Sammensmeltning af koldt og varmt
Kold fusion er stadig skjult bag en tyk tåge, hvilket ikke engang giver ordentlig grund til at påstå, at den overhovedet eksisterer. På den anden side er voldsomhed svær at dæmme op og tage under fuldstændig kontrol.
1. Forside til det månedlige nummer af Vremya-magasinet dedikeret til kold fusion.
Når alt kommer til alt, er der denne kolde fusion eller ej? - spørger en udefrakommende måske, nysgerrig på verden og videnskab, men ikke særlig grundigt bekendt med emnet. Sandsynligvis fordi efter afsløringerne af Martin Fleishman og Stanley Pons, der for 25 år siden annoncerede, at det lykkedes dem at få energi gennem atomfusion i et "batteri" fyldt med tungt vand med en palladiumkatode, har repræsentanter for den officielle videnskab ikke udtalt sig bestemt og enstemmigt er dette løgn. Selvom mange tvivlede, har mange forskningscentre gjort og forsøger at bygge en "kold" reaktor.
Lovende oplevelse. Måske
Status for "opdagelsen" af Fleishman og Pons er ikke fuldt ud forstået. Sandheden er også uklar om den ret velkendte efterfølger til de seneste års "kold fusion"-tema - en enhed kaldet Energy Catalyzer (E-Cat). Denne struktur blev bygget af opfinderen Andrea Rossi (2) med hjælp fra et team ledet af Sergio Focardi. Ifølge skaberne skulle det arbejde efter princippet om kold fusion af nikkel og brint med produktion af kobber og frigivelse af termisk energi, som derefter omdannes til elektricitet. For hvert minuts drift af en 1 watt reaktor (som falder til 400 efter få minutter), omdannes 292 gram vand ved 20°C til damp ved 101°C. Enheden blev demonstreret for offentligheden flere gange, men udviklerne tillader ikke uafhængig forskning.
2. Andrea Rossi med sin E-Cat
Ifølge PhysOrg var eksperimenter udført mellem januar og april 2011 forkerte og har ingen reelle beviser. Udviklerne tillod ikke yderligere målinger. Imidlertid har den driftige "opfinders" virksomhed ført registreringer af enhedskøb siden november 2011.
3. Professor Yoshiaki Arata
På den anden side offentliggjorde en gruppe af uafhængige eksperter i maj 2013 i arXiv-portalens arkiver en rapport om deres test af to typer reaktorer E-Cat HT og E-Cat HT2, der varede henholdsvis 96 og 116 timer. Reaktoren blev testet af de mest seriøse videnskabsmænd - fysikere fra universitetet i Bologna Giuseppe Levy og Evelyn Foschi, Thorbjorn Hartman fra Svedberg-laboratoriet, kernefysiker Bo Höystad, Roland Pettersson fra Uppsala Universitet og Hanno Essen fra Royal Institute of Technology. i Stockholm. De blev testet i Rossi-laboratorierne i Italien fra december 2012 til marts 2013. Målinger har vist, at termisk energi produceres mindst én størrelsesorden højere end effekten af nogen kendt kemisk energikilde. Så er dette...?
Forskere rundt om i verden er delte. De fleste tror ikke, at en sådan reaktion overhovedet er mulig. Men i to år har ingen været i stand til at bevise bedrageri i Italien.
Et internationalt forskerhold forventes at gennemføre en yderligere detaljeret undersøgelse af E-Cat snart. De skulle slutte i marts, og det første rigtige papir om Rossis opfindelse vil blive offentliggjort kort derefter. Under alle omstændigheder ønsker det amerikanske selskab Cherokee Investment Partners nu at investere i Rossis enhed og introducere det til det kinesiske og amerikanske marked.
Den italienske idé om kold fusion har været den mest vokale i de senere år. Der var selvfølgelig andre forsøg på at bevise dets gennemførlighed. Metoden, der blev annonceret i 2005 af en gruppe fysikere ved University of California, Los Angeles, går ud på hurtigt at opvarme en krystal med pyroelektriske egenskaber (når den opvarmes, skaber den et elektrisk felt). I det beskrevne eksperiment blev krystallen på den ene side opvarmet i temperaturområdet fra -34 til 7°C. Som et resultat blev der skabt et elektrisk felt i størrelsesordenen 25 GV/m mellem enderne af krystallen, hvilket accelererede deuteriumioner, som kolliderede med hvilende deuteriumioner. Den målte ionenergi nåede 100 keV, hvilket svarer til at nå en temperatur, der er tilstrækkelig til syntese. Eksperimentører observerede neutroner med en energi på 2,45 MeV, hvilket indikerer termonuklear fusion. Omfanget af fænomenet er ikke så stort, at det kan bruges til energiformål, men giver dig mulighed for at bygge en miniaturekilde af neutroner. I 2006 blev denne effekt bekræftet på Rensselaer Polytekniske Institut.
Medierne rapporterede, at Yoshiaki Arata (2008), professor i fysik ved Osaka University i Japan, i maj 3 udførte et vellykket og reproducerbart eksperiment, der viste, at efter eksponering for højtryksdeuterium i et system, genereres yderligere varme efter eksponering for palladium- og zirconiumoxidpulver. genereret (sammenlignet med kontrol med let brint). Kernerne i naboatomer vil være tæt nok til at danne kernen af et heliumatom. Imidlertid tvivler mange forskere på den nukleare oprindelse af den observerede varme og sammenligner denne erfaring med Fleishman og Pons berømte eksperiment i 1989.
Tame Fusion-reaktioner
I dag rapporterer flere og flere forskningscentre, herunder NASA, deres kolde fusionseksperimenter. Problemet er, at ingen kan forklare mekanismen bag den kolde fusionsreaktion, og gentagne eksperimenter er vellykkede, og nogle gange ikke.
"Normale" fusionsreaktioner kræver meget høje energier (f.eks. ekstreme temperaturer eller partikelkollisioner). Atomkernerne er positivt ladede og skal overvinde de elektrostatiske kræfter beskrevet af Coulombs lov for at kunne forbindes. En nødvendig betingelse for dette er hastigheden (kinetisk energi) af kernerne. Den høje energi af kerner opnås ved meget høje temperaturer eller ved at accelerere kerner i partikelacceleratorer. Denne reaktion finder sted i stjerner, eller når en brintbombe eksploderer. I begge disse tilfælde er reaktioner, der forekommer ved enorme temperaturer (ikke ved et uheld kaldet "termo"-kernereaktioner) ikke kontrolleret af os. Men i årtier har der været forsøg på at udføre denne proces i et kontrolleret og kontrolleret miljø, svarende til den tæmmede energi fra et atoms henfald.
Energi frigives som følge af en eksoterm reaktion. For én cyklus af skabelse af en heliumkerne frigives 26,7 MeV fra fire protoner i form af reaktionsprodukternes kinetiske energi og gammastråling (4). Det spredes på de omgivende atomer og omdannes til termisk energi. Uden at udføre reaktionen kan den energi, der frigives under reaktionen, bestemmes af masseunderskuddet, dvs. forskellen i massen af komponenterne og reaktionsprodukterne.
4. Visualisering af fusion
Brintkredsløbet, som vi oftest taler om i forbindelse med termonuklear fusion, er ikke den eneste type termonuklear fusion. I mere massive og varmere stjerner end Solen syntetiseres kulstof, nitrogen og oxygen, hvilket producerer næsten lige så meget energi som i brintkredsløbet. Sammensmeltninger af tungere grundstoffer forekommer også, i kæmper og supergiganter, og supernovaeksplosioner producerer kerner endnu tungere end nikkel.
Nukleare fusioner kendt af videnskaben, som du kan se, er forskellige, men de er altid forbundet med høje energier og temperaturer i størrelsesordenen millioner af kelvin. Kold fusion er på den anden side afhængig af ukendte eller i det mindste ubeskrevne og uafprøvede videnskabelige processer. Det vigtigste for skeptikere er verifikation, og flere gange, indtil XNUMX% repeterbarhed er nået.
Forskere ved Livermore National Laboratory Lawrence i Californien rapporterede i februar i år, at de for første gang i deres fusionstest var i stand til at producere mere energi fra en reaktion, end der blev brugt på levering af brændstof. Det betyder ikke, at vi med det samme går i gang med at bygge fusionskraftværker, men det er bestemt et vigtigt gennembrud, som rapporteres i tidsskriftet Nature. En brændstofpartikel sammensat af isotoper af brint, deuterium og tritium producerede 17 stykker. joule energi. Det er mere, end der blev forbrugt, selvom - hvilket desværre forværrer balancen markant - kun én procent af den samlede energi, der blev brugt i forsøget, gik til brændstof. Og denne information vil helt sikkert bremse den begyndende entusiasme.
Laboratoriet i Californien, også kendt som National Ignition Facility, huser en laser på 350 billioner watt (5). Dens opgave er at antænde brintisotoper til temperaturen af fusionsreaktionen. Superlaseren er faktisk en stråle af 192 laserstråler accelereret i acceleratorer.
5. Laser med Lawrence Livermore National Incendiary Plant
6. Model af en eksperimentel termonuklear reaktor med en synlig plasmaring indeni
Hvis vi taler om kontrolleret termonuklear fusion, så er et af problemerne, der skal løses, kontrollen af det genererede supervarme plasma (6). Forskere, der arbejder ved Sandia National Laboratory, har eksperimenteret med Helmholtz-spoler kendt siden det XNUMX. århundrede, som skaber et magnetfelt, når strømmen flyder. Da der blev skabt et yderligere magnetfelt i nærheden af den vigtigste, viste det sig, at ustabilitetstilstandene udvikler sig meget langsommere, hvilket er en af de største forhindringer for at opretholde fusionsreaktionen.
Ustabiliteter af denne art, kendt som Rayleigh-Taylor-effekterne, i forsøg på at "fange" et kæmpe varmt plasma i tokamaks (til at udføre en kontrolleret termonuklear reaktion) har hidtil uundgåeligt ført til et tab af feltstabilitet og i sidste ende til en "spild" af plasma. Sandia-forskerne bemærkede, at tilføjelse af et ekstra felt til spolerne korrigerede disse ustabiliteter. Forskere, der skriver om deres opdagelse i tidsskriftet Physical Review Letters, indrømmer, at de ikke fuldt ud forstår fænomenet, men de håber, at yderligere forskning vil give dem mulighed for at udvikle en teknologi, der vil gøre det muligt for plasmaet at være stabilt og som et resultat, holde den termonukleare reaktion meget længere, end den er nu. .
Videnskaben er dobbelt hjælpeløs
Indtil videre er videnskaben dobbelt hjælpeløs med hensyn til termonuklear fusion og udsigterne for dens anvendelse som en kontrolleret energikilde. På den ene side er det ikke særlig klart omkring kold fusion, så vi ved ikke, om vi skal sætte forhåbninger til det eller overlade det til Kunstkameraets skøn. På den anden side formåede han i årtier ikke at mestre elementet af varm fusion. Måske er denne hjælpeløshed kun tilsyneladende, og snart vil vi arbejde med begge emner? Vi har et valg, derfor vides det ikke hvad - det vil sige "kold" og "varm" syntese, som til gengæld ikke vides hvordan man implementerer for at bringe fredelige fordele.
