Varmer Cold Fusion op?

Femten år efter de første kontroversielle påstande ramte overskrifterne, nægter kold fusion at dø. En lille kadre af hårde fortalere hævder, at eksperimenter nu giver ensartede resultater. Fysik-etablissementet fortsætter med at håne, men nogle videnskabsmænd, der har fulgt området nøje, er overbevist om, at der sker noget virkeligt. Og nu har det amerikanske energiministerium besluttet, at de seneste resultater retfærdiggør et nyt blik på kold fusion.

Fusion af kernerne af brintatomer driver solen og lover næsten ubegrænset energi på Jorden. Men fusion er ekstraordinært svær at tæmme, fordi kerner kraftigt frastøder hinanden. Den enorme varme og tryk inde i solen kan overvælde denne frastødning, og termonukleare bomber kan flygtigt opnå disse forhold på Jorden. Men at bygge en fusionsreaktor, der kan omdanne den enorme varme til nyttig energi, har været en enorm udfordring. Efter årtiers forskning kan de nødvendige betingelser for fusion stadig kun opnås kortvarigt, og disse eksperimentelle fusionsreaktioner producerer mindre energi, end der er nødvendigt for at antænde dem.

Fysikere var chokerede, da to elektrokemikere fra University of Utah, Stanley Pons og Martin Fleischmann, hævdede i 1989, at de havde opnået kernefusion ved stuetemperatur. Deres eksperiment pakkede deuterium - den stabile tunge isotop af brint - ind i palladiumelektroder. Efter mange timers drift rapporterede de, at der blev genereret mere varme, end en rent kemisk reaktion kunne have produceret. Først så det ud til, at Pons og Fleischman kunne have fundet på en revolutionært nem måde at udnytte fusionsenergi på, og laboratorier rundt om i verden skyndte sig at prøve eksperimentet selv. Det simpelt udseende eksperiment viste sig dog praktisk talt at være umuligt at reproducere, og inden for få uger afskrev de fleste fysikere kold fusion som en fejl - et eksperimentelt resultat, der var i modstrid med fysikkens kendte love.

Alligevel lokkede potentialet i ubegrænset energi en gruppe potentielle revolutionære, som blev ved med at løse problemet. Ofte fandt de intet. Nogle gange så deres eksperimenter dog ud til at producere mere energi, end de forventede fra kemiske reaktioner; på andre tidspunkter opdagede de spor af potentielle fusionsreaktionsprodukter, hvilket tyder på, at nogle tidligere ukendte fysiske effekter kan være på arbejde.

Evidensen for ny fysik er blevet bygget i årevis, siger Peter Hagelstein, lektor i elektroteknik og datalogi ved MIT, som var formand for den tiende internationale konference om kold fusion i Cambridge i august sidste år. Eksperimenter udført under korrekt kontrollerede forhold producerer pålideligt mere varme end standardteori forudsiger. Nukleare produkter dukker op i omtrent de rigtige mængder til at tage højde for denne overskudsvarme. Der er opstået mønstre, der forklarer tidligere anomalier. Da Hagelstein så, hvordan brikker af puslespillet passede sammen på mødet i august, opfordrede han energiministeriet til at genoverveje et felt, der var blevet kastet ud af den ortodokse videnskab kort efter dets fødsel.

I løbet af de sidste 15 år har entusiaster genereret omkring 3.000 manuskripter om kold fusion, men meget få blev nogensinde publiceret i videnskabelige tidsskrifter. Mange resultater fordampede under ekstern undersøgelse, og initiativtagerne skubbede til frie energiordninger, der lød mere som evig bevægelse end fysik. De fleste af disse manuskripter er ikke nyttige, siger Hagelstein, en teoretiker med vidtgående interesser i optik, energi og kernefysik. Men omkring 50 viser interessante, reproducerbare effekter. Varmeeffekten er blevet gentaget mange gange, Hagelstein. Det virker kun, når deuterium er indlæst i palladiumceller, og aldrig når der bruges normal brint i stedet for den tunge isotop. Nøjagtige målinger med varmemåleinstrumenter har besvaret kritikken af ​​de oprindelige eksperimenter. Overskudsvarme er blevet målt ud over, hvad Hagelstein anser for enhver rimelig tvivl.

Eksperimenter, der producerer overskydende varme, har også givet helium-4, et potentielt produkt af fusionen af ​​to deuteriumkerner, i mængder, der korrelerer med overskudsvarmen. Teori forudsiger, at fusionsreaktionen skulle generere 24 millioner elektronvolt (MeV) energi pr. helium-4-kerne. En analyse af Michael McKubre fra SRI International påviste energi på 31 MeV - et match inden for den eksperimentelle usikkerhed på plus eller minus 13 MeV. Skeptikere havde tvivlet på, at reaktionen var mulig, men Hagelstein siger, at McKubres analyse af eksperimenterne, rapporteret på sidste års kolde fusionsmøde, viser, at fusion af to deuterium for at give helium-4 ikke er så nøddeagtig, som den oprindeligt så ud.

McKubre har også fundet ud af, at den tilsyneladende inkonsistens i eksperimentel varmeproduktion opstod fra forskelle i mængden af ​​deuterium pakket ind i palladiumelektroden. Hver gang antallet af deuteriumatomer, der er fyldt i metallet, matchede eller oversteg antallet af palladiumatomer, blev der genereret overskydende varme. Palladium fyldt med lidt mindre deuterium gav inkonsistente resultater, og hvis deuteriumniveauet blev reduceret med en stor mængde, blev der overhovedet ikke produceret overskydende varme. Deuteriumbelastning var svær at kontrollere og begrænset af metallets styrke. Desværre er palladiumstyrken svær at forudsige eller kontrollere, og den forbedres ikke ved oprensning; ja, det reneste palladium gik i stykker ved lavere belastninger, og den højeste styrke blev kun set i en uren batch.

De voksende beviser har overbevist fusionsfysiker George Miley fra University of Illinois i Urbana-Champaign om, at der er vigtige fysiske fænomener, der forekommer. Skeptikere skifter ikke mening, men han mener, at tidligere neutrale iagttagere bliver mere modtagelige for muligheden for, at et reelt fænomen opstår i disse eksperimenter. Men selvom koldfusionsforskere er gået fra at tro, at de lugter røg til at føle varme, er det stadig ikke klart, hvad der virkelig foregår. Dette felt ledes eksperimentelt. Vi er nødt til at få teorierne op til, hvor de begynder at hjælpe med at lede eksperimenterne, siger Miley.

Udfordringen for teoretikere som Hagelstein er at udfylde det gabende hul mellem traditionel nuklear teori og kolde fusionseksperimenter. Han formoder, at vanskeligheden ligger i en meget kraftig tilnærmelse til roden af ​​70 års kernefysik - at alle nukleare interaktioner sker mellem to partikler i et vakuum. Han mener, at antagelsen bryder sammen i kold fusion, hvor de interagerende partikler er tæt pakket i et metalgitter. Hans idé er, at deuteriumkernerne udveksler vibrationsenergi eller fononer med de omgivende palladiumatomer. Denne udveksling kunne forbedre nukleare interaktioner, der ellers ville være forsvindende små, så reaktionerne kan forekomme med de hastigheder, som kolde fusionseksperimenter indebærer. Hagelsteins teori er stadig under udvikling, men er ved at nå et punkt, hvor han kan begynde at lave testbare forudsigelser - et vigtigt skridt hen imod at gøre kold fusion til en troværdig videnskab. Med tiden finder vi forhåbentlig mere af puslespillet, siger han.

En positiv gennemgang af Energiministeriet ville åbne døren for hårdt tiltrængt forskningsstøtte, men der er stadig store spørgsmål, selvom fysikkens virkelighed kan fastslås. Er koldfusionseffekten stærk nok til at blive brugt til praktisk energiproduktion? Hvis det er det, er det ikke sandsynligt, at det vil konkurrere direkte med hot fusion, siger Miley, der arbejder på begge. Kold fusion fungerer i lille skala, så den kan finde et hjem i små distribuerede kraftenheder. Hot fusions naturlige hjem er inde i solen; hvis det kan kontrolleres på vores planet, ville det være inde i store reaktorer, der føder strøm til nettet.

Men de mål er langt væk. For nu håber det lille samfund af koldfusionsforskere, at det er på tærsklen til validering efter 15 års kamp.

skjule