Защо учените не искат да повярват във възможността за студен ядрен синтез Наука и технологии
Защо учените не искат да повярват във възможността за студен ядрен синтез
На сутринта човек се събужда, включва превключвателя - в апартамента се появява електричество, което загрява водата в чайника, осигурява енергия за работа на телевизора и компютъра и кара крушките да светят. Човек закусва, излиза от къщата и се качва в колата, която тръгва, без да оставя след себе си обичайния облак от изгорели газове. Когато човек реши, че трябва да зареди, си купува бутилка газ, която е без мирис, не е токсична и е много евтина - петролните продукти вече не се използват като гориво. Горивото беше океанска вода. Това не е утопия, това е обикновен ден в света, в който човек е усвоил реакцията на студен ядрен синтез.
Работата е там, че студеният ядрен синтез е печално известен сред учените от известно време. Няколко пъти твърденията за успешно протичане на тази реакция се оказаха фалшификация или неправилно поставен експеримент. За да се разбере трудността на извършването на ядрен синтез в лабораторията, е необходимо да се докоснем накратко до теоретичните основи на реакцията.
Кокошките и ядрената физика
Ядреният синтез е реакция, при която атомните ядра на леките елементи се сливат, за да образуват ядрото на по-тежък. Реакцията освобождава огромно количество енергия. Това се дължи на изключително интензивни сили на привличане в ядрото, които държат заедно протоните и неутроните, които изграждат ядрото. На малки разстояния - около 10 -13 сантиметра - тези сили са изключително силни. От друга страна, протоните в ядрата са положително заредени и съответно са склонни да се отблъскват. Радиусът на действие на електростатичните сили е много по-голям от този на ядрените сили, така че когато ядрата са отдалечени едно от друго,първите започват да доминират.
При нормални условия кинетичната енергия на ядрата на леките атоми е твърде малка, за да могат те да преодолеят електростатичното отблъскване и да влязат в ядрена реакция. Атомите могат да бъдат принудени да се доближат един до друг, като ги избутате с висока скорост или чрез използване на свръхвисоки налягания и температури. Теоретично обаче има алтернативен метод, който позволява желаната реакция да се проведе практически "на масата". През 60-те години на миналия век френският физик и носител на Нобелова награда Луис Кервран беше един от първите, които изразиха идеята за ядрен синтез при стайна температура.
Две почти детективски истории
През 1989 г. Мартин Флейшман и Стенли Понс обявиха, че са успели да завладеят природата и да накарат деутерия да се превърне в хелий при стайна температура в устройство за електролиза на вода. Схемата на експеримента е следната: електродите се спускат в подкислена вода и се пропуска ток - често срещан експеримент при електролиза на вода. Въпреки това учените са използвали необичайна вода и необичайни електроди.
Водата беше "тежка". Тоест леките („обикновени“) изотопи на водорода в него са заменени с по-тежки, съдържащи освен протона, още един неутрон. Този изотоп се нарича деутерий. Освен това Флейшман и Понс използват електроди, направени от паладий. Паладият се отличава с невероятната способност да "абсорбира" голямо количество водород и деутерий. Броят на атомите на деутерий в една паладиева плоча може да се сравни с броя на атомите на самия паладий. В експеримента си физиците са използвали електроди, предварително „наситени“ с деутерий.
При преминаване на електрически ток през "тежка" вода се образуват положително заредени деутериеви йони, които под действието на силите на електростатично привличанесе втурна към отрицателно заредения електрод и се "блъсна" в него. В същото време, както бяха сигурни експериментаторите, те се приближиха до атомите на деутерий, които вече бяха в електродите, на разстояние, достатъчно за протичане на реакцията на ядрен синтез.
Доказателство за реакцията би било отделянето на енергия - в този случай то би се изразило в повишаване на температурата на водата - и регистриране на неутронния поток. Флейшман и Понс заявиха, че и двамата са наблюдавани в тяхната настройка. Съобщението на физиците предизвика изключително бурна реакция от страна на научната общност и пресата. Медиите рисуваха удоволствията на живота след широкото въвеждане на студения ядрен синтез, а физици и химици по целия свят започнаха да проверяват отново своите резултати.
След тази история повечето сериозни изследователи спряха да работят върху намирането на начини за прилагане на студен ядрен синтез. През 2002 г. обаче тази тема отново се появи в научните дискусии и в пресата. Този път американските физици Rusi Taleyarkhan и Richard T. Lahey, Jr., направиха претенция да завладеят природата. Те заявиха, че са успели да постигнат необходимото за реакцията сближаване на ядрата, използвайки не паладий, а ефекта на кавитация.
Кавитацията е образуването на кухини или мехурчета, пълни с газ в течност. Образуването на мехурчета може да бъде провокирано по-специално от преминаването на звукови вълни през течността. При определени условия мехурчетата се пукат, освобождавайки голямо количество енергия. Как мехурчетата могат да помогнат при ядрения синтез? Много е просто: в момента на "експлозията" температурата вътре в балона достига десет милиона градуса по Целзий - което е сравнимо с температурата на Слънцето, където ядреният синтез протича свободно.
Талейархан и Лейхи прекараха звукови вълни през ацетон, в койтолекият изотоп на водорода (протиум) е заменен с деутерий. Те успяха да регистрират поток от високоенергийни неутрони, както и образуването на хелий и тритий, друг продукт на ядрения синтез.
Университетът Пърдю, където Талейархан и Лейхи отидоха да работят, проведе независимо разследване. Въз основа на резултатите от него беше издадена присъда: експериментът е настроен правилно, не са открити грешки или фалшификации. Въпреки това доNatureсе появи опровержение на статията и въпросът за признаването на кавитационния ядрен синтез като научен факт висеше във въздуха.
Но да се върнем към японските физици. В работата си те използваха вече познатия паладий. По-точно, смес от паладий и циркониев оксид. „Капацитетът на деутерий“ на тази смес според японците е дори по-висок от този на паладия. Учените прекарват деутерий през клетка, съдържаща тази смес. След добавяне на деутерий температурата вътре в клетката се повишава до 70 градуса по Целзий. Според изследователите в този момент в клетката протичат ядрени и химични реакции. След като потокът от деутерий в клетката престана, температурата вътре в нея остана висока за още 50 часа. Физиците твърдят, че това показва възникването на реакции на ядрен синтез вътре в клетката - хелиевите ядра са се образували от атоми на деутерий, които са се приближили на достатъчно разстояние.
Още е рано да се каже дали японците са прави или не. Експериментът трябва да се повтори няколко пъти и резултатите да се проверят. Най-вероятно, въпреки скептицизма, много лаборатории ще направят това. Освен това ръководителят на изследването, професор Йошиаки Арата, е високо уважаван физик. За признанието на заслугите на Арата свидетелства фактът, че демонстрацията на работата на устройството се проведе в залата, носеща неговото име. Но се знае, че е погрешновсеки може, особено когато наистина иска да получи много категоричен резултат.