211service.com
Zahřívá se studená fúze?
Patnáct let poté, co se první kontroverzní tvrzení objevila v titulcích, studená fúze odmítá zemřít. Malý kádr zarytých zastánců tvrdí, že experimenty nyní přinášejí konzistentní výsledky. Fyzikální establishment se nadále posmívá, ale někteří vědci, kteří pozorně sledovali pole, jsou přesvědčeni, že se děje něco skutečného. A nyní americké ministerstvo energetiky rozhodlo, že nedávné výsledky ospravedlňují nový pohled na studenou fúzi.
Fúze jader atomů vodíku pohání Slunce a slibuje téměř neomezenou energii na Zemi. Fúze je však mimořádně obtížné zkrotit, protože jádra se navzájem silně odpuzují. Ohromné teplo a tlak uvnitř Slunce mohou přemoci toto odpuzování a termonukleární bomby mohou těchto podmínek na Zemi letmo dosáhnout. Ale postavit fúzní reaktor, který dokáže přeměnit to obrovské teplo na užitečnou energii, představovalo obrovskou výzvu. Po desetiletích výzkumu lze podmínky potřebné pro fúzi dosáhnout jen krátce a tyto experimentální fúzní reakce produkují méně energie, než je potřeba k jejich zapálení.
Fyzici byli ohromeni, když dva elektrochemici z University of Utah, Stanley Pons a Martin Fleischmann, v roce 1989 tvrdili, že dosáhli jaderné fúze při pokojové teplotě. Jejich experiment zabalil deuterium – stabilní těžký izotop vodíku – do palladiových elektrod. Po mnoha hodinách provozu oznámili, že se vytvořilo více tepla, než by mohla vyprodukovat čistě chemická reakce. Zpočátku to vypadalo, že Pons a Fleischman mohli přijít s revolučně snadným způsobem, jak využít fúzní energii, a laboratoře po celém světě se vrhly, aby experiment samy vyzkoušely. Ukázalo se však, že jednoduše vypadající experiment je prakticky nemožný reprodukovat a během týdnů většina fyziků studenou fúzi odepsala jako chybu – experimentální výsledek, který odporoval známým fyzikálním zákonům.
Přesto potenciál neomezené energie přilákal skupinu rádoby revolucionářů, kteří na tomto problému pokračovali. Často nic nenašli. Někdy se však zdálo, že jejich experimenty produkují více energie, než očekávali od chemických reakcí; jindy detekovali stopy potenciálních produktů fúzní reakce, což naznačuje, že mohou působit některé dříve neznámé fyzikální efekty.
Důkazy pro novou fyziku se budují léta, říká Peter Hagelstein, docent elektrotechniky a informatiky na MIT, který loni v srpnu předsedal desáté mezinárodní konferenci o studené fúzi v Cambridge. Experimenty prováděné za řádně kontrolovaných podmínek spolehlivě produkují více tepla, než předpovídá standardní teorie. Jaderné produkty se objevují v přibližně správných množstvích, aby odpovídaly tomuto přebytečnému teplu. Objevily se vzorce, které vysvětlují předchozí anomálie. Když Hagelstein na srpnovém setkání viděl, jak kousky skládačky do sebe zapadají, naléhal na ministerstvo energetiky, aby přehodnotilo obor, který byl brzy po svém zrodu vyřazen z ortodoxní vědy.
Za posledních 15 let vytvořili nadšenci asi 3 000 rukopisů o studené fúzi, ale jen velmi málo z nich bylo publikováno ve vědeckých časopisech. Mnoho výsledků se při vnějším zkoumání vypařilo a propagátoři prosadili schémata volné energie, která zněla spíše jako perpetum mobile než fyzika. Většina z těchto rukopisů není užitečná, říká Hagelstein, teoretik se širokým zájmem o optiku, energetiku a jadernou fyziku. Ale asi 50 vykazuje zajímavé, reprodukovatelné efekty. Tepelný efekt byl mnohokrát opakován, Hagelsteine. Funguje pouze tehdy, když je do palladiových článků vloženo deuterium, a nikdy, když je místo těžkého izotopu použit normální vodík. Přesná měření pomocí přístrojů na měření tepla odpověděla na kritiku původních experimentů. Přebytečné teplo bylo naměřeno nad rámec toho, co Hagelstein považuje za jakoukoli rozumnou pochybnost.
Experimenty, které produkují přebytečné teplo, také poskytly helium-4, jeden potenciální produkt fúze dvou jader deuteria, v množstvích, která korelují s přebytečným teplem. Teorie předpovídá, že fúzní reakce by měla generovat 24 milionů elektronvoltů (MeV) energie na jádro helia-4. Analýza Michaela McKubre ze SRI International detekovala energii 31 MeV – shodu s experimentální nejistotou plus nebo mínus 13 MeV. Skeptici pochybovali, že by reakce byla možná, ale Hagelstein říká, že McKubreho analýza experimentů, oznámená na loňském setkání se studenou fúzí, ukazuje, že fúze dvou deuteria za vzniku hélia-4 není tak ořechové, jak se původně zdálo.
McKubre také zjistil, že zdánlivá nekonzistence v experimentální výrobě tepla vznikla z rozdílů v množství deuteria napěchovaného do palladiové elektrody. Kdykoli počet atomů deuteria vložených do kovu odpovídal nebo převyšoval počet atomů palladia, bylo generováno přebytečné teplo. Palladium naplněné o něco méně deuteriem poskytlo nekonzistentní výsledky, a pokud byla hladina deuteria snížena o velké množství, nevzniklo vůbec žádné přebytečné teplo. Zatížení deuteriem bylo obtížné kontrolovat a bylo omezeno silou kovu. Naneštěstí je obtížné předvídat nebo kontrolovat pevnost palladia a nelze ji zlepšit čištěním; skutečně nejčistší palladium prasklo při nižším zatížení a nejvyšší pevnost byla pozorována pouze u jedné nečisté šarže.
Rostoucí důkazy přesvědčily fyzika fúze George Mileyho z University of Illinois v Urbana-Champaign, že dochází k důležitým fyzikálním jevům. Skeptici nemění své názory, ale myslí si, že dříve neutrální pozorovatelé jsou stále vnímavější k možnosti, že v těchto experimentech dochází ke skutečnému jevu. Přestože výzkumníci studené fúze přešli od myšlení, že cítí kouř, k pocitu tepla, stále není jasné, co se skutečně děje. Tento obor je veden experimentálně. Musíme dostat teorie tam, kde začnou pomáhat vést experimenty, říká Miley.
Výzvou pro teoretiky, jako je Hagelstein, je vyplnit mezeru mezi tradiční jadernou teorií a experimenty se studenou fúzí. Domnívá se, že obtíž spočívá ve velmi silné aproximaci, která je kořenem 70 let jaderné fyziky – že ke všem jaderným interakcím dochází mezi dvěma částicemi ve vakuu. Domnívá se, že tento předpoklad se rozpadá při studené fúzi, kde jsou interagující částice pevně zabaleny v kovové mřížce. Jeho myšlenkou je, že jádra deuteria si vyměňují vibrační energii neboli fonony s okolními atomy palladia. Tato výměna by mohla zvýšit jaderné interakce, které by jinak byly mizející malé, takže reakce mohou probíhat rychlostí naznačenou experimenty se studenou fúzí. Hagelsteinova teorie je stále ve vývoji, ale dosahuje bodu, kdy může začít vytvářet testovatelné předpovědi – zásadní krok k tomu, aby se studená fúze stala důvěryhodnou vědou. Časem, doufejme, dostaneme více z hádanky, říká.
Pozitivní hodnocení ministerstva energetiky by otevřelo dveře pro velmi potřebnou výzkumnou podporu, ale velké otázky zůstávají, i když lze zjistit realitu fyziky. Je efekt studené fúze dostatečně silný, aby mohl být využit pro praktickou výrobu energie? Pokud ano, není pravděpodobné, že přímo konkuruje horké fúzi, říká Miley, která pracuje na obou. Studená fúze funguje v malém měřítku, takže by mohla najít domov v malých distribuovaných energetických jednotkách. Přirozený domov horké fúze je uvnitř slunce; pokud by to bylo možné ovládat na naší planetě, bylo by to uvnitř velkých reaktorů dodávajících energii do sítě.
Ale k těmto cílům je daleko. Prozatím malá komunita výzkumníků studené fúze doufá, že je po 15 letech boje na prahu ověření.