211service.com
Vai aukstā kodolsintēze uzsilst?
Piecpadsmit gadus pēc tam, kad virsrakstos parādījās pirmie strīdīgie apgalvojumi, aukstā kodolsintēze atsakās mirt. Neliels stingru aizstāvju pulks apgalvo, ka eksperimenti tagad dod konsekventus rezultātus. Fizikas iestāde turpina ņirgāties, bet daži zinātnieki, kas rūpīgi vērojuši šo jomu, ir pārliecināti, ka notiek kaut kas reāls. Un tagad ASV Enerģētikas departaments ir nolēmis, ka jaunākie rezultāti attaisno jaunu skatījumu uz auksto kodolsintēzi.
Ūdeņraža atomu kodolu saplūšana nodrošina sauli un sola gandrīz neierobežotu enerģiju uz Zemes. Bet saplūšanu ir ārkārtīgi grūti pieradināt, jo kodoli spēcīgi atgrūž viens otru. Milzīgais karstums un spiediens saules iekšienē var pārvarēt šo atgrūšanos, un kodolbumbas var ātri sasniegt šos apstākļus uz Zemes. Taču kodolsintēzes reaktora izveide, kas var pārvērst šo milzīgo siltumu lietderīgā enerģijā, ir radījis milzīgu izaicinājumu. Pēc gadu desmitiem ilgas izpētes apstākļus, kas nepieciešami kodolsintēzei, joprojām var sasniegt tikai īslaicīgi, un šīs eksperimentālās kodolsintēzes reakcijas rada mazāk enerģijas, nekā nepieciešams to aizdedzināšanai.
Fiziķi bija pārsteigti, kad divi Jūtas Universitātes elektroķīmiķi Stenlijs Pons un Martins Fleišmans 1989. gadā apgalvoja, ka viņi ir panākuši kodolsintēzi istabas temperatūrā. Viņu eksperiments deitēriju - stabilu smago ūdeņraža izotopu - ievietoja pallādija elektrodos. Pēc daudzu stundu darbības viņi ziņoja, ka tika radīts vairāk siltuma, nekā būtu varējis radīt tīri ķīmiska reakcija. Sākumā šķita, ka Pons un Fleišmans varētu būt izdomājuši revolucionāri vienkāršu veidu, kā iegūt kodolsintēzes enerģiju, un laboratorijas visā pasaulē steidzās pašas izmēģināt šo eksperimentu. Vienkāršā izskata eksperimentu izrādījās praktiski neiespējami reproducēt, un dažu nedēļu laikā vairums fiziķu auksto kodolsintēzi norakstīja kā kļūdu - eksperimenta rezultātu, kas bija pretrunā ar zināmajiem fizikas likumiem.
Tomēr neierobežotās enerģijas potenciāls vilināja potenciālo revolucionāru grupu, kas turpināja risināt šo problēmu. Bieži viņi neko neatrada. Tomēr dažreiz viņu eksperimenti radīja vairāk enerģijas, nekā viņi gaidīja no ķīmiskām reakcijām; citreiz viņi atklāja potenciālu saplūšanas reakcijas produktu pēdas, kas liecina, ka varētu būt spēkā daži iepriekš nezināmi fiziski efekti.
Pierādījumi jaunai fizikai tiek veidoti gadiem ilgi, saka Pīters Hagelšteins, MIT elektrotehnikas un datorzinātņu asociētais profesors, kurš pagājušā gada augustā vadīja desmito starptautisko konferenci par auksto kodolsintēzi Kembridžā. Eksperimenti, kas veikti pareizi kontrolētos apstākļos, droši ražo vairāk siltuma, nekā prognozē standarta teorija. Kodolprodukti parādās apmēram pareizajā daudzumā, lai ņemtu vērā šo lieko siltumu. Ir parādījušies modeļi, kas izskaidro iepriekšējās anomālijas. Kad Hāgelšteins augusta sanāksmē redzēja, kā puzles gabali sader kopā, viņš mudināja Enerģētikas departamentu pārskatīt jomu, kas drīz pēc tās dzimšanas tika izslēgta no ortodoksālās zinātnes.
Pēdējo 15 gadu laikā entuziasti ir izveidojuši aptuveni 3000 manuskriptu par auksto kodolsintēzi, taču ļoti maz no tiem ir publicēti zinātniskos žurnālos. Daudzi rezultāti iztvaikojās ārējās pārbaudēs, un veicinātāji virzīja bezmaksas enerģijas shēmas, kas vairāk izklausījās pēc mūžīgas kustības, nevis pēc fizikas. Lielākā daļa šo manuskriptu nav noderīgi, saka Hagelšteins, teorētiķis ar plašu interešu loku optikā, enerģētikā un kodolfizikā. Bet daži 50 parāda interesantus, atkārtojamus efektus. Siltuma efekts ir atkārtots daudzas reizes, Hagelstein. Tas darbojas tikai tad, kad deitērijs tiek ielādēts pallādija šūnās, un nekad, ja smagā izotopa vietā tiek izmantots parasts ūdeņradis. Precīzi mērījumi ar siltuma mērīšanas instrumentiem ir atbildējuši uz sākotnējo eksperimentu kritiku. Pārmērīgs karstums ir izmērīts ārpus tā, ko Hāgelšteins uzskata par pamatotām šaubām.
Eksperimentos, kas rada lieko siltumu, ir iegūts arī hēlijs-4, viens potenciāls divu deitērija kodolu saplūšanas produkts, daudzumos, kas korelē ar lieko siltumu. Teorija paredz, ka kodolsintēzes reakcijai vajadzētu radīt 24 miljonus elektronvoltu (MeV) enerģijas uz vienu hēlija-4 kodolu. Analīze, ko veica Michael McKubre no SRI International, atklāja enerģiju 31 MeV - atbilst eksperimentālajai nenoteiktībai plus vai mīnus 13 MeV. Skeptiķi bija šaubījušies par reakcijas iespējamību, bet Hagelšteins saka, ka Makkubres eksperimentu analīze, par kuru tika ziņots pagājušā gada aukstās kodolsintēzes sanāksmē, liecina, ka divu deitērija saplūšana, iegūstot hēliju-4, nav tik riekstains, kā sākotnēji šķita.
McKubre ir arī atklājis, ka šķietamā nekonsekvence eksperimentālajā siltuma ražošanā radās no atšķirībām pallādija elektrodā iepildītā deitērija daudzumā. Ikreiz, kad metālā ielādēto deitērija atomu skaits sakrita ar pallādija atomu skaitu vai pārsniedza to, radās lieks siltums. Pallādijs, kurā bija nedaudz mazāk deitērija, radīja nekonsekventus rezultātus, un, ja deitērija līmenis tika samazināts par lielu daudzumu, pārmērīgs siltums netika ražots. Deitērija slodzi bija grūti kontrolēt, un to ierobežoja metāla izturība. Diemžēl pallādija stiprumu ir grūti paredzēt vai kontrolēt, un attīrīšana to neuzlabo; Patiešām, tīrākais pallādijs plīsa pie mazākām slodzēm, un vislielākā stiprība tika novērota tikai vienā netīrā partijā.
Pieaugošie pierādījumi ir pārliecinājuši kodolsintēzes fiziķi Džordžu Mailiju no Ilinoisas Universitātes Urbana-Champaign, ka notiek svarīgas fiziskas parādības. Skeptiķi nemaina savas domas, taču viņš domā, ka iepriekš neitrālie novērotāji kļūst arvien uzņēmīgāki pret iespēju, ka šajos eksperimentos notiek reāla parādība. Tomēr, lai gan aukstās kodolsintēzes pētnieki ir pārgājuši no domām, ka viņi smaržo dūmus, un sajūt siltumu, joprojām nav skaidrs, kas īsti notiek. Šis lauks tiek vadīts eksperimentāli. Mums ir jānovirza teorijas līdz vietai, kur tās sāk palīdzēt vadīt eksperimentus, saka Mailija.
Izaicinājums tādiem teorētiķiem kā Hagelšteins ir aizpildīt plaisu starp tradicionālo kodolteoriju un aukstās kodolsintēzes eksperimentiem. Viņam ir aizdomas, ka grūtības ir saistītas ar ļoti spēcīgu tuvinājumu, kas ir 70 gadus ilgās kodolfizikas pamatā, proti, ka visa kodolenerģijas mijiedarbība notiek starp divām daļiņām vakuumā. Viņš domā, ka pieņēmums sabojājas aukstā saplūšanā, kur mijiedarbojošās daļiņas ir cieši iesaiņotas metāla režģī. Viņa ideja ir tāda, ka deitērija kodoli apmainās ar vibrācijas enerģiju jeb fononiem ar apkārtējiem pallādija atomiem. Šī apmaiņa varētu uzlabot kodolenerģijas mijiedarbību, kas citādi būtu izzūdoši maza, lai reakcijas varētu notikt ar ātrumu, ko paredz aukstās kodolsintēzes eksperimenti. Hāgelšteina teorija joprojām tiek izstrādāta, taču tā sasniedz punktu, kurā viņš var sākt izteikt pārbaudāmas prognozes, kas ir būtisks solis ceļā uz aukstās kodolsintēzes izveidi par ticamu zinātni. Cerams, ka ar laiku mēs izdomāsim vairāk mīklas, viņš saka.
Pozitīvs Enerģētikas departamenta pārskats pavērtu durvis ļoti nepieciešamajam pētniecības atbalstam, taču joprojām pastāv lieli jautājumi, pat ja var noskaidrot fizikas realitāti. Vai aukstās kodolsintēzes efekts ir pietiekami spēcīgs, lai to izmantotu praktiskai enerģijas ražošanai? Ja tas tā ir, tas, visticamāk, nekonkurēs tieši ar karsto kodolsintēzi, saka Mailija, kura strādā pie abiem. Aukstā kodolsintēze darbojas nelielā mērogā, tāpēc tā var atrast mājvietu mazos sadalītos barošanas blokos. Karstās kodolsintēzes dabiskā mājvieta atrodas saulē; ja to var kontrolēt uz mūsu planētas, tas atrastos lielos reaktoros, kas padotu elektroenerģiju tīklā.
Taču līdz šiem mērķiem ir tālu. Pagaidām mazā aukstās kodolsintēzes pētnieku kopiena cer, ka pēc 15 gadu ilgas cīņas tā ir uz apstiprināšanas sliekšņa.