science >> Wetenschap >  >> Natuur

Is de droom van koude fusie nog steeds een mogelijkheid?

voor sommigen, het lijkt misschien alsof het onderzoeken en opnieuw onderzoeken van koude kernfusie een verspilling van tijd en middelen is, maar sommige wetenschappers zien dat niet zo. Yves Forestier/Getty Images

In maart 1989, tijdens een persconferentie in Salt Lake City, wetenschappers Stanley Pons van de Universiteit van Utah en Martin Fleischmann van de Universiteit van Southampton in Groot-Brittannië maakten een verrassende aankondiging. De onderzoekers waren erin geslaagd om de atoomkernen van een waterstofisotoop samen te smelten om helium te creëren - hetzelfde soort proces dat de zon aandrijft - en ze waren in staat geweest om het bij kamertemperatuur te doen. zonder er meer energie in te steken dan het geproduceerde proces, zoals deze Wired retrospectieve uit 2009 details.

Het onderzoek wekte de hoop op een nieuwe bron van overvloedige energie die fossiele brandstoffen en conventionele kernenergie zou vervangen, als een CBS News-verhaal uit die tijd gemeld. Maar andere onderzoekers die probeerden de experimenten te dupliceren, konden de resultaten niet reproduceren, of anders concludeerde dat ze werden veroorzaakt door experimentele fouten, volgens een artikel in de New York Times uit 1989. "Het grootste deel van de wetenschappelijke gemeenschap beschouwt koude kernfusie niet langer als een echt fenomeen, " Peter N. Saeta, een professor in de natuurkunde aan het Harvey Mudd College, schreef in 1999 in Scientific American.

De droom sterft moeilijk

Toch, interesse van wetenschappers in koude kernfusie is nooit helemaal verdwenen, en ze zijn er onderzoek naar blijven doen. Hoewel niemand onomstotelijk heeft kunnen bewijzen dat het kan worden bereikt, dat werk juist op andere manieren waardevolle kennis heeft opgeleverd.

Een aantal jaar geleden, bijvoorbeeld, Google financierde een meerjarig onderzoek naar koude kernfusie waarbij ook onderzoekers van verschillende universiteiten en het Lawrence Berkeley National Laboratory betrokken waren. De onderzoekers publiceerden uiteindelijk een Nature-artikel uit 2019 waarin ze onthulden dat hun inspanningen "nog geen bewijs van een dergelijk effect hebben opgeleverd".

"Kernfusie is een potentiële energiebron die een enorme hoeveelheid stroom zou kunnen leveren zonder schadelijke bijproducten, "Jeremy Munday, een van de deelnemers aan het Google-onderzoek, legt het uit in een e-mail. Hij is een professor in elektrische en computertechniek aan de Universiteit van Californië, Davy. "Om fusie te laten plaatsvinden, de kernen van atomen, die positief geladen zijn, moeten dicht genoeg bij elkaar komen om samen te smelten (samenvoegen). Als dit gebeurt, energie komt vrij. De moeilijkheid is dat de positief geladen kernen elkaar afstoten. Als er veel kernen dicht bij elkaar zijn - hoge dichtheid - en ze hebben veel kinetische energie (hoge temperatuur), deze reactie kan gebeuren. In de natuur, de zon wordt aangedreven door fusie, maar de temperaturen en dichtheden die nodig zijn om die reacties in stand te houden, zijn erg moeilijk op aarde. Koude fusie is het idee dat fusie kan plaatsvinden bij veel lagere temperaturen, waardoor het haalbaar is als energiebron op aarde.

"Het is echt moeilijk om een ​​fenomeen uit te sluiten, wat een van de redenen is waarom deze concepten al zo lang rondzweven, Munday voegt eraan toe. "We hebben geen enkel bewijs gevonden van koude kernfusie, maar dat betekent niet dat het niet bestaat."

Wetenschappers Stanley Pons (links) en Martin Fleischmann getuigen van hun doorbraak in koude kernfusie voor de House Committee on Science, Ruimte en technologie in 1989. Diana Walker/Getty Images

Voor een leek, het lijkt misschien alsof onderzoek en heronderzoek om bewijs van koude kernfusie te vinden een verspilling van tijd en middelen zou zijn. Maar zo zien wetenschappers het niet, want terwijl ze zoeken, ze verzamelen andere soorten kennis en pionieren met technologische innovaties.

"De spin-offs zijn misschien wel een van de grootste effecten die ons onderzoek op dit gebied heeft gehad, ", zegt Munday. "Door de Google-samenwerking, we hebben gezamenlijk meer dan 20 artikelen gepubliceerd in tijdschriften met een hoge impact zoals Nature, natuur materialen, natuur katalyse, verschillende tijdschriften van de American Chemical Society, enz. en hebben tot op heden twee patenten gekregen. Naast artikelen die rechtstreeks gaan over fusieprocessen met lagere energie, we hebben artikelen gehad over de interessante materiaalfysica en optische eigenschappen van metaalhydriden, evenals hun gebruik in sensoren en voor katalysatoren."

Het HERMES-project

In Europa, een multinationaal team van wetenschappers is onlangs begonnen aan een nieuw onderzoek naar koude kernfusie, het HERMES-project, die gebruik zal maken van meer geavanceerde wetenschappelijke technieken en instrumenten die de afgelopen jaren zijn ontwikkeld.

"Het doel is om te zoeken naar een experiment dat reproduceerbaar enkele abnormale effecten zou produceren, " zegt Pekka Peljo, in een e-mail. Hij is de coördinator van het project, en een universitair hoofddocent bij de afdeling Mechanische en Materiaaltechniek aan de Universiteit van Turku in Finland. "We bekijken enkele van de eerdere experimenten opnieuw. we gaan de elektrochemie van palladium-waterstof- en palladium-deuteriumsystemen in detail bestuderen, gebruikmakend van goed gecontroleerde modelsystemen zoals palladium eenkristallen. Dus binnenkort, HERMES is een combinatie van fundamentele studies over het palladium-waterstofsysteem, herhaling van enkele veelbelovende eerdere experimenten, en de ontwikkeling van nieuwe benaderingen. Bijvoorbeeld, we gaan kijken naar reacties bij hogere temperaturen met behulp van protongeleidende vaste oxiden."

Toch, de onderzoekers verwachten niet noodzakelijkerwijs bewijs van koude kernfusie te vinden.

"De meerderheid van het wetenschappelijke veld denkt dat het hoogstwaarschijnlijk een experimenteel artefact was, d.w.z., het is niet echt, " legt Peljo uit. "Kortom, wanneer palladiummetaal is geladen met grote hoeveelheden deuterium, het lijkt erop dat er meestal niets ongewoons gebeurt. Maar soms, om redenen die niet goed worden begrepen, het lijkt erop dat er iets vreemds kan gebeuren. Oorspronkelijk, Pons en Fleischmann observeerden overtollige warmte, maar er zijn meldingen van andere afwijkende effecten, zoals neutronenstraling of heliumproductie. Maar er zijn veel reproduceerbaarheidsproblemen. Waarschijnlijk, deze reacties zijn eigenlijk geen fusie, maar in plaats daarvan vinden enkele andere kernreacties plaats in het metalen rooster."

De HERMES-onderzoekers zullen niet proberen het onderzoek van Pons en Fleischmann te recreëren, terwijl Peljo zegt dat het te tijdrovend en moeilijk zou zijn.

"In plaats daarvan, we richten ons op materialen op nanoschaal, waar het laden veel sneller zou moeten zijn, en spanningen als gevolg van de volumeverandering bij het inbrengen van deuterium moeten veel kleiner zijn, " legt hij uit. "Een van onze belangrijkste aandachtspunten zijn zogenaamde co-elektrodepositie-experimenten, waar Pd-D elektrochemisch wordt afgezet. Deze aanpak is ontwikkeld door Dr. Stanislaw Szpak en Dr. Pamela Mosier-Boss in het US Navy SPAWAR Systems Center in San Diego, Californië. De experimenten zijn goed gedocumenteerd en hun resultaten zijn gepubliceerd in meerdere peer-reviewed wetenschappelijke literatuur, dus onze eerste benadering is om te proberen hun resultaten te reproduceren."

"Dit is een risicovolle project met hoge beloning, d.w.z., er is een zeer grote kans dat we niets abnormaals kunnen waarnemen, " zegt Peljo. "Aan de andere kant, als het project slaagt, we zullen een reproduceerbaar experiment hebben om deze reacties te onderzoeken. Volgens de moderne natuurkunde dergelijke reacties mogen niet plaatsvinden, dus er moet een nieuwe theorie worden ontwikkeld om deze reacties te verklaren. Er is ook de mogelijkheid om nieuwe warmtebronnen te ontwikkelen, omdat van deze reacties wordt beweerd dat ze overtollige warmte uit elektriciteit produceren."

Informatie die het HERMES-onderzoek verzamelt over de fundamentele eigenschappen van palladium-waterstofsystemen zou ook kunnen helpen bij het ontwikkelen van een beter proces voor de productie van waterstof voor brandstofcellen voor het aandrijven van auto's, volgens Peljo.

Dat is nu interessant

De term LENR – lage-energetische nucleaire reactie – wordt nu door sommige wetenschappers gebruikt "om het stigma te vermijden dat wordt geassocieerd met koude kernfusie, " volgens Munda.