- Піроелектричний холодний синтез
- Джерело дешевої енергії
- Фізики вносять ясність
- Sic transit gloria mundi
23 березня 1989 року Університет Юти повідомив в прес-релізі, що «двоє вчених запустили самопідтримується реакцію ядерного синтезу при кімнатній температурі». Президент університету Чейз Петерсон заявив, що це епохальна досягнення можна порівняти лише з оволодінням вогнем, відкриттям електрики і окультуренням рослин. Законодавці штату терміново виділили $ 5 млн на установа Національного інституту холодного синтезу, а університет просить у Конгресу США ще 25 млн. Так почався один з найгучніших наукових скандалів XX століття. Друк і телебачення миттєво рознесли новина по світу.
Вчені, які зробили сенсаційну заяву, начебто мали солідну репутацію і цілком заслуговували на довіру. Переселився в США з Великобританії член Королівського товариства і екс-президент Міжнародного товариства електрохіміків Мартін Флейшман володів міжнародною популярністю, заробленої участю у відкритті поверхнево-посиленого раманівського розсіювання світла. Співавтор відкриття Стенлі Понс очолював хімічний факультет Університету Юти.
Піроелектричний холодний синтез
Слід розуміти, що холодний ядерний синтез на настільних апаратах не тільки можливий, а й здійснено, причому в кількох версіях. Так, в 2005 році дослідники з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі повідомили в Nature, що їм вдалося запустити подібну реакцію в контейнері з дейтерієм, всередині якого було створено електростатичне поле. Його джерелом служило вістрі вольфрамової голки, приєднаної до піроелектричного кристалу танталата літію, при охолодженні і наступному нагріванні якого створювалася різниця потенціалів близько 100-120 кВ. Поле напруженістю близько 25 гігавольт / метр повністю іонізованого атоми дейтерію і так розганяв його ядра, що при зіткненні з мішенню з дейтериду ербія вони давали початок ядер гелію-3 і нейтронів. Виміряний піковий нейтронний потік при цьому склав близько 900 нейтронів в секунду (що в кілька сотень разів перевищує типове фонове значення).
Хоча така система має певні перспективи в якості генератора нейтронів, однак говорити про неї як про джерело енергії не має ніякого сенсу. І ця установка, і інші подібні пристрої споживають набагато більше енергії, ніж генерують на виході: в експериментах Каліфорнійського університету в одному циклі охолодження-нагрівання тривалістю кілька хвилин виділялося приблизно 10 ^ (- 8) Дж. Це на 11 порядків менше, ніж потрібно, щоб нагріти склянку води на 1 градус Цельсія.
Джерело дешевої енергії
Флейшман і Понс стверджували, що вони змусили ядра дейтерію зливатися один з одним при звичайних температурах і тисках. Їх «реактор холодного синтезу» був калориметр з водним розчином солі, через який пропускали електричний струм. Правда, вода була не простою, а важкої, D2O, катод був зроблений з паладію, а до складу розчиненої солі входили літій і дейтерій. Через розчин місяцями безупинно пропускали постійний струм, так що на аноді виділявся кисень, а на катоді - важкий водень. Флейшман і Понс нібито виявили, що температура електроліту періодично зростала на десятки градусів, а іноді і більше, хоча джерело живлення давав стабільну потужність. Вони пояснили це надходженням внутрішньоядерної енергії, що виділяється при злитті ядер дейтерію.
Паладій має унікальну здатність до поглинання водню. Флейшман і Понс увірували, що всередині кристалічної решітки цього металу атоми дейтерію настільки сильно зближуються, що їх ядра зливаються в ядра основного ізотопу гелію. Цей процес йде з виділенням енергії, яка, згідно з їхньою гіпотезою, нагрівала електроліт. Пояснення підкупляло простотою і цілком переконувало політиків, журналістів і навіть хіміків.
Прискорювач з нагріванням. Установка, використана в експериментах з холодним синтезом дослідників Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі. При нагріванні піроелектричного кристала на його гранях створюється різниця потенціалів, що створює електричне поле високої напруженості, в якому розганяються іони дейтерію.
Фізики вносять ясність
Однак фізики-ядерники та фахівці з фізики плазми не поспішали бити в литаври. Вони-то прекрасно знали, що два дейтрона в принципі можуть дати початок ядру гелію-4 і високоенергічних гамма-кванту, але шанси подібного результату вкрай малі. Навіть якщо дейтрони вступають в ядерну реакцію, вона майже напевно завершується народженням ядра тритію і протона або ж виникненням нейтрона і ядра гелію-3, причому ймовірності цих перетворень приблизно однакові. Якщо всередині паладію дійсно йде ядерний синтез, то він повинен породжувати велику кількість нейтронів цілком певної енергії (близько 2,45 МеВ). Їх неважко виявити або безпосередньо (за допомогою нейтронних детекторів), або побічно (оскільки при зіткненні такого нейтрона з ядром важкого водню повинен виникнути гамма-квант з енергією 2,22 МеВ, який знову-таки піддається реєстрації). Загалом, гіпотезу Флейшман і Понса можна було б підтвердити за допомогою стандартної радіометричної апаратури.
Однак з цього нічого не вийшло. Флейшман використовував зв'язку на батьківщині і переконав співробітників британського ядерного центру в Харуелле перевірити його «реактор» на предмет генерації нейтронів. Харуелл мав надчуттєвими детекторами цих частинок, але вони не показали нічого! Пошук гамма-променів відповідної енергії теж обернувся невдачею. До такого ж висновку прийшли і фізики з Університету Юти. Співробітники Массачусетського технологічного інституту спробували відтворити експерименти Флейшман і Понса, але знову ж таки безрезультатно. Тому не варто дивуватися, що заявка на велике відкриття піддалася нищівному розгрому на конференції Американського фізичного товариства (АФО), яка відбулася в Балтіморі 1 травня того ж року.
Принципова схема установки піроелектричного синтезу з показаним на ньому кристалом, еквіпотенціальними лініями і траєкторіями іонів дейтерію. Заземлена мідна сітка екранує циліндр Фарадея. Циліндр і мішень заряджені до +40 В для збору вторинних електронів.
Sic transit gloria mundi
Від цього удару Понс і Флейшман уже не оговталися. У газеті New York Times з'явилася розгромна стаття, а до кінця травня наукове співтовариство дійшло висновку, що претензії хіміків з Юти - або прояв крайньої некомпетентності, або елементарне шахрайство.
Але були й дисиденти, навіть серед наукової еліти. Ексцентричний нобелівський лауреат Джуліан Швінгер, один з творців квантової електродинаміки, настільки увірував у відкриття хіміків з Солт-Лейк-Сіті, що в знак протесту анулював своє членство в АФО.
Проте академічна кар'єра Флейшман і Понса завершилася - швидко і безславно. У 1992 році вони пішли з Університету Юти і на японські гроші продовжували свої роботи у Франції, поки не втратили і цього фінансування. Флейшман повернувся в Англію, де живе на пенсії. Понс відмовився від американського громадянства і оселився у Франції.
Стаття «Холодний синтез» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №8, серпень 2011 ).
