Šaltoji branduolių sintezė. UFO Page. Lithuanian

Ji vėl dienotvarkėje, nors kaip ir nebuvo išnykusi – nuo 1989-ųjų JAV karinėse laboratorijose ir kitur buvo atlikta šimtai eksperimentų, tiriant, ar kambario temperatūroje vykdant atomines reakcijas galima gauti daugiau energijos nei jos sunaudojama. Daug mokslininkų tuo tiki. Ir viltims pasiteisinus, išnyktų didesnioji pasaulio energetikos problemų.

Elektros gamyba galėtų būti decentralizuota. Kiekvienas namas galėtų būti apšildomas arba vėsinamas ir apsirūpinti elektros energija panaudodamas vandens atmainą kaip kurą. Net automobiliai galėtų būti varomi šaltosios branduolių sintezės jėgainių. Išnyktų naftą deginančios elektrinės, didinančios šiltnamio efektą. Tuo labiau, kad šaltoji branduolių sintezė nesukelia žymesnio radiacijos padidėjimo ir nereikia laidoti radioaktyvių atliekų. Tai galėtų būti pigios ir švarios, praktiškai neišsenkančios energijos šaltinis.

Tačiau JAV energetikos departamentas (DOE) 1989 metų lapkritį paskelbė, kad elektro-chemikų Martin Fleischmann'o ir Stanley Pons'o²⁾ rezultatai negali būti atgaminami, todėl, matyt, nėra teisingi. Bet po 10-osios tarptautinės šiai temai skirtos konferencijos, Hagelstein ir kt. manė, kad tyrimai gerokai pasistūmėjo ir atėjo laikas atnaujinti įvertinimus. DOE direktoriaus padėjėjas mokslo reikalams James Decker sutiko.

18 branduolinės fizikos mokslininkų, elektro-chemikų ir kietojo kūno fizikų išnagrinėjo Hagelstein pateiktą medžiagą. Ruošiant 2004 m. gruodžio mėn. ataskaitą nuomonės pasidalijo beveik po lygiai. Specialistai nurodė nemažai netikslumų tyrimų metoduose ir duomenų interpretacijoje. Tačiau net skeptikai pažymėjo, kad reikalingi tyrimai, norint tiksliai nustatyti. Tai padidino šaltosios branduolių sintezės šalininkų optimizmą.

Branduolinę energiją galima panaudoti dviem būdais. Iš vienos pusės, sunkiems branduoliams skylant į dalis, kaip kad uranas panaudojamas branduoliniuose reaktoriuose ar atominėse bombose. Tai pasiekiama prisotinant neutronais uraną ar plutonį ir taip šiuos padarant nestabiliais. Nestabilus branduolys skyla ir išlaisvina dar daugiau neutronų užtikrindamas grandininę reakciją. Šis procesas palieka labai radioaktyvias atliekas. Be to urano atsargos žemės plutoje yra ribotos.

Iš kitos pusės, susijungiant lengviems branduoliams, kaip kad deuterio ir tričio branduoliams termobranduoliniuose reaktoriuose ar bombose. Panaši reakcija vyksta Saulėje ir kitose žvaigždėse. Jungiantis dviems atomams reikia nemažai energijos, kad būtų įveiktas elektromagnetinis atostūmis. Tačiau susijungusio branduolio masė būna gerokai mažesnė nei pradinių dviejų. Masės skirtumas virsta energija (kaip išpranašavo A. Einšteinas) ir lygus mc² (kur m yra masės pokytis, o c - šviesos greitis).

Tradicinėje karštojoje branduolių sintezėje du deuterio ar tričio branduoliai suduriami didele jėga. Tai lygi temperatūros didėjimą – ir ji pakyla tiek, kad jokia medžiaga negali jos atlaikyti. Tai galima išlaikyti tik erdvėje naudojant magnetinį lauką. Tad iki šiol nepavyksta sukurti pramoninių termobranduolinių reaktorių.

Terminą „šaltoji branduolių sintezė“ (Cold fusion) pirmasis panaudojo Paul Palmer'is 1986 m., kai tyrė „geo-sintezę“ arba branduolių sintezės galimybę žemės plutoje. Vėliau jis panaudotas 1989 m. Fleischmann-Pons'o eksperimentui.

Šaltoji branduolių sintezė teigia: panardinus paladžio elektrodus į sunkųjį vandenį, sudarytą iš deguonies ir vandenilio izotopo deuterio, galima gauti didelį energijos kiekį. Tarp elektrodų atsiradus įtampai, deuterio branduoliai turėtų judėti link paladžio molekulių. Taip būtų galima įveikti natūralų molekulių atostūmį ir priversti susijungti branduolius, kas išskirtų papildomą energiją.

Dar 19 a. buvo nustatyta paladžio (o vėliau ir titano) savybė absorbuoti vandenilį. 3 dešimtm. F. Paneth'as⁵⁾ ir K. Peters'as paskelbė, kad vandenilį transformavo į helį kambario temperatūroje naudojant smulkintą paladį, bet vėliau pripažino, kad helis buvo iš oro arba naudotų indų. 1927 m. švedas Džonas Tandberg'as irgi sakėsi sintezavęs helį iš vandenilio elektrolite naudodamas paladžio elektrodus.

Martin Fleischmann'as ir Stanley Pons'as 1989 m. kovo 23 d. surengė spaudos konferenciją¹⁾, kurioje paskelbė atradę „šaltąją branduolių sintezę“. Jie teigė, kad į stiklinį indą su sunkiuoju vandeniu, kuriame buvo ištirpdę kažkiek ličio druskų, įmerkė platinos ir paladžio elektrodus ir paleido elektros įtampą. Jie sakėsi gavę šilumos kiekį, 4-10 kartų didesnę, nei sunaudota elektros energija. Jokia cheminė reakcija negalėjo pagaminti tokio šilumos kiekio.

Savo spaudos konferencija jie pažeidė tradiciją, kai atradimai paskelbiami „Nature“ žurnale. Tačiau šis atradimas išėjo iš chemijos mokslo (ir bet kokio kito) ribų ir galėjo būti ištirtas nebent branduolinės fizikos specialistų, tačiau šie buvo „karštosios“ branduolių sintezės šalininkai. Pirmasis palaikymo signalas atėjo Kalifornijos un-to profesoriaus Robert Huggins, naudojusio paprastą vandenį ir gavusį 50% daugiau energijos nei buvo sunaudota elektros.

1989 m. balandžio mėn. Amerikos chemijos asociacijos kas-pusmetinis susirinkimas vyko Dalase. Čia S. Pons'as galėjo pristatyti eksperimento svarbią detalę. Baterijai veikiant 10 valandų, Pons aptiko gama spindulius. Išjungus įtampą, gama spinduliai pradingo. Tąkart Pons'as naudojo tritį. Jis mano, kad grandinė generavo apie 10 tūkst. neutronų per sekundę. Tai gerokai daugiau, nei kuria natūralus fonas, tačiau milijonus kartų mažiau, nei galima tikėtis iš branduolių sintezės – ir tai pagrindinis trukdis pripažinti reiškinį.

Tada reikalai pakrypo į blogą pusę. Iš visų pusių pasipylė pranešimai, kad rezultatų nepavyksta pakartoti. Gegužės pabaigoje MIT paneigė rezultatus (tik vėliau paaiškėjo, kad MIT „pakišo“ skaičius). Mokslininkai pradėti kaltinti rezultatų suklastojimu, jų reputacija sutepta, jie išėjo iš laboratorijos ir dingo iš akiračio. Tačiau nuo to laiko buvo rasta 13 skirtingų būdų inicijuoti reakciją ir visame pasaulyje gauti tam tikri efektai.

A. Klarko kalba Kolombe, Šri Lanka, 1993 m.

Man labai malonu būti su jumis čia Kolombe, nors šią savaitę man reikėtų būti Vašingtone, kur mano draugai susirinks užmiesčio teatre pažymėti 25-metį – sunku patikėti! – „Kosminės odisėjos 2001“ pasirodymą. Tasai filmas akivaizdžiai parodė, kaip sunku numatyti ateitį. [ ... ]

Dabar noriu pereiti į visai kitą sritį. ... Tačiau pradžioje noriu jums priminti vieną seną istoriją.

1903 m. gruodį Orvilas ir Vilberis Raitai Šiaurės Karolinoje atsiplėšė nuo žemės ir atliko pirmąjį skrydį sunkesniu už orą aparatu. Penkis metus po to Vašingtone vis dar netikėjo, kad broliai tikrai skrido – juk visi žino, kad tai neįmanoma. Žymiausiai mokslininkai rašė straipsnius, kad to negalėjo būti. Ir tik kai broliai Raitai išvyko į Prancūziją ir ten atlikinėjo viešus, demonstracinius skrydžius, karinio departamento vaikinai pradėjo kalbėti: „Dieve mano, o juk jie iš tikro skraido! O jei tai pasirodys naudinga žvalgybai? Reikia pažiūrėti į juos“. Ir jie pažiūrėjo – praėjus 5 metams. Ir štai dabar ta pati istorija kartojasi su reiškiniu, vadinamu (gal ir netiksliai), „šaltąja sinteze“.

Visi jūs žinote, kad Saulė spinduliuoja energiją vykstant vandenilio branduolių sintezei susidarant heliui. Milžiniškos pastangos dedamos šio proceso atgaminimui Žemėje, kad būtų gautas praktiškai neišsemiamas energijos šaltinis. Kol kas vienintelis pasiekimas ta linkme – vandenilinė bomba. O kas dėl taikaus šio proceso panaudojimo, tai kuriamų įrenginių sunaudojama energija gerokai viršija jų sukuriamą.

Bet prieš 4 m. Stenlis Ponsas ir Martinas Fleišmanas aptiko, kad kai kuriuose metaluose, prisotintuose deuterio, sintezė vyksta kambario temperatūroje. Jie gavo daugiau energijos nei pateikė sistemai. Aišku, tai sukėlė pasaulinę sensaciją ir daug laboratorijų pabandė atgaminti jų rezultatus. O kai joms tai nepavyko, Ponsas su Fleišmanu tapo pajuokos objektais.

Vis tik kai kurie mokslininkai patikėjo, kad tame vis tik kažkas tokio yra, ir pradėjo tyrinėjimus, kartais slapta nuo vadovybės. O Ponsas su Fleišmanu patraukė į Prancūziją – beveik kaip broliai Raitai – ir dabar darbuojasi netoli Nicos laboratorijoje, kurią finansuoja japonų konserciumas „Technova³⁾“ (Japonijos užsienio prekybos ir pramonės ministerija irgi skiria milijonus dolerių į bandymus atvesti naują technologiją iki komercinio panaudojimo).

Kelios laboratorijos neseniai pranešė apie teigiamus rezultatus, o prieš Kalėdas pardavimuose atsirado netgi įrangos šaltajai sintezei namų sąlygomis komplektas už 565 tūkst. dolerių kainą. Nežinau, ar daug jų pavyko parduoti, tačiau kaina tokia, kad kalba apie atradimą, galintį pakeisti pasaulį.

1992 m. spalį Nagojoje (Japonija) įvyko Trečioji tarptautinė konferencija, skirta šaltajai sintezei, kurioje dalyvavo per 300 mokslininkų. Jos sėkmingas išvadas 34 puslapių ataskaitoje pateikė MIT profesorius Piteris Hagelšteinas⁴⁾. Pnašias ataskaitas, irgi patvirtinančias efekto buvimą, pateikė Amerikos karinio laivyno mokslinis centras, Japonijos karinė valdyba ir daugelis kitų organizacijų.

Bendrai imant, tai jau išėjo iš žodinių batalijų apie anomaliai aukštą nežinomos kilmės energijos išsiskyrimą. Tačiau skeptikai, nuo pat pradžių bandę kliudyti naujajai krypčiai, surado labai stiprų argumentą: jei tikrai vyktų branduolinė sintezė, tai eksperimentatoriai jau būtų negyvi! Juk tada turėtų susidaryti neutronų ir gama spindulių srautai ir, beje, letalios personalui dozės (tie spinduliai buvo aptikti, tačiau nežymiais kiekiais lyginant su išskiriama šiluma).

Taip, tenka pripažinti, kad šaltosios sintezės teorinis pagrindas kol kas lieka neišaiškintas, tačiau juk taip buvo ir atradus radioaktyvumą. Kaipgi galima apibūdinti susidariusią situaciją? Pabandysiu pasiūlyti kelis atsakymo variantus.

Pirmas: egzistuoja gerai užsislaptinusi organizacija iš šimtų mokslininkų iš įvairių šalių. Jie arba visiškai nekompetentingi, arba siekia savų tikslų ir netrukus sužlugdys naftos ir angles verslą.

Antras labiau tikėtinas: tai kuriozas – efektas teoriškai įdomus, tačiau neturi praktinės reikšmės. Tik aš abejoju tuo: via, kas tikrai nauja, anksčiau ar vėliau sukelia kokį nors perversmą technikoje. Prisiminkim, kad energijos išsiskyrimas urano skilimo metu pradžioje buvo nežymus, tačiau bet kuris fizikas su išlavinta vaizduote galėjo įsivaizduoti, į ką tai atves.

Net jei šaltosios sintezės galimybės apribotos, tarkim, 100-1000 kW galingumu, tai ir tada jis bus revoliucinis, nes leis kurti pigius ir saugius energijos šaltinius. Jie atvers kelią visiškai autonominiams, nereikalaujančiais išorinės energijos namams, kokius numatė Bakminsteris Fuleris. Ir kartu jie leis išnykti, nors ir nelabai greitai benzininiams-dujiniams automobiliams – varikliai galės veikti tiesiog vandeniu, tiesa, ne paprastu, o sunkiuoju.

Ir galiausiai trečiasis: šaltosios branduolių sintezės galimybės neribotos. Tokiu atveju iškastinio kuro epocha su jos CO₂ baigsis.

Prieš 20 m., kai šalys – naftos eksportuotojos 4 kartus pakėlė jos kainą, aš pasakiau: „Pigaus kuro era liko praeityje; nemokamo kuro era ateis tik po 50 m.“. Matyt, aš buvau pernelyg atsargus. Tačiau aišku, kad anglis ir nafta visada bus pagrindine žaliava įvairių chemikalų, plastmasių, net dirbtinio maisto gamybai. Nafta pernelyg brangi, kad ją degintume, - geriau jau ją imsime valgyti.

1982 m. aš išleidau knygą „2001: Odisėja 2“, kurią paskyriau savo draugui kosmonautui Aleksejui Leonovui ir akademikui Andrejui Sacharovui, tuo metu buvusiu tremtyje Gorkyje. Aš žinojau, kad Sacharovas dirba ties branduoline sinteze žemose temperatūrose (kaip ir ties vandeniline bomba) – ir romane teigiau, kad savo priverstinėje vienatvėje jis išras pavarą kosminiam laivui, pagrįstą tuo naujuoju principu.

Aišku, tokį siužetą aš tiesiog išgalvojau, tačiau trys rusų tyrinėtojai, iš tikro dirbę ties branduoline pavara raketoms, užsiėmė šaltąja sinteze ir paskelbė apie nepaprastus rezultatus viename iš svarbiausių fizikinių žurnalų [red. pastaba: A.B. Karabutas, J.R. Kučerovas, I.B. Savatimova, Physics Letters A, 1992, v.170, p.265]. 1800^oC temperatūros dujų mišinyje jie stebėjo beveik 5 kartus didesnį energijos išskyrimą nei pateikė sistemai. Tai ne visai „šaltoji sintezė“, tačiau, žinoma, ji ledinė lyginant su dešimtimis milijonų termobranduolinėje.

Visa tai labai įdomu tarpplanetinių skrydžių požiūriu. Jei tokia pavara bus sukurta, ji mums atvers Saulės sistemą – panašiai, kaip lėktuvas mus atvėrė Žemę. Dar ne visi suvokė, kad energijos kaina, kurios reikia vieno žmogaus nuskraidinimui į Mėnulį, tėra keli šimtai dolerių ... O tas faktas, kad „bilietas“ į „Apollo“ kainavo apie du milijardus dolerių, iš dalies rodo apie žemą cheminio raketinio kuro efektyvumą. [ ... ]

P.S. Religiniai fanatikai periodiškai skelbia neišvengiamą pasaulio pabaigą. Man atrodo, aš dabar darau kažką panašaus.... Tik šįkart tai geroji naujiena!

^*) Martin Fleischmann gimė 1927 m. ir 1989 m., skandalingo pranešimo metu, dirbo Jutos universitete. 1992 m. jis su S. Pons'u persikėlė į Prancūziją ir dirbo IMRA laboratorijoje. Jų keliai išsiskyrė 1995 m., kai Martinas grįžo į JAV, Southampton'o universitetą. Būtent ten Stanley Pons 1978 m. apgynė daktaro disertaciją.

²⁾ Stenlis Ponsas (Bobby Stanley Pons, g. 1943 m.) – amerikiečių elektrochemikas, 9-10 dešimtm. dirbęs su M. Fleišmanu (kurį sutiko 1975 m.) šaltosios branduolių sintezės srityje. 1989 m., kai jis buvo Jutos un-to chemijos fakulteto pirmininku, jiedu su M. Fleišmanu paskelbė apie „N- Fusion“ eksperimentą, kurio vėliau niekam nepavyko atkartoti. 1992 m. jis kartu su M. Fleišmanu persikėlė į Prancūziją darbui „Tojotos“ finansuojamoje laboratorijoje, kuri buvo uždaryta 1998 m., nes tyrimai nedavė įtikinamų rezultatų. Tada Ponsas, išsiskyręs su M. Fleischmann'u, pasiliko pietų Prancūzijoje, atsisakė JAV pilietybės ir tapo Prancūzijos piliečiu.

³⁾ Technova - tyrinėjimo valdymo organizacija, įsteigta 1978. Jos misija – padėti pasiekti geresnę ateitį integruojant inovatyvias technologijas. Ji teikia tyrimų, konsultacines ir reklamos paslaugas energetikos, transporto ir pažangių technologijų srityse.

⁴⁾ Piteris Hagelšteinas (Peter L. Hagelstein, g. 1954 m.) – MIT elektros inžinerijos ir teorinės fizikos profesorius. Vystė darbus, kurie vėliau padėjo sukurti pirmąjį rentgeno spindulių lazerį, svarbų JAV „Žvaigždžių karų“ programai. 1989 m. jis pradėjo tyrinėti šaltąją branduolių sintezę tikėdamas panašaus į rentgeno lazerį proveržio. Iki 2004 m. ši sritis buvo diskredituota daugelio mokslininkų požiūriu, tačiau Hagelšteinas tebetęsė tyrinėjimus ir prezidentavo 10-je Tarptautinėje konferencijoje (2003). 2017 m. jis pristatė 90 min. trukmės prezentaciją apžvelgdamas eksperimentus ir paminėdamas galimus mechanizmus. Vėliau jo dėmesys nukrypo į kieto kūno fiziką apimant naujo termoelektrinių medžiagų kūrimą. Taip pat yra aktyvus pedagogas, rašantis vadovėlius apie kvantinė ir statistinę mechaniką.

⁵⁾ Fridrichas Panetas (Friedrich Adolf Paneth, 1887-1958) – žydų iš Austrijos kilmės britų chemikas ir geochemikas, Daremo un-to profesorius (1939-53), M. Planko vardo inst-to direktorius (nuo 1953 m.). 1933 m. skaitė paskaitas Anglijoje ir negrįžo į Vokietiją; 1939 m. gavo Britanijos pilietybę.
1926 m. kartu su asistentu K. Petersu paskelbė apie vandenilio virsmą heliu (dabar vadinamą šaltąja branduoline sinteze), tačiau kitais metais pranešimą atšaukė aptikę klaidas helio nustatyme. Laikytas nepastovių hidridų specialistus ir pasižymėjo indėliu į stratosferos tyrimus. Pirmasis nustatė meteoritų amžių sukūręs tikslų helio juose nustatymo metodą. Su K. Fajansu suformulavo radioaktyvių izotopų sorbcijos taisyklę. Jo garbei pavadintas krateris nematomoje Mėnulio pusėje.