Aukstā kodolsintēze — kas tā ir, vēsture, pierādījumi un kritika

Aukstā kodolsintēze: izpratne, vēsture, pierādījumi un kritika — 1989. Ponss/Fleišmans, atkārtojamība, mūsdienu pētījumi un debates par tās potenciālu kā enerģijas avotu.

Aukstā kodolsintēze ir kodolsintēze istabas temperatūrā un normālā spiedienā. Kodolsintēze ir process, kurā daudzi kodoli, atoma centrs, kas satur protonus un neitronus, ir spiesti apvienoties, lai izveidotu smagāku kodolu, un šī procesa laikā izdalās enerģija. Ja aukstā kodolsintēze būtu iespējama un kontrolējama praktiskos apstākļos, tā teorētiski varētu sniegt ļoti lētus un ilgtspējīgus enerģijas avotus. Taču šajā jomā pastāv gan apgalvojumi par novērojumiem, gan spēcīga skeptiska reakcija un neatrisinātas metodoloģiskas problēmas.

Kas nepieciešams kodolsintēzei un kāpēc "aukstā" ir problemātiska

Lai notiktu parasta D–D (deitērija–deitērija) vai D–T (deitērija–trītija) kodolsintēze, kodoliem jābūt pietiekami tuvu, lai pārvarētu elektrostatisko atgrūšanos (Kūlona barjeru). Šim nolūkam parasti nepieciešami ļoti augsti temperatūras un spiediena apstākļi, kādas rodas plazmā vai zvaigznēs. Aukstā kodolsintēze apgalvo, ka līdzīgu procesu var panākt istabas apstākļos vai pieaugt spiedienā, izmantojot metālu režģus, katalizatorus vai citu cietvielu matricas efektus, kas it kā ļauj kodoliem pietuvoties pietiekami tuvu, lai spēcīgais kodola spēks pārvarētu Kūlona barjeru.

Vēsture

1989. gadā Stenlijs Ponss un Martins Fleišmans paziņoja par iespējamu aukstā kodolsintēzes novērojumu, kas izraisīja plašu sabiedrības un zinātniskās kopienas interesi. Viņi apgalvoja, ka elektroķīmiskā elektrolīzes eksperiments ar pallādija (Pd) elektrodiem un smagā ūdens (D2O) elektrolītu radīja enerģijas pārpalikumu, kuru nevarēja izskaidrot ar ķīmiskām reakcijām, un ka reizēm tika novērotas arī zemas līmeņa kodola produktu pazīmes (piem., trītijs vai neitroni). Paziņojums tika plaši kritizēts, jo citi pētnieki nespēja reproducēt viņu rezultātus, un sākotnējie publicētie datu apstrādes un kalibrācijas jautājumi tika plaši apspriesti.

Eksperimentālie pierādījumi — kas ir ziņots

Laika gaitā atsevišķas grupas ziņoja par dažādiem novērojumiem, kas it kā liecinātu par kodola procesiem pie zemām temperatūrām:

• ziņots par pārmērīgu siltuma emisiju, kas pārsniedz ķīmisko procesu aprēķinus (t.s. "excess heat");
• ar dažiem detektoriem reģistrēti neitroni vai gaisotnes radioizotopu izmaiņas, piemēram, paaugstināts trītija līmenis;
• daži pētījumi ziņoja par hēlija-4 avotu, kas korelēja ar radušos siltuma daudzumu (pētījumi, piemēram, Miles et al. un citi, kas mēģināja sasaistīt izdalīto enerģiju ar nukleāro "pelnu").

Tomēr šie novērojumi nav bijuši konsekventi: dažās laboratorijās tika novēroti efekti, citās — nē, un bieži ziņotie kodola produkti nebija proporcionāli novērotajam siltuma daudzumam vai to līmenis bija ļoti zems un tuvs fona vērtībām.

Kritika un galvenie skeptiķu argumenti

Zinātniskā kritika būtībā balstās uz dažiem centrāliem punktiem:

• Reproducējamības trūkums. Uzskatāms zinātnes pamatprincips ir, ka neatkarīgos apstākļos var atkārtot eksperimentu un iegūt līdzīgus rezultātus. Aukstās kodolsintēzes eksperimenti lielākoties nav reproducēti neatkarīgi, konsekventi un ar skaidriem kontroles mērījumiem.
• Metodoloģiskas kļūdas. Kritiķi norāda uz gravimetriskām, kalorimetriskiem un kontroles problēmām (piem., nepareiza siltuma zuduma aprēķināšana, ķīmiskā reakcija, elektrolīta iztvaikošana, elektroda korozija), kas var radīt viltus "excess heat" signālus.
• Inkonsekventi nukleārie produkti. Tīras D–D reakcijas telpā parasti ražo noteiktu attiecību starp neitroniem, protoniem un hēliju; aukstās kodolsintēzes eksperimentos novērojumi bieži neatbilst šīm attiecībām (trūkst gaidāmo neitronu, vai trītija/ He-4 līmeņi nav adekvāti).
• Teorētiskais pamatojums. Lielākā daļa teoriju par to, kā Kūlona barjeru pārvarēt istabas apstākļos, nav pārliecinoši piesaistošas un bieži ir pretrunīgas ar labi pārbaudītām kodolfizikas saitēm. Ir daži mēģinājumi aprakstīt lattice-catalyzed tunnelling vai kolektīvus efektus, taču tie nav vispārīgi pieņemti.

Lielās pārskatīšanas un oficiālie vērtējumi

Pēc 1989. gada notikumiem vairākas institūcijas veica pārskatīšanas. Dažas pārbaudes un paneļi konstatēja, ka pieejamie pierādījumi nav pietiekami, lai pamatotu īpašu valsts mēroga finansējumu vai plašu pieņemšanu. Vēlāk, 2000. un 2000-to gadu sākumā, daži ziņojumi (piem., ASV DOE pārskati) atzina, ka pastāv daži nelieli, interesanti novērojumi, bet kopējais pierādījumu komplekts nav pārliecinošs. Vienlaikus tika ieteikts, ka ierobežota, rūpīga un stingri kontrolēta pētniecība var būt saprātīga.

Terminoloģija un mūsdienu izpēte

Daļa pētniecības kopienas sāka izmantot terminu LENR (Low-Energy Nuclear Reactions — zemas enerģijas kodola reakcijas), lai atsauktos uz plašāku fenomenu kopu, kurā ietilpst aukstā kodolsintēze un saistīti novērojumi. Ir arī komerciālas iniciatīvas un privātas finansētas grupas, kas apgalvo par tehnoloģiskiem pielietojumiem (piem., dažādi iekārtu vai reaktoru prototipi), taču šīs apgalvojumu pārbaudes bieži vien nav neatkarīgi verificētas.

Ko zinātniskā kopiena prasa kā pārliecinošus pierādījumus

Lai aukstā kodolsintēze tiktu plaši pieņemta, jāizpildās vairākiem stingriem kritērijiem:

• reproducējams, atkārtojams un neatkarīgi verificējams enerģijas pieaugums (neto enerģijas ražošana);
• skaidrs un kvantitatīvs saistījums starp izdalīto siltumu un kodola produkciju (piem., He-4 vai trītija) ar atbilstošu enerģijas bilanci;
• stingra datu kontrole, fona līmeņu uzraudzība un metrologiskā precizitāte (kalorimetrija, radioaktivitātes mērījumi u.c.);
• pārliecinošs teorētisks mehānisms, kas saskan ar zināmo kodolfiziku vai skaidrojumi, kādiem apstākļiem tiek mainīti zināmie principi.

Muona katalizētā fūzija un atšķirības

Ir vērts atzīmēt, ka muona katalizētā fūzija ir zināms process, kurā īslaicīgi"smagi elektronu" analogi (muoni) var samazināt attālumus starp kodoliem un ļaut fūzijai notikt pie salīdzinoši zemas temperatūras. Tomēr šī metode prasa enerģiju, lai radītu muonus, un līdz šim nav izrādījusies energoefektīva enerģijas ražošanai.

Pašreizējais stāvoklis un nākotnes iespējas

Galvenā mācība ir tā, ka līdz šim nav bijis skaidra, atkārtojama un plaši verificējama pierādījuma, ka aukstā kodolsintēze kā komerciāls enerģijas avots pastāv. Tomēr maza, bet noturīga pētnieku grupa turpina strādāt pie šīs tēmas, publicējot rakstus, rīkojot konferenču sēdes (piem., ICCF — International Conference on Cold Fusion) un mēģinot uzlabot metodes un mērījumus.

Ja kādreiz tiks atrasts reproducējams un skaidri nukleāri pamatots efekts, tas radītu revolūciju enerģētikā. Taču līdz tam brīdim lielākā daļa zinātnieku paliek skeptiski un aicina uz stingru, metrologiski pārbaudītu pieeju un neatkarīgām verifikācijām.

Svarīgākie noslēgumi

• Aukstā kodolsintēze ir ideja ar ievērojamu potenciālu, bet arī ar daudziem pierādījumu trūkumiem un metodoloģiskām problēmām.
• Lai apgalvojumi tiktu pieņemti, ir nepieciešams reproducējams efekts ar atbilstošu kodola produkciju un stingru neatkarīgu pārbaudi.
• Pašlaik tēma paliek redzama kā margināra, bet neatlaidīga pētniecības joma ar labu iemeslu pieprasīt piesardzību un augstas kvalitātes eksperimentus.

Vairāki desmiti zinātnieku joprojām strādā pie aukstās kodolsintēzes un saistītām jomām. Viņi regulāri publicējas recenzētos žurnālos un citos akadēmiskos avotos, taču lielākā daļa zinātniskās kopienas joprojām nav pārliecināta par to, ka ir atrasts pārliecinošs nukleāri pamatots fenomens, kas būtu piemērots enerģijas ražošanai.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir aukstā kodolsintēze?

J: Kas notiek kodolsintēzes laikā?

J: Vai aukstā kodolsintēze nākotnē varētu būt Zemes enerģijas avots?

J: Kādi spēki ir iesaistīti kodolsintēzē?

J: Kā darbojas kodolsintēzē iesaistītie spēki?

J: Kas apgalvoja, ka 1989. gadā ir radījis auksto kodolsintēzi?

Jautājums: Kāpēc zinātnieki pašlaik vispārīgi nepieņem auksto kodolsintēzi?

Meklēt pēc burta