تلفیقی از سرد و گرم

همجوشی سرد هنوز در پشت یک مه غلیظ پنهان است و حتی دلیل مناسبی برای ادعای وجود آن ارائه نمی دهد. از سوی دیگر، مهار و تحت کنترل کامل گرفتن تندی دشوار است.

1. جلد شماره ماهانه مجله Vremya اختصاص به همجوشی سرد.

بالاخره این همجوشی سرد وجود دارد یا نه؟ - ممکن است یک فرد خارجی کنجکاو در مورد جهان و علم بپرسد، اما کاملاً با موضوع آشنا نیست. احتمالاً به این دلیل که پس از افشاگری های مارتین فلیشمن و استنلی پونز، که 25 سال پیش اعلام کردند که موفق به دریافت انرژی از طریق همجوشی هسته ای در "باتری" پر از آب سنگین با کاتد پالادیوم شده اند، نمایندگان علم رسمی قاطعانه صحبت نکرده اند و به اتفاق آرا، این یک دروغ است. اگرچه بسیاری تردید داشتند، اما بسیاری از مراکز تحقیقاتی اقدام به ساخت یک راکتور "سرد" کرده و در تلاش هستند.

تجربه امیدوار کننده شاید

وضعیت "کشف" فلیشمن و پونز به طور کامل درک نشده است. حقیقت همچنین در مورد جانشین نسبتاً شناخته شده موضوع "همجوشی سرد" در سال های اخیر - دستگاهی به نام کاتالیزور انرژی (E-Cat) نامشخص است. این سازه توسط مخترع آندریا روسی (2) با کمک تیمی به سرپرستی سرجیو فوکاردی ساخته شده است. به گفته سازندگان، باید بر روی اصل همجوشی سرد نیکل و هیدروژن با تولید مس و آزاد شدن انرژی حرارتی کار کند که سپس به الکتریسیته تبدیل می‌شود. به ازای هر دقیقه کار یک راکتور 1 وات (که پس از چند دقیقه به 400 کاهش می یابد)، 292 گرم آب در دمای 20 درجه سانتی گراد به بخار در 101 درجه سانتی گراد تبدیل می شود. این دستگاه چندین بار به مردم نشان داده شد، اما توسعه دهندگان اجازه تحقیقات مستقل را نمی دهند.

2. آندریا روسی با E-Cat خود

طبق گفته PhysOrg، آزمایش‌هایی که بین ژانویه و آوریل 2011 انجام شد، نادرست بود و هیچ مدرک واقعی نداشت. توسعه دهندگان اجازه اندازه گیری های اضافی را ندادند. با این حال، شرکت مبتکر "مخترع" از نوامبر 2011 سوابق خرید دستگاه را حفظ کرده است.

3. پروفسور یوشیاکی آراتا

از سوی دیگر، در اردیبهشت 2013، گروهی از کارشناسان مستقل گزارشی از آزمایشات خود بر روی دو نوع راکتور E-Cat HT و E-Cat HT2 به ترتیب 96 و 116 ساعت در آرشیو پورتال arXiv منتشر کردند. این راکتور توسط جدی ترین دانشمندان - فیزیکدانان دانشگاه بولونیا جوزپه لوی و اولین فوشی، توربیورن هارتمن از آزمایشگاه Svedberg، فیزیکدان هسته ای Bo Höystad، رولاند پترسون از دانشگاه اوپسالا و هانو اسن از موسسه سلطنتی فناوری آزمایش شد. در استکهلم آنها از دسامبر 2012 تا مارس 2013 در آزمایشگاه های Rossi در ایتالیا آزمایش شدند. اندازه گیری ها نشان داده اند که انرژی حرارتی حداقل یک مرتبه بزرگتر از قدرت هر منبع انرژی شیمیایی شناخته شده تولید می شود. پس این...؟

دانشمندان در سراسر جهان با هم اختلاف دارند. اکثراً باور ندارند که چنین واکنشی حتی ممکن است. با این حال، به مدت دو سال، هیچ کس نتوانست تقلب را در ایتالیا اثبات کند.

انتظار می‌رود که یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی به زودی مطالعه دقیق بیشتری در مورد E-Cat انجام دهد. آنها باید در ماه مارس به پایان برسند و اولین مقاله واقعی در مورد اختراع روسی اندکی پس از آن منتشر خواهد شد. در هر صورت شرکت آمریکایی Cherokee Investment Partners اکنون می خواهد روی دستگاه روسی سرمایه گذاری کرده و آن را به بازارهای چین و آمریکا معرفی کند.

ایده ایتالیایی فیوژن سرد در سال های اخیر پرطرفدارترین بوده است. البته تلاش های دیگری نیز برای اثبات امکان سنجی آن صورت گرفت. روشی که در سال 2005 توسط گروهی از فیزیکدانان دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس اعلام شد، گرم کردن سریع کریستالی با خواص پیروالکتریک است (هنگامی که گرم شود، یک میدان الکتریکی ایجاد می کند). در آزمایش توصیف شده، از یک طرف، کریستال در محدوده دمایی 34- تا 7 درجه سانتی گراد گرم شد. در نتیجه، یک میدان الکتریکی در حد 25 GV/m بین انتهای کریستال ایجاد شد که یون‌های دوتریوم را تسریع کرد و با یون‌های دوتریوم در حال استراحت برخورد کرد. انرژی یون اندازه گیری شده به 100 کیلو ولت رسید که مربوط به رسیدن به دمای کافی برای سنتز است. آزمایش‌کنندگان نوترون‌هایی را با انرژی 2,45 مگا ولت مشاهده کردند که نشان‌دهنده همجوشی گرما هسته‌ای است. مقیاس این پدیده آنقدر بزرگ نیست که بتوان از آن برای مقاصد انرژی استفاده کرد، اما به شما امکان می دهد یک منبع مینیاتوری از نوترون بسازید. در سال 2006، این اثر در موسسه پلی تکنیک Rensselaer تایید شد.

رسانه ها گزارش دادند که در می 2008، یوشیاکی آراتا (3)، استاد فیزیک در دانشگاه اوزاکا در ژاپن، آزمایشی موفق و قابل تکرار انجام داد که نشان داد پس از قرار گرفتن در معرض دوتریوم با فشار بالا در یک سیستم، گرمای اضافی پس از قرار گرفتن در معرض دوتریوم تولید می شود. پودر پالادیوم و اکسید زیرکونیوم. تولید شده (در مقایسه با کنترل با هیدروژن سبک). هسته اتم های همسایه به اندازه کافی نزدیک هستند تا هسته اتم هلیوم را تشکیل دهند. با این حال، بسیاری از دانشمندان در منشا هسته ای گرمای مشاهده شده تردید دارند و این تجربه را با آزمایش معروف فلیشمن و پونز در سال 1989 مقایسه می کنند.

واکنش های همجوشی رام

امروزه، مراکز تحقیقاتی بیشتری از جمله ناسا، آزمایش های همجوشی سرد خود را گزارش می کنند. مشکل اینجاست که هیچ کس نمی تواند مکانیسم واکنش همجوشی سرد را توضیح دهد و آزمایش های مکرر موفقیت آمیز هستند و گاهی اوقات نه.

واکنش های همجوشی "عادی" به انرژی های بسیار بالایی نیاز دارند (مثلاً دماهای شدید یا برخورد ذرات). هسته اتم ها دارای بار مثبت هستند و برای اتصال باید بر نیروهای الکترواستاتیکی که توسط قانون کولن توضیح داده شده است غلبه کنند. شرط لازم برای این سرعت (انرژی جنبشی) هسته است. انرژی بالای هسته ها در دماهای بسیار بالا یا با شتاب دادن به هسته ها در شتاب دهنده های ذرات به دست می آید. این واکنش در ستارگان یا زمانی که یک بمب هیدروژنی منفجر می شود انجام می شود. در هر دوی این موارد، واکنش‌هایی که در دماهای بسیار زیاد رخ می‌دهند (که تصادفاً واکنش‌های هسته‌ای «ترمو» نامیده نمی‌شوند) توسط ما کنترل نمی‌شوند. با این حال، برای چندین دهه تلاش هایی برای انجام این فرآیند در یک محیط کنترل شده و کنترل شده، شبیه به انرژی رام شده از فروپاشی یک اتم، انجام شده است.

انرژی در نتیجه یک واکنش گرمازا آزاد می شود. برای یک چرخه ایجاد یک هسته هلیوم، 26,7 مگا الکترون ولت از چهار پروتون به شکل انرژی جنبشی محصولات واکنش و تابش گاما آزاد می شود (4). روی اتم های اطراف پراکنده می شود و به انرژی گرمایی تبدیل می شود. بدون انجام واکنش، انرژی آزاد شده در طول واکنش را می توان با کمبود جرم، یعنی تفاوت در جرم اجزا و محصولات واکنش تعیین کرد.

4. تجسم همجوشی گرما هسته ای

چرخه هیدروژن، که ما اغلب در زمینه همجوشی گرما هسته ای در مورد آن صحبت می کنیم، تنها نوع همجوشی گرما هسته ای نیست. در ستارگان پرجرمتر و داغتر از خورشید، کربن، نیتروژن و اکسیژن سنتز می شوند و تقریباً به اندازه چرخه هیدروژن انرژی تولید می کنند. ادغام عناصر سنگین‌تر نیز در غول‌ها و ابرغول‌ها رخ می‌دهد و انفجارهای ابرنواختر هسته‌هایی حتی سنگین‌تر از نیکل تولید می‌کنند.

همانطور که می بینید، همجوشی های هسته ای شناخته شده برای علم، متفاوت هستند، اما همیشه با انرژی ها و دماهای بالا در حد میلیون ها کلوین همراه هستند. از سوی دیگر، همجوشی سرد بر فرآیندهای علمی ناشناخته یا حداقل توصیف نشده و آزمایش نشده متکی است. مهمترین چیز برای شکاکان تأیید است، و چندین بار، تا زمانی که XNUMX٪ تکرارپذیری حاصل شود.

محققان آزمایشگاه ملی لیورمور لارنس در کالیفرنیا در فوریه امسال گزارش داد که برای اولین بار در آزمایشات همجوشی خود، توانستند انرژی بیشتری از یک واکنش تولید کنند که برای تامین سوخت استفاده می شود. این بدان معنا نیست که ما فوراً ساخت نیروگاه های همجوشی را آغاز خواهیم کرد، اما مطمئناً یک پیشرفت مهم است که در مجله Nature گزارش شده است. ذره ای سوخت متشکل از ایزوتوپ های هیدروژن، دوتریوم و تریتیوم 17 قطعه را تولید کرد. ژول انرژی این بیشتر از مقدار مصرف شده است، اگرچه - که متأسفانه تعادل را به طور قابل توجهی بدتر می کند - فقط یک درصد از کل انرژی صرف شده در آزمایش به سوخت می رسد. و این اطلاعات مطمئناً شور و شوق نوپا را مهار می کند.

آزمایشگاه کالیفرنیا که به نام تأسیسات احتراق ملی نیز شناخته می شود، دارای یک لیزر 350 تریلیون وات است (5). وظیفه آن مشتعل کردن ایزوتوپ های هیدروژن تا دمای واکنش همجوشی است. سوپرلیزر در واقع پرتوی از 192 پرتو لیزر است که در شتاب دهنده ها شتاب می گیرد.

5. لیزر با کارخانه ملی آتش زا لارنس لیورمور

6. مدل یک راکتور حرارتی آزمایشی با یک حلقه پلاسمایی قابل مشاهده در داخل

اگر در مورد همجوشی حرارتی کنترل شده صحبت کنیم، یکی از مشکلاتی که باید حل شود، کنترل پلاسمای فوق داغ تولید شده است (6). دانشمندانی که در آزمایشگاه ملی ساندیا کار می‌کنند با سیم‌پیچ‌های هلمهولتز که از قرن بیستم میلادی شناخته شده‌اند، آزمایش کرده‌اند، که در هنگام جریان یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌کنند. هنگامی که یک میدان مغناطیسی اضافی در نزدیکی میدان اصلی ایجاد شد، مشخص شد که حالت های ناپایداری بسیار کندتر توسعه می یابد، که یکی از موانع اصلی برای حفظ واکنش همجوشی است.

ناپایداری هایی از این دست، که به عنوان اثرات ریلی-تیلور شناخته می شوند، در تلاش برای "گرفتن" یک پلاسمای داغ غول پیکر در توکاماک ها (برای انجام یک واکنش حرارتی هسته ای کنترل شده) تاکنون ناگزیر به از دست دادن پایداری میدان و در نهایت منجر به "نشت" پلاسما دانشمندان Sandia متوجه شدند که افزودن میدان اضافی به سیم پیچ ها این ناپایداری ها را اصلاح می کند. دانشمندان که در مورد کشف خود در مجله Physical Review Letters می نویسند، اعتراف می کنند که آنها این پدیده را به طور کامل درک نمی کنند، اما امیدوارند که تحقیقات بیشتر به آنها اجازه دهد تا فناوری توسعه دهند که به پلاسما اجازه می دهد پایدار بماند و در نتیجه، واکنش گرما هسته‌ای را بسیار طولانی‌تر از زمان کنونی نگه دارید.

علم دوچندان درمانده است

تاکنون، علم با توجه به همجوشی گرما هسته ای و چشم انداز استفاده از آن به عنوان منبع کنترل شده انرژی، دوچندان درمانده شده است. از یک طرف، در مورد همجوشی سرد چندان واضح نیست، بنابراین نمی‌دانیم که آیا باید به آن امید داشته باشیم یا آن را به صلاحدید Kunstkamera بسپاریم. از سوی دیگر، برای چندین دهه او نتوانست بر عنصر همجوشی داغ تسلط یابد. شاید این درماندگی فقط ظاهر باشد و به زودی روی هر دو موضوع کار کنیم؟ ما یک انتخاب داریم، بنابراین، معلوم نیست چه چیزی - یعنی سنتز "سرد" و "گرم"، که به نوبه خود، نحوه اجرای آن برای به دست آوردن منافع صلح آمیز شناخته شده نیست.