Fusión de frío e quente

A fusión fría aínda está agochada detrás dunha espesa néboa, nin sequera dá a razón adecuada para afirmar que existe. Por outra banda, a vehemencia é difícil de conter e de controlar por completo.

1. Portada do número mensual da revista Vremya dedicada á fusión fría.

Despois de todo, esta fusión fría existe ou non? - Podería preguntar un forasteiro, curioso polo mundo e a ciencia, pero non moi familiarizado co tema. Probablemente isto débese a que tras as revelacións de Martin Fleischmann e Stanley Pons, que anunciaron hai 25 anos que conseguiron obter enerxía mediante a fusión nuclear nunha "batería" chea de auga pesada cun cátodo de paladio, os representantes da ciencia oficial non se pronunciaron. firme e unánimemente, isto é mentira. Aínda que moitos dubidaron, moitos centros de investigación fixeron e están intentando construír un reactor "frío".

Experiencia prometedora. Pode ser

Non se entende completamente o estado do "descubrimento" de Fleischmann e Pons. A verdade sobre un continuador bastante coñecido do tema da "fusión fría" nos últimos anos, un dispositivo chamado Energy Catalyzer (E-Cat), tampouco está clara. Esta estrutura foi construída polo inventor Andrea Rossi (2) coa axuda dun equipo dirixido por Sergio Focardi. Segundo os creadores, debería traballar no principio de fusión en frío de níquel e hidróxeno para producir cobre e liberar enerxía térmica, que despois se converte en electricidade. Por cada minuto de funcionamento dun reactor de 1 watts (que baixa a 400 despois duns minutos), 292 gramos de auga a 20 °C convértense en vapor a 101 °C. O dispositivo foi demostrado ao público varias veces, pero os desenvolvedores non permiten a investigación independente.

2. Andrea Rossi co seu E-Cat

Segundo PhysOrg, os experimentos realizados entre xaneiro e abril de 2011 foron incorrectos e non teñen probas reais. Os desenvolvedores non permitiron medicións adicionais. Non obstante, a empresa emprendedora do "inventor" leva rexistros das compras de dispositivos desde novembro de 2011.

3. Profesor Yoshiaki Arata

Por outra banda, en maio de 2013, un grupo de expertos independentes publicou nos arquivos do portal arXiv un informe sobre as súas probas de dous tipos de reactores, E-Cat HT e E-Cat HT2, cunha duración de 96 e 116 horas, respectivamente. . O reactor foi probado polos científicos máis serios: os físicos da Universidade de Boloña Giuseppe Levi e Evelyn Foschi, Torbjörn Hartman do laboratorio de Svedberg, o físico nuclear Bo Høistad, Roland Pettersson da Universidade de Uppsala e Hanno Essen do Instituto Real de Tecnoloxía. en Estocolmo. Probáronse nos laboratorios de Rossi en Italia desde decembro de 2012 ata marzo de 2013. As medicións demostraron que a enerxía térmica producida é polo menos unha orde de magnitude maior que a de calquera fonte de enerxía química coñecida. Entón, isto é...?

Os científicos de todo o mundo están divididos. A maioría non cre que tal reacción sexa posible. Non obstante, durante dous anos ninguén puido probar a fraude en Italia.

Espérase que un equipo de investigación internacional realice en breve un estudo máis detallado de E-Cat. Deberían rematar en marzo, e pouco despois publicarase o primeiro traballo real sobre o invento de Rossi. En calquera caso, a empresa estadounidense Cherokee Investment Partners quere agora investir no dispositivo de Rossi e introducilo nos mercados chinés e americano.

A idea italiana de fusión fría foi a máis vocal dos últimos anos. Houbo, por suposto, outros intentos de demostrar a súa viabilidade. O método, anunciado en 2005 por un grupo de físicos da Universidade de California, Los Ángeles, consiste en quentar rapidamente un cristal con propiedades piroeléctricas (cando se quenta, crea un campo eléctrico). No experimento descrito, por unha banda, quentouse o cristal nun intervalo de temperaturas de -34 a 7 °C. Como resultado, creouse un campo eléctrico da orde de 25 GV/m entre os extremos do cristal, que acelerou os ións deuterio, que chocaron cos ións deuterio en repouso. A enerxía iónica medida alcanzou os 100 keV, o que corresponde a alcanzar unha temperatura suficiente para a síntese. Os experimentadores observaron neutróns cunha enerxía de 2,45 MeV, o que indica unha fusión termonuclear. A escala do fenómeno non é tan grande como para poder utilizarse con fins enerxéticos, pero permite construír unha fonte en miniatura de neutróns. En 2006, este efecto foi confirmado no Instituto Politécnico Rensselaer.

Os medios informaron que en maio de 2008, Yoshiaki Arata (3), profesor de física da Universidade de Osaka en Xapón, realizou un experimento exitoso e reproducible que demostrou que despois da exposición a deuterio a alta presión nun sistema, xérase calor adicional despois da exposición a po de paladio e óxido de circonio. xerado (comparado co control con hidróxeno lixeiro). Os núcleos dos átomos veciños estarán o suficientemente próximos como para formar o núcleo dun átomo de helio. Non obstante, moitos científicos dubidan da orixe nuclear da calor observada e comparan esta experiencia co famoso experimento de Fleishman e Pons en 1989.

Tame Fusion Reaccións

Hoxe, cada vez son máis os centros de investigación, incluída a NASA, que informan dos seus experimentos de fusión en frío. O problema é que ninguén pode explicar o mecanismo da reacción de fusión en frío, e os experimentos repetidos teñen éxito, e ás veces non.

As reaccións de fusión "normais" requiren enerxías moi altas (por exemplo, temperaturas extremas ou colisións de partículas). Os núcleos dos átomos están cargados positivamente e deben superar as forzas electrostáticas descritas pola lei de Coulomb para conectarse. Unha condición necesaria para iso é a velocidade (enerxía cinética) dos núcleos. A alta enerxía dos núcleos conséguese a moi altas temperaturas ou acelerando núcleos en aceleradores de partículas. Esta reacción ten lugar nas estrelas ou cando explota unha bomba de hidróxeno. Nestes dous casos, as reaccións que se producen a temperaturas enormes (non as chamadas reaccións nucleares "termo") non son controladas por nós. Porén, hai décadas intentándose levar a cabo este proceso nun ambiente controlado e controlado, semellante á enerxía domesticada da desintegración dun átomo.

A enerxía é liberada como resultado dunha reacción exotérmica. Durante un ciclo de creación dun núcleo de helio, 26,7 MeV son liberados de catro protóns en forma de enerxía cinética dos produtos de reacción e radiación gamma (4). Espállase polos átomos circundantes e convértese en enerxía térmica. Sen unha reacción, a enerxía liberada durante a reacción pódese determinar polo déficit de masa, é dicir, a diferenza de masas dos compoñentes e produtos da reacción.

4. Visualización da fusión termonuclear

O ciclo do hidróxeno, do que falamos con máis frecuencia no contexto da fusión termonuclear, non é o único tipo de fusión termonuclear. En estrelas máis masivas e máis quentes que o Sol, sintetízase carbono, nitróxeno e osíxeno, producindo case tanta enerxía como no ciclo do hidróxeno. Tamén se producen fusións de elementos máis pesados, en xigantes e superxigantes, e as explosións de supernovas producen núcleos aínda máis pesados ​​que o níquel.

As fusións nucleares coñecidas pola ciencia, como podes ver, son diferentes, pero sempre están asociadas a enerxías elevadas e temperaturas da orde de millóns de kelvins. A fusión en frío, por outra banda, depende de procesos científicos descoñecidos ou polo menos non descritos e non probados. O máis importante para os escépticos é a verificación, e varias veces, ata que se alcance o XNUMX% de repetibilidade.

Investigadores do Laboratorio Nacional de Livermore Lawrence, en California, informou en febreiro deste ano que, por primeira vez nas súas probas de fusión, foron capaces de producir máis enerxía dunha reacción da que se utilizou para subministrar combustible. Isto non significa que comecemos inmediatamente a construír centrais de enerxía de fusión, pero sen dúbida é un avance importante, do que se informa na revista Nature. Unha partícula de combustible composta por isótopos de hidróxeno, deuterio e tritio produciu 17 pezas. Xulios de enerxía. Isto é máis do que se consumiu, aínda que -o que, por desgraza, empeora significativamente o saldo- só un por cento da enerxía total gastada no experimento foi para combustible. E esta información seguramente freará o entusiasmo nacente.

O laboratorio de California, tamén coñecido como National Ignition Facility, alberga un láser de 350 billóns de vatios (5). A súa tarefa é acender isótopos de hidróxeno á temperatura da reacción de fusión. O superláser é en realidade un feixe de 192 raios láser acelerados en aceleradores.

5. Láser con Lawrence Livermore National Incendiary Plant

6. Maqueta dun reactor termonuclear experimental cun anel de plasma visible no seu interior

Se falamos de fusión termonuclear controlada, entón un dos problemas que hai que resolver é o control do plasma superquente xerado (6). Os científicos que traballan no Laboratorio Nacional de Sandia estiveron experimentando con bobinas de Helmholtz coñecidas desde o século XNUMX, que crean un campo magnético cando flúe a corrente. Cando se creou un campo magnético adicional preto do principal, resultou que os estados de inestabilidade desenvólvense moito máis lentamente, o que é un dos principais obstáculos para manter a reacción de fusión.

Inestabilidades deste tipo, coñecidas como efectos Rayleigh-Taylor, nos intentos de "capturar" plasma quente xigante en tokamaks (para levar a cabo unha reacción termonuclear controlada) levaron ata agora inevitablemente a unha perda de estabilidade do campo e, finalmente, a un "derrame". ” do plasma. Os científicos de Sandia notaron que a creación dun campo adicional nas bobinas corrixiu estas inestabilidades. Os científicos, escribindo sobre o seu descubrimento na revista Physical Review Letters, admiten que non comprenden completamente o fenómeno, pero esperan que máis investigacións lles permitan desenvolver tecnoloxía que permita que o plasma sexa estable e, como resultado, manteña un reacción termonuclear moito máis longa que agora...

A ciencia está dobremente impotente

Ata agora, a ciencia está dobremente indefensa respecto da fusión termonuclear e das perspectivas do seu uso como fonte controlada de enerxía. Por unha banda, non fala moi claramente da fusión fría, polo que non sabemos se poñer nela algunha esperanza ou deixala ao criterio da Kunstkamera. Por outra banda, durante décadas non conseguiu dominar o elemento da fusión en quente. Quizais esta impotencia só sexa aparente e en breve traballaremos os dous temas? Temos unha opción, polo tanto, descoñécese cal, é dicir, a síntese "fría" e "quente", que, á súa vez, non se sabe como implementala para traer beneficios pacíficos.