece” - p1

[altmariusscience]

 

Publicat: 23 Iulie 2016

Cu toate eforturile de „pavare netedă” a drumurilor științei contemporane, au fost evidențiate și rămân, încă, neelucidate fenomene legate de producerea unor forme de energie. Dispozitivele asociate sunt, de asemenea, obiecte ale cercetărilor și controverselor.

          Un exemplu este așa-numitul EMDrive – propulsorul, anunțat în 2015, care ar converti în forță energia câmpului de microunde dintr-o cavitate; fenomenul, testat și confirmat de NASA, ar sfida legea conservării momentului cinetic.

          Dar, episodul de azi al serialului nostru vă propune un alt fenomen care a „învolburat” comunitatea atomiștilor în anul 1989: „fuziunea la rece”.

          Ghilimelele sunt necesare: folosirea expresiei a fost și este contestată. Au apărut, însă, denumiri alternative, considerate mai adecvate pentru descrierea fenomenului observat. Reacții nucleare de joasă energieeste o variantă.

          Emoția produsă de anunțul făcut în 1989 a fost mare, susținută de reputația solidă a celor doi oameni de știință, autori ai experimentului. Martin Fleishmann, șeful catedrei de chimieFarraday a universității din Southampton, era unul dintre cei mai respectați electrochimiști englezi; iar Stanley Pons era președintele Departamentului de Chimie, profesor la Universitatea din Utah, SUA.

 

Dreapta: Martin Fleishmann (1927 – 2012). Doctor al Imperial College – Londra, președinte, 1970-1972, al Societății Internaționale a Electrochimiștilor; medaliat, al Societății Regale din Londra, în 1979, pentru merite în  electrochimie și termodinamică, co-autor al descoperirii, inventării sau dezvoltării unor efecte și dispozitive electrochimice.

Stânga: Stanley Pons (n. 1943), chimist cu carieră predominant americană, recunoscut pentru contribuțiile în cercetarea aplicativă. În timpul studiilor doctorale la Universitatea din Southampton l-a cunoscut, în 1975, pe Martin Fleishmann.

După controversata comunicare din 1989 privind ipotetica „fuziune la rece”, a lucrat, împreumă cu Fleishmann, între 1992-1998, într-un proiect de 12 milioane $ finanțat de Toyota. A renunțat la cetățenia americană în favoarea celei franceze.

 

          În urma cercetărilor autofinanțate începute în 1983, cei doi au propus și realizat electroliza apei grele (purtătoare în exces a deuteriului - un izotop al hidrogenului) într-o baie de dimensiuni mici, folosind  - aici era factorul diferențiator – un electrod (catodul) din paladiu (Pd). Fleishmann și Pons indicau degajareala, la trecerea curentului electric, a unei călduri inexplicabile prin balanțele energetice ale electrolizei. Sugestia a fost – că a avut loc o reacție de fuziune termonucleară, considerată până atunci tehnic imposibilă, mai ales în contextul simplist al experimentului.

Prezentare schematică a instalației pentru „fuziunea la rece”. Molecula de apă grea s-ar descopmune, în baia de elctroliză, eliberând ionul deuteriu care ar fi captat și ”lipit, fuzionat” de alt ion prin acțiunea, neelucidată încă, a paladiului

 

          Câteva explicații, încercate pe înțeles: apa grea (D2O) conține, în mare concentrație, un izotop al hidrogenului – deuteriul. Este un atom de hidrogen cu doi neutroni, față de unul singur, specific hidrogenului „obișnuit”. Concentrația deuteriului este relativ mică în natură, cu mențiunea că este mai răspândit în mări și oceane, în  moleculele de apă grea. Estimarea este – un atom deuteriu la 6400 atomi hidrogen, în oceanul planetar. Lesne de intuit că, global, deuteriul este, practic, inepuizabil.

Apa obișnuită are molecula formată dintr-un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen. Apa grea are cel puțin unul dintre atomii de hidrogen ca deuteriu (există un neutron, micul disc negru, alături de „comunul” proton al nucleului). Gheața de apă grea cade la baza paharului, deoarece apa grea chiar este cu 10% ... mai grea decât apa comună.

 

          Dar, apa grea, cu concentrații mari ale deuteriului, este deja produsă industrial și utilizată predominant pentru moderarea reacțiilor în centralele nucleare. Acestea lucrează, fără excepție, în prezent, pe bază de fisiune, adică „spargere, rupere” a atomilor elementelor radioactive - de exemplu uraniu, plutoniu -  fenomen în cursul căruia se eliberează mult dorita energie termică și... nocivele produse de reacție – radiații și deșeuri radioactive. Desigur, tehnologiile pentru declanșarea și controlul fisiunii nucleare sunt cunoscute și folosite adecvat.

          Prin contrast, fuziunea  (deuteriului)înseamnă ”unificarea” unor atomi  - de data aceasta deuteriu, fără orice implicare a  elementelor radioactive. Ca urmare a fuziunii deuteriului, se eliberează multă energie termică și un reziduu de reacție „curat”... apa.   Fuziunea este principalul proces al cuptorului  inepuizabil, pentru umanitate -  Soarele.

Fuziunea deuteriului produce, conform cunoștințelor actuale, heliu și energie. Dar, ciocnirea pentru fuziune a atomilor deuteriu implică, între altele, o energie inițială cinetică enormă, astfel încât, deocamdată, nu s-a putut realiza un reactor nuclear de fuziune exploatabil, practic.

 

          Problema este, că umanitatea nu deține posibilitatea declanșării și controlului fuziunii nucleare, deși are „combustibilul” - apa grea. Dificultatea inițială constă în obținerea temperaturilor enorme – milioane de grade – necesare – spune teoria - pentru inițierea fuziunii. Atunci, nucleele de deuteriu s-ar contopi, s-ar elibera căldură și s-ar antrena, în lanț, alte fuziuni. Lesne de intuit – controlul acestor reacții ar fi critic pentru evitarea unor catastrofe...

          În aceste condiții, este ușor de înțeles că realizarea unei surse controlabile și scalabile de energie, bazate pe fuziunea nucleară, ar echivala cu rezolvarea definitivă a nevoilor energetice ale omenirii. Pe de altă parte, acest ideal este controversabil: s-ar pierde, în bună parte, controlul fluxurilor de energie care asigură dependențe și hegemonii în societatea contemporană; s-ar pune, în final, la dispoziția tuturor, tehnologii generatoare de energii virtual nelimitate, care ar putea fi direcționate distructiv...

          Astfel se explică impactul anunțului din 1989, făcut de Fleishmann și Pons, privind generarea, într-un dispozitiv relativ banal, de căldură și compuși specifici reacțiior nucleare. De n-ar fi fost doi fizicieni respectabili, intervenția ar fi trecut neluată în seamă. Există mii de pretendenți la gloria obținerii energiei inepuizabile, folosind resurse minime.

Pons (stg.) și Fleishmann prezentând dispozitivele  cu

          Experimentul a fost comunicat, la 22 martie 1989, sub denumirea „Fuziune nucleară a deuteriului indusă electrochimic” în seriosul Journal of Electroanalytical Chemistry, apoi a doua zi într-o conferință de presă.

          Reacția comunității științifice specializate a fost predominant sceptică, fiind cerute – corect, din perspectivă științifică – detalii privind experimentul și, mai ales, reușite repetabile ale acestuia, verificabile de alți cercetători.

          Chiar și în acea etapă, de comunicare poate grăbită a descoperirii, se înțelegea că nu toate „ingredientele” pot fi etalate. Public, Fleishmann și Pons nu au putut repeta cu succes experimentul. Ei au refuzat, de asemenea, să ofere informații detaliate privind construcția electrodului „din paladiu” folosit – rezultat al unor ani de cercetări finanțate.

          Este, aici, interesantă, asemănarea cu îndelungatele eforturi experimentale ale lui Edison din anii 1880, care încerca găsirea materialului potrivit filamentului becului cu incandescență – una dintre invențiile care i-au adus celebritatea. Se spune că Edison a încercat mii de compoziții până la găsirea, limitată de știința vremii, a materialului care să rămână incandescent, strălucitor, la trecerea curentului electric, fără să se distrugă rapid prin ardere: o combinație de carbon și lână. Tehnologia prelucrării wolframului nu exista, filamentul de tungsten urma să apară în 1904...dar ideea se născuse.

          Revenind în zilele noastre, la experimentul Fleishmann-Pons, acesta a fost evaluat cu mari rezerve, chiar discreditat public, mergându-se până la denunțarea unei „patologii a fuziunii la rece” pe canale științifice și de popularizare. Ipoteza explicativă a fenomenului nu a fost acceptată, datorită, în principal, absenței îndeplinirii metodei științifice precum și absenței neutronilor și radiațiilor gamma, ca produși de reacție, după definiția fuziunii. Pe scurt - ”poate fi ceva, dar nu este fuziune”.

          În esență, explicația oferită de Fleishmann-Pons consta în surprinzătoarea proprietate a paladiului – materialul catodului -  de a „comprima” sau „fuziona” perechi de atomi de hidrogen-deuteriu, acționați prin banalul curent al băii de electroliză. Efectul presupus al paladiului („tunnelling”) a fost comparat cu un „tunel” din ce în ce mai îngust care obligă, până la urmă, atomii de deuteriu să fuzioneze.

 

Două dispozitive experimentale LENR (Low Energy Nuclear Reaction), unul folosit de Naval Warfare Systems, altul expus la Institutul Smithsonian

 

          Nu a fost emisă, nici până în prezent, o teorie acceptabilă a fenomenului – care pare dependent de multe variabile.

          Și totuși... cei doi oameni de știință au fost imediat contractați de Toyota în cadrul unui program de cercetare, într-un laborator specializat, în Franța.

          Atât cât au fost făcute publice, datele arătau – între altele -  degajarea de căldură parțial inexplicabilă chimic, în condiții care păreau legate de cantitățile relative ale deuteriului și paladiului. Reacția nu s-a produs în numeroase teste. Într-unul din cele mai reușite, s-a contorizat o putere medie de 100 de wați pe durata a 30 de zile!

          Din 1995, Fleishmann și Pons s-au retras din programul de cercetare sus-menționat și din „lumina reflectoarelor” dar au continuat cooperarea cu laboratoare notorii din Italia și Statele Unite.

          Cu toată desconsiderarea din partea științei „mainstream”, ideea fuziunii la rece a rămas vie.

          Experimentul a fost reprodus ori reluat cu variațiuni de către sute de cercetători, în laboratoare de certă reputație. Astfel, s-a observat că nichelul produce un efect identic paladiului și s-au rafinat condițiile materiale, instrumentale, pentru declanșarea, evaluarea și controlul fenomenului. În anii 2013 – 2014 au fost realizări confirmate de fizicieni italieni și suedezi, precum și de laboratoare din Rusia și China; iar în 2015 s-a vorbit despre testarea, în Statele Unite, a unui generator LENR (Low Energy Nuclear Reaction) capabil de 1MW !

          Dar, despre urmările (cunoscute) ale ipotezei „fuziunii la rece” - în episodul viitor.