science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Kunnen sterrenschepen koude fusievoortstuwing gebruiken?

Hoeveel weet jij over koude kernfusie en ruimtevaart? DCL

Voyager 1 verlaat nu het zonnestelsel, waardoor het de eerste door de mens gemaakte sonde is die de interstellaire ruimte binnengaat. Dat is een hele prestatie, en het duurde maar 30+ jaar. Maar als we het serieus gaan nemen om moedig te gaan waar nog nooit iemand is geweest, en stuur mensen buiten het zonnestelsel, we hebben een goedkope en overvloedige energiebron nodig om ons te helpen daar te komen.

Over hoeveel energie hebben we het precies? We zullen, terug in januari, een paper verscheen op de arXiv door Marc Millis, een voormalig hoofd van NASA's Breakthrough Propulsion Physics Project, het berekenen van de kosten - in termen van energie - van een echt interstellaire bemande ruimtemissie. En het was geen goed nieuws.

Voor een scenario, hij ging uit van een ruimteschip van 500 personen op een enkele reis om een ​​menselijke kolonie te stichten op een verre exoplaneet. Dat zou een enorme hoeveelheid energie vergen, of 1018J, d.w.z., ongeveer dezelfde hoeveelheid energie die door iedereen op aarde in één jaar wordt verbruikt.

Een onbemande missie naar Alpha Centauri zou nog meer een energiezwijn zijn, vanwege de noodzaak van meer gecompliceerde manoeuvres (vertraging, enzovoort). Daarvoor zijn 1018 J. Millis-cijfers nodig. We zullen niet in staat zijn om dat soort energie op te wekken tot 2200 voor het passagiersschip, en 2500 voor de onbemande sonde.

Wetenschappers buigen zich over allerlei opties, natuurlijk, inclusief het benutten van de kracht van de sterren, d.w.z., kernfusie (in tegenstelling tot de kernsplijting die ten grondslag ligt aan kerncentrales). Zoals Carl Sagan ooit opmerkte, "Elke keer als je naar de lucht kijkt, elk van die lichtpunten herinnert eraan dat fusie-energie kan worden gewonnen uit waterstof en andere lichte elementen, en het is een dagelijkse realiteit in het hele Melkwegstelsel."

Inhoud
  1. Een klein probleempje...
  2. Warm en koud rennen
  3. Abracadabra!
  4. Ze willen geloven

Een klein probleempje...

Er is alleen een probleem. We kunnen hete kernfusie bereiken, maar het opnieuw creëren van de intense temperaturen en drukken die in sterren bestaan, vereist momenteel meer energie dan het teruggeeft, dus het is economisch onhaalbaar, en voorlopig een energie-sinkhole.

Konden we fusie maar tot stand brengen bij kamertemperatuur! Dat is de bewering van voorstanders van zogenaamde "koude fusie, " een veld dat aan de rand wegkwijnde sinds de vermeende ontdekking bijna 20 jaar geleden. In 2000, TIJD tijdschrift vermeld koude kernfusie als een van de "slechtste ideeën" van de 20e eeuw.

De heersende wetenschappelijke opinie is nog steeds dat het overgrote deel van het onderzoek naar koude kernfusie onder de noemer "pathologische wetenschap" valt:de resultaten staan ​​altijd aan de rand van een verbluffende validatie. Telkens wanneer genoemde validatie (weer) mislukt, er is altijd een handige reden waarom het niet echt een definitieve mislukking is -- en waarom de nee-zeggers slechts kortzichtige instrumenten zijn van het wetenschappelijke establishment, samenzweren om deze miskende genieën in bedwang te houden.

Warm en koud rennen

Stanley Pons en Martin Fleischmann. DCI

Het begon allemaal in 1989, toen twee chemici aan de Universiteit van Utah, Stanley Pons en Martin Fleischmann genaamd, geloofden dat ze erin waren geslaagd kernfusie in een pot te produceren. Honderden onderzoekers over de hele wereld haastten zich om de experimenten te reproduceren, en mislukt.

Tegen het einde van dat jaar, een panel van deskundigen had een onderzoek door het Department of Energy (DOE) uitgevoerd en kwam tot de conclusie dat er geen basis was voor de beweringen.

Vijftien jaar later, de DOE besloot het verzamelde bewijsmateriaal van de afgelopen 15 jaar opnieuw te bekijken en de controverse over koude kernfusie opnieuw te evalueren. Ze vonden het bewijs nog steeds niet overtuigend genoeg om een ​​federaal gefinancierd onderzoeksprogramma te lanceren.

Maar ze waren van mening dat financieringsinstanties voorgestelde projecten van geval tot geval moesten bekijken, op voorwaarde dat die voorstellen voldeden aan "aanvaarde wetenschappelijke normen en de strengheid van peer review ondergaan." verdorie, soms werpen lange shots hun vruchten af, dus waarom gooi je niet wat geld in de hoed? Daarom zijn er een aantal onderzoeksprogramma's die koude kernfusie onderzoeken, met name een met de Space and Naval Warfare Systems (SPAWAR) van de Amerikaanse marine.

In 2009, SPAWAR beweerde een koude fusiereactie te hebben gedetecteerd, en er zijn in de loop der jaren hier en daar een paar andere veelbelovende sprankjes geweest. Maar robuuste reproduceerbaarheid blijft ongrijpbaar, geloof toevoegen aan de kritiek van natuurkundigen dat de veelgeprezen resultaten waarschijnlijk te wijten zijn aan experimentele fouten (ofwel in de opzet, of de afmetingen).

Dus, terwijl natuurkundigen bereid zijn toe te geven dat er misschien iets van marginaal belang aan de hand is, de meesten zijn er nog steeds niet van overtuigd dat dit bonafide koude fusie is. Bijna niemand heeft enige hoop dat het binnen afzienbare tijd een levensvatbare energiebron wordt.

Oh, en we noemen het geen "koude fusie" meer. De huidige voorkeursterminologie is Low Energy Nuclear Reactions (LENR), heel erg bedankt.

Abracadabra!

Is het mogelijk? DCI

De laatste beweringen over koude kernfusie komen uit Italië van een natuurkundige genaamd Andrea Rossi, die een apparaat voor koude fusie heeft uitgevonden dat bekend staat als de e-cat, of energiekatalysator.

Rossi beweert dat verrijkt nikkel wordt gefuseerd met waterstofkernen om koper te maken, en laat grote hoeveelheden energie vrij - met behulp van eenvoudige elektrochemie op tafel in plaats van enorme machines die temperaturen en drukken op stellaire schaal nabootsen.

Klinkt verdomd geweldig, nietwaar? De e-cat zou slechts het ticket zijn voor het aandrijven van een interstellaire missie.

Rossi heeft de e-cat tentoongesteld op een paar semi-openbare demonstraties, meest recentelijk op 28 oktober. Het vermeende "succes" van deze laatste demonstratie is met enthousiasme ontvangen door acolieten van koude fusie en af ​​en toe een goedgelovige journalist.

Dus waarom springen natuurkundigen (en meer nuchtere journalisten) niet over de hele wereld op en neer van opwinding over Rossi's spectaculaire doorbraak? Ethan Siegel van Starts With a Bang legt het allemaal handig voor je uit:

  • Rossi heeft nooit een peer-reviewed artikel gepubliceerd over hoe zijn apparaat werkt, hetzij theoretisch, hetzij experimenteel.
  • hier zijn alleen zeer ruwe schema's openbaar beschikbaar, en ze zijn allemaal van de Journal of Nuclear Physics , dat is Andrea Rossi's eigen privédagboek. Maar niet? Journal of Nuclear Physics geluid gerenommeerd? Niet helemaal:het werd vorig jaar opgericht, in 2010. Verwar het niet met het echte tijdschrift, dat is gewoon Kernfysica .
  • Andrea Rossi had in de jaren 80 een bedrijf, Petroldragon, die beweerde afval in olie te veranderen. Klinkt het te mooi om waar te zijn? Andrea Rossi ging naar de gevangenis voor deze zwendel, hoewel hij zijn eigen versie van de gebeurtenissen geeft.
  • De eerste reactor, gepland voor de bouw van Defkalion in Griekenland, werd op het laatste moment op mysterieuze wijze geannuleerd door Rossi....
  • Niemand die deze tests heeft waargenomen, heeft ooit "in de Turk mogen kijken, "om zo te zeggen. Met andere woorden, niemand - behalve Rossi zelf - heeft enig idee wat het interne ontwerp en mechanisme is dat resulteert in de beweerde kernfusie (en energieproductie) eigenlijk is.

Ethan volgde de volgende dag met een tweede bericht, co-auteur met Peter Thieberger van Brookhaven National Lab, het in detail uitleggen van de specifieke fysica waarom Rossi's beweringen over koude kernfusie hoogst verdacht zijn. Ga dat lezen, en als je nog steeds wilt investeren in Rossi's technologie -- nou, Ik heb een brug in Brooklyn die je misschien wilt kopen, te.

Ze willen geloven

Feit of Fictie? DCI

Helaas, acolieten van koude fusie hebben op de kritiek gereageerd door (opnieuw) schril af te schrijven dat hun critici bekrompen waren, verkeerd geinformeerd, niet bereid om koude fusie een eerlijke kans te geven, enzovoorts. Er is weinig bewijs om dergelijke beweringen te ondersteunen. Zoals ik in 2007 schreef:

De wetenschappelijke gemeenschap als geheel heeft de beweringen niet onterecht afgewezen:ze is eenvoudigweg niet overtuigd door het grillige bewijs dat haar is voorgelegd. Mochten voorstanders van koude kernfusie op een dag de kansen verslaan en echt reproduceerbare, overtuigend bewijs voor laagenergetische kernreacties, het stodgy oude wetenschappelijke establishment moppert misschien een beetje, maar uiteindelijk zal het die bevindingen accepteren en zijn theorieën dienovereenkomstig aanpassen. Want dat is waar de wetenschappelijke methode om draait.

De overleden Schotse natuurkundige Douglas Morrison was tot aan zijn dood in 2001 een van de weinige sceptische aanwezigen op de jaarlijkse conferenties over koude kernfusie. hij zou luisteren naar de extravagante beweringen van "overmatige hitte, " ga dan staan ​​en doe een eenvoudig verzoek:"Mag ik alstublieft een kopje thee?"

Toegekend, het was een beetje brutaal van hem, maar hij maakte zijn punt:koude kernfusie spreekt een goed spel, toch blijft zelfs de eenvoudigste toegepaste energietaak ver buiten zijn bereik.

Het kost 4,18 joule om de temperatuur van een gram water met 1 graad Celsius te verhogen, en het moet 100 graden Celsius zijn om Morrisons kopje thee te zetten. Onthouden, volgens de berekeningen van Millis, we hebben een exajoule nodig om mensen de interstellaire ruimte in te sturen. Dus als je hoopt dat koude kernfusie het antwoord is op een interstellaire missie, je staat erg lang te wachten.