Δευτέρα, 10 Ιουνίου 2019

Η ψυχρή σύντηξη παραμένει άπιαστο όνειρο

H ηλεκτρολυτική διάταξη «ψυχρής σύντηξης» των Pons και Fleischmann

Η Google χρηματοδότησε έρευνα αναβίωσης τριών πειραμάτων του παρελθόντος στα οποία υποτίθεται πως πραγματοποιήθηκε ψυχρή σύντηξηΠριν από τριάντα χρόνια, οι Martin Fleischmann και Stanley Pons έγιναν γνωστοί σε όλο τον κόσμο όταν ισχυρίστηκαν πως κατάφεραν να πραγματοποιήσουν την λεγόμενη «ψυχρή σύντηξη». Την παραγωγή δηλαδή ενέργειας, διαμέσου πυρηνικών αντιδράσεων σύντηξης – όπως αυτές που πραγματοποιούνται στο εσωτερικό του ήλιου – αλλά σε θερμοκρασίες δωματίου. Αν επιβεβαιώνονταν το πείραμά τους θα λυνόταν το ενεργειακό πρόβλημα διαπαντός. Δυστυχώς όμως τα ευρήματά τους δεν επαναλήφθηκαν ποτέ.
Η έρευνα σχετικά με την ψυχρή σύντηξη μπήκε ξανά στο προσκήνιο χάρη στον αμερικανικό τεχνολογικό κολοσσό, την Google. Σε άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature [Revisiting the cold case of cold fusion], Αμερικανοί και Καναδοί ερευνητές που χρηματοδοτήθηκαν από την Google δημοσίευσαν τις προσπάθειές τους να επανεξετάσουν την ψυχρή σύντηξη. Όπως και πολλοί άλλοι ερευνητές στο παρελθόν η ομάδα της Google δεν βρήκε στοιχεία για το φαινόμενο που περιέγραψαν οι Fleischmann και Pons το 1989.
Από το 2015 οι έρευνές τους έδωσαν τρεις προ-δημοσιεύσεις και 10 δημοσιεύσεις με κριτές (συμπεριλαμβανόμενης και της τελευταίας ανασκόπησης στο Nature) που προσφέρουν κάποιες νέες ιδέες για τα υδρίδια μετάλλων, για τις πυρηνικές αντιδράσεις χαμηλών ενεργειών, αλλά και βελτιώσεις στις τεχνικές μέτρησης σε υψηλές θερμοκρασίες.
Οι ερευνητές δηλώνουν ότι η δουλειά τους δεν ολοκληρώθηκε ακόμη, υπάρχουν κι άλλα που μπορούν να γίνουν και ότι … ίσως μέσα από την έρευνα αυτή να προκύψει η ποθητή ενεργειακή ανακάλυψη.
Η πυρηνική σύντηξη συμβαίνει όταν ζεύγη ελαφρών πυρήνων συνενώνονται για να σχηματίσουν έναν νέο πυρήνα απελευθερώνοντας ενέργεια. Στο εσωτερικό του ήλιου, οι πυρήνες υδρογόνου διαμέσου διαδοχικών πυρηνικών αντιδράσεων σύντηξης μετατρέπονται σε πυρήνες ηλίου και ενέργεια. Αν μπορούσαμε να κάνουμε το ίδιο και στη Γη θα λύναμε το ενεργειακό πρόβλημα και μάλιστα χωρίς μόλυνση του περιβάλλοντος. (Ως παραπροϊόν, η σύντηξη στη Γη μπορεί επίσης να βοηθήσει στην αντιμετώπιση της παγκόσμιας έλλειψης του στοιχείου ηλίου).
Η παραγωγή ενός πυρήνα ηλίου από τέσσερις πυρήνες υδρογόνου (πρωτόνια) στο εσωτερικό του Ήλιου
Αλλά η παραγωγή ενέργειας με πυρηνική σύντηξη στη Γη είναι δύσκολη. Πρώτα απ’ όλα πρέπει οι πυρήνες που ενώνονται να βρεθούν πολύ κοντά ώστε να υπερνικήσουν το φράγμα Coulomb. Η διέλευση αυτού του φραγμού και η πραγματοποίηση της σύντηξης είναι δυνατή σε υψηλές πυκνότητες και θερμοκρασίες, που για να επιτευχθούν χρειάζονται μεγάλες και ακριβές κατασκευές και τεράστια ποσά αρχικής ενεργειακής ισχύος, όπως στον αντιδραστήρα πυρηνικής σύντηξης ITER, που κατασκευάζεται στη Γαλλία. Ότι καταφέρνει η τεράστια δύναμη της βαρύτητας στον πυρήνα του ήλιου είναι αυτό που προσπαθούν να κάνουν οι πυρηνικοί φυσικοί σε ελεγχόμενες συνθήκες στο εργαστήριο. Μπορεί τα τελευταία 60 χρόνια να έχει γίνει τεράστια πρόοδος, όμως ακόμα δεν είμαστε σε θέση να εκμεταλλευτούμε την ενέργεια που παράγεται με πυρηνική σύντηξη.
Θα μπορούσαν κάποιες πρωτότυπες ιδέες και συνδυασμοί υλικών να μειώσουν την ενέργεια που απαιτείται για την έναρξη της πυρηνικής σύντηξης; Αυτό δηλαδή που οι Fleischmann και Pons πίστευαν ότι είχαν επιτύχει το 1989;
Οι δυο χημικοί είχαν πραγματοποιήσει ένα απλό πείραμα ηλεκτρόλυσης χρησιμοποιώντας ως κάθοδο μια ράβδο παλλαδίου, η οποία ήταν βυθισμένη σε βαρύ ύδωρ, μια μορφή νερού όπου τα άτομα υδρογόνου αντικαθίστανται με το βαρύτερο ισότοπο του υδρογόνου, το δευτέριο. Στη συνέντευξη τύπου στις 23 Μαρτίου 1989, οι Fleischmann και Pons ανακοίνωσαν ότι η διάταξή τους παράγει εκατοντάδες φορές περισσότερη θερμότητα από ό,τι προέβλεπε η χημεία. Η ερμηνεία τους: οι πυρήνες του δευτερίου στο παλλαδίου ενώνονταν, πραγματοποιώντας πυρηνική σύντηξη. Το ενεργειακό πρόβλημα θα λυνόταν διαπαντός!
Ο αρχικός ενθουσιασμός γρήγορα έδωσε τη θέση στον σκεπτικισμό. Όταν επαναλήφθηκε το πείραμα δεν παρατηρήθηκαν οι τεράστιες ποσότητες θερμότητας που αναφέρθηκαν και η διάταξη δεν παρήγαγε νετρόνια υψηλής ενέργειας – κάτι που θα αποδείκνυε την πραγματοποίηση πυρηνικής σύντηξης.
Τελικά, δεν βρέθηκε κανένα θετικό αποτέλεσμα που να επιβεβαιώνει την ψυχρή σύντηξη και το ζήτημα έκλεισε άδοξα.
Έκτοτε, η «ψυχρή» σύντηξη χρησίμευε σε μεγάλο βαθμό ως παράδειγμα προς αποφυγή. Βέβαια, όπως πάντα, μια μικρή ομάδα ερευνητών παραμένει πεπεισμένη ότι το φαινόμενο είναι πραγματικό και έχει σχέση με την πυρήνα των ατόμων, αλλά δεν είναι απαραίτητα το ίδιο με τη κλασική σύντηξη. Αυτός ο επιστημονικός κύκλος εξακολουθεί να κάνει πειράματα και αναφέρει τα αποτελέσματά του στις δικές του συναντήσεις και περιοδικά, αν και όταν αναφέρονται στον όρο όνομα «ψυχρή σύντηξη» εννοούν πυρηνικές αντιδράσεις χαμηλής ενέργειας (Low-Energy Nuclear Reactions =LENR).
Οι ερευνητές που χρηματοδοτήθηκαν από την Google για να επανεξετάσουν την «ψυχρή σύντηξη», συμφώνησαν από την αρχή να ελέγξουν αυστηρά την εργασία τους και να δημοσιεύσουν όλα τα αποτελέσματά τους – όποια κι αν ήταν αυτά.
Το πρώτο σημαντικό πείραμα είχε ως στόχο να απαντήσει στην βασική απαίτηση για την πραγματοποίηση της ψυχρής σύντηξης: αν στην διάταξη των Fleischmann και Pons η συσσώρευση ατόμων δευτερίου στο μέταλλο του παλλαδίου – τουλάχιστον επτά για κάθε οκτώ άτομα παλλαδίου – μπορούσε να παράγει επιπλέον θερμότητα. Αλλά oι ερευνητές κατάλαβαν από νωρίς πως το να «γεμίσεις» με δευτέριο το παλλάδιο είναι κάτι εξαιρετικά δύσκολο κι έτσι άρχισαν να το μελετούν μετρώντας το.
Στο παρελθόν είχε μετρηθεί η περιεκτικότητα του παλλαδίου σε δευτέριο παρακολουθώντας τις αλλαγές στην ηλεκτρική του αντίσταση. Όμως όταν η ομάδα της Google επιχείρησε την ίδια τεχνική, διαπίστωσε λάθη. Έτσι υιοθέτησαν μια νέα τεχνική μέτρησης χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ. Δεν παρατήρησαν ψυχρή σύντηξη, προέκυψαν όμως νέες ιδέες για την παραγωγή και μέτρηση υδριδίων των μετάλλων.
Η δεύτερη μελέτη που πραγματοποίησαν ήταν το κατά πόσο η θέρμανση του υδρογόνου με διάφορα μέταλλα σε σκόνη είναι δυνατόν να προκαλέσει σύντηξη, παράγοντας θερμότητα και υποπροϊόντα σύντηξης. Κάτι που ισχυρίζονταν πως είναι εφικτό Ιταλοί υποστηρικτές της ψυχρής σύντηξης από την δεκαετία του 1990, συμπεριλαμβανομένου και του γραφικού Andrea Rossi, του εφευρέτη του E-cat μιας συσκευής που ο Rossi ισχυριζόταν πως είναι ένας αντιδραστήρας LENR.
Όμως όταν οι ερευνητές προσπάθησαν να αναπαράγουν τους ισχυρισμούς του Rossi, συνειδητοποίησαν ότι τα όργανά τους θα μπορούσαν εύκολα να δώσουν ανακριβή αποτελέσματα στις απαιτούμενες θερμοκρασίες και πιέσεις. Έτσι, φρόντισαν να δημιουργήσουν τέσσερα από τα πιο ακριβή καλορίμετρα – συσκευές που μετρούν τη θερμότητα που αποδίδεται από τις αντιδράσεις που πραγματοποιούνται στο εσωτερικό τους. Στη συνέχεια έκαναν 420 ξεχωριστές δοκιμές – και καμία από αυτές δεν απέδωσε επιπλέον θερμότητα. Η ομάδα αυτή θα αναπτύξει λεπτομερώς τα πειράματά της σε μια επερχόμενη δημοσίευση.
Το τρίτο πείραμα ακολούθησε τα αποτελέσματα που ανέφερε το Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos στη δεκαετία του 1990: ότι ένα ηλεκτροφόρο σύρμα παλλαδίου περιβαλλόμενο από ένα νέφος ηλεκτρικά φορτισμένου δευτερίου δημιουργούσε υποπροϊόντα σύντηξης, συγκεκριμένα περίσσεια τριτίου (ραδιενεργό ισότοπο του υδρογόνου).
Οι ερευνητές όταν εξέτασαν την περίπτωση αυτή, δεν βρήκαν επιπλέον παραγωγή τριτίου. Αλλά ενώ οι αντιδράσεις σύντηξης είναι εξαιρετικά σπάνιες σε χαμηλές ενέργειες, διαπίστωσαν ότι η σύντηξη προέκυψε 100 έως 160 φορές πιο συχνά στο πείραμά τους από ό, τι αναμενόταν.
Η συγκεκριμένη ομάδα περιγράφει τα πρώτα αποτελέσματα σε προδημοσίευση στο arXiv(όπως, αυξημένη παραγωγή νετρονίων συναρτήσει του δυναμικού στην κάθοδο – 100 φορές μεγαλύτερη από την αναμενόμενη παραγωγή για σύντηξη απογυμνωμένων πυρήνων σε ενέργειες ιόντων 2 keV, ως προς το κέντρο μάζας. Μια πιθανή εξήγηση είναι η διόρθωση στο δυναμικό Coulomb εξαιτίας του νέφους των αρνητικά φορτισμένων ηλεκτρονίων που αυξάνει την πιθανότητα φαινομένου σήραγγος μέσα από το φράγμα Coulomb).
Μέχρι στιγμής, η Google έχει δαπανήσει 10 εκατομμύρια δολάρια για την συνολική προσπάθεια από το 2015 και η χρηματοδότηση παραμένει μέχρι τα τέλη του 2019. Ανεξάρτητα από τις μελλοντικές επενδύσεις της Google, οι επιστήμονες που συμμετείχαν στην έρευνα λένε ότι ενδιαφέρονται να συνεχίσουν την εργασία τους – όχι για τόσο την ανακάλυψη της «ψυχρής σύντηξης» – αλλά για τα βασικά παράπλευρα επιστημονικά συμπεράσματα που προκύπτουν, όπως για παράδειγμα η δημιουργία ενός «πειράματος αναφοράς» για άλλα εργαστήρια που κάνουν έρευνες στην πυρηνική φυσική χαμηλών ενεργειών.
Μπορεί η ψυχρή σύντηξη να αποτελεί μια επιστημονική χίμαιρα, όμως η εξαντλητική διερεύνησή των ισχυρισμών πραγματοποίησής της, παρά την απόρριψή τους, συνεισφέρουν τελικά στην επιστημονική πρόοδο.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο του Nature «Cold fusion remains elusive—but these scientists may revive the quest»

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου

Άλλα θέματα

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...