211service.com
Ar šaltoji sintezė įkaista?
Praėjus penkiolikai metų po to, kai antraštėse pasirodė pirmieji prieštaringi teiginiai, šaltoji sintezė atsisako mirti. Nedidelis būrys užkietėjusių šalininkų teigia, kad eksperimentai dabar duoda nuoseklius rezultatus. Fizikos institutas ir toliau šaiposi, tačiau kai kurie mokslininkai, atidžiai stebėję šią sritį, yra įsitikinę, kad vyksta kažkas tikro. Ir dabar JAV energetikos departamentas nusprendė, kad naujausi rezultatai pateisina šaltosios sintezės pažvelgimą iš naujo.
Vandenilio atomų branduolių sintezė maitina saulę ir žada beveik neribotą energiją Žemėje. Tačiau sintezę nepaprastai sunku prisijaukinti, nes branduoliai stipriai atstumia vienas kitą. Didžiulis karštis ir slėgis saulės viduje gali įveikti šį atstūmimą, o termobranduolinės bombos gali greitai pasiekti tokias sąlygas Žemėje. Tačiau sukurti branduolių sintezės reaktorių, galintį tą didžiulę šilumą paversti naudinga energija, buvo didžiulis iššūkis. Po dešimtmečius trukusių tyrimų sintezei reikalingas sąlygas vis dar galima pasiekti tik trumpam, o šios eksperimentinės sintezės reakcijos pagamina mažiau energijos, nei reikia joms uždegti.
Fizikai buvo priblokšti, kai du Jutos universiteto elektrochemikai Stanley Ponsas ir Martinas Fleischmannas 1989 metais pareiškė, kad jie pasiekė branduolių sintezę kambario temperatūroje. Jų eksperimentas deuterį – stabilų sunkųjį vandenilio izotopą – sukrovė į paladžio elektrodus. Po daugelio darbo valandų jie pranešė, kad buvo sukurta daugiau šilumos, nei galėjo pagaminti grynai cheminė reakcija. Iš pradžių atrodė, kad Ponsas ir Fleischmanas galėjo sugalvoti revoliucingai lengvą būdą panaudoti sintezės energiją, o viso pasaulio laboratorijos suskubo patys išbandyti eksperimentą. Tačiau pasirodė, kad paprasto eksperimento atkurti praktiškai neįmanoma, ir per kelias savaites dauguma fizikų šaltąją sintezę nurašė kaip klaidą – eksperimentinį rezultatą, prieštaraujantį žinomiems fizikos dėsniams.
Tačiau beribės energijos potencialas priviliojo būrį būsimų revoliucionierių, kurie toliau sprendė šią problemą. Dažnai jie nieko nerado. Tačiau kartais atrodė, kad jų eksperimentai pagamino daugiau energijos, nei jie tikėjosi iš cheminių reakcijų; kitu metu jie aptikdavo galimų sintezės reakcijos produktų pėdsakų, o tai rodo, kad gali būti tam tikrų anksčiau nežinomų fizinių poveikių.
Naujos fizikos įrodymai buvo kaupiami daugelį metų, sako Peteris Hagelsteinas, MIT elektrotechnikos ir kompiuterių mokslo docentas, praėjusį rugpjūtį pirmininkavęs dešimtajai tarptautinei šaltojo sintezės konferencijai Kembridže. Eksperimentai, atlikti tinkamai kontroliuojamomis sąlygomis, patikimai gamina daugiau šilumos, nei prognozuoja standartinė teorija. Branduolinių produktų yra maždaug reikiamu kiekiu, kad būtų atsižvelgta į šį šilumos perteklių. Atsirado modelių, paaiškinančių ankstesnes anomalijas. Kai Hagelsteinas pamatė, kaip dėlionės dalys derėjosi per rugpjūčio mėnesio susitikimą, jis paragino Energetikos departamentą persvarstyti sritį, kuri netrukus po gimimo buvo išmesta iš ortodoksinio mokslo.
Per pastaruosius 15 metų entuziastai sukūrė apie 3000 rankraščių apie šaltąją sintezę, tačiau labai mažai jų buvo paskelbti moksliniuose žurnaluose. Daugelis rezultatų išgaravo po išorinio tyrimo, o rengėjai stūmė laisvos energijos schemas, kurios skambėjo labiau kaip amžinas judėjimas nei fizika. Dauguma šių rankraščių nėra naudingi, sako Hagelsteinas, teoretikas, besidomintis optika, energija ir branduoline fizika. Tačiau apie 50 rodo įdomius, atkuriamus efektus. Šilumos efektas buvo daug kartų pakartotas, Hagelstein. Jis veikia tik tada, kai į paladžio ląsteles patenka deuterio, ir niekada, kai vietoj sunkaus izotopo naudojamas įprastas vandenilis. Tikslūs matavimai su šilumos matavimo prietaisais atsakė į kritiką dėl pirminių eksperimentų. Šilumos perteklius buvo išmatuotas daugiau, nei Hagelsteinas laiko pagrįstomis abejonėmis.
Eksperimentai, kurie gamina perteklinę šilumą, taip pat davė helio-4, vieną galimą dviejų deuterio branduolių susiliejimo produktą, kiekį, kuris koreliuoja su šilumos pertekliumi. Teorija numato, kad sintezės reakcija turėtų sukurti 24 milijonus elektronų voltų (MeV) energijos vienam helio-4 branduoliui. Michaelo McKubre'o iš SRI International atlikta analizė aptiko 31 MeV energiją – tai atitinka eksperimentinį neapibrėžtį plius arba minus 13 MeV. Skeptikai abejojo, ar reakcija buvo įmanoma, tačiau Hagelsteinas sako, kad McKubre atlikta eksperimentų analizė, apie kurią buvo pranešta per praėjusių metų šaltosios sintezės susitikimą, rodo, kad dviejų deuterio sintezė, siekiant gauti helio-4, nėra tokia veržli, kaip atrodė iš pradžių.
McKubre'as taip pat nustatė, kad eksperimentinės šilumos gamybos nenuoseklumas atsirado dėl deuterio, supakuoto į paladžio elektrodą, kiekio skirtumų. Kai į metalą įdėtų deuterio atomų skaičius atitiko arba viršijo paladžio atomų skaičių, susidaro šilumos perteklius. Paladis, pripildytas šiek tiek mažiau deuterio, davė nenuoseklius rezultatus, o jei deuterio lygis buvo sumažintas labai dideliu kiekiu, šilumos perteklius nebuvo sukurtas. Deuterio apkrovą buvo sunku kontroliuoti ir ribojo metalo stiprumas. Deja, paladžio stiprumą sunku nuspėti ar kontroliuoti, o gryninimas nepagerėja; iš tiesų gryniausias paladis plyšo esant mažesnėms apkrovoms, o didžiausias stiprumas buvo pastebėtas tik vienoje nešvarioje partijoje.
Vis daugiau įrodymų įtikino sintezės fiziką George'ą Miley iš Ilinojaus universiteto Urbana-Champaign, kad vyksta svarbūs fiziniai reiškiniai. Skeptikai nekeičia savo nuomonės, tačiau jis mano, kad anksčiau neutralūs stebėtojai tampa imlesni galimybei, kad šiuose eksperimentuose vyksta tikras reiškinys. Tačiau nors šaltosios sintezės tyrinėtojai negalvojo, kad jaučia dūmų kvapą, o šilumą, vis dar neaišku, kas iš tikrųjų vyksta. Šis laukas vadovaujamas eksperimentiniu būdu. Turime pateikti teorijas, kad jos galėtų padėti vadovauti eksperimentams, sako Miley.
Tokiems teoretikams kaip Hagelsteinas iššūkis yra užpildyti žiovaujančią atotrūkį tarp tradicinės branduolinės teorijos ir šaltosios sintezės eksperimentų. Jis įtaria, kad sunkumas slypi labai galingame 70 metų branduolinės fizikos ištakose – kad visos branduolinės sąveikos vyksta tarp dviejų dalelių vakuume. Jis mano, kad prielaida sugenda esant šaltai sintezei, kai sąveikaujančios dalelės yra sandariai supakuotos į metalinę gardelę. Jo idėja yra ta, kad deuterio branduoliai keičiasi vibracine energija arba fononais su aplinkiniais paladžio atomais. Toks keitimasis galėtų sustiprinti branduolinę sąveiką, kuri kitu atveju būtų nykstanti maža, todėl reakcijos gali vykti tokiu greičiu, kokį numato šaltosios sintezės eksperimentai. Hagelsteino teorija vis dar kuriama, tačiau ji pasiekia tašką, kai jis gali pradėti daryti patikrinamas prognozes – tai yra gyvybiškai svarbus žingsnis siekiant, kad šaltoji sintezė taptų patikimu mokslu. Tikimės, kad laikui bėgant išsiaiškinsime daugiau galvosūkio, sako jis.
Teigiama Energetikos departamento apžvalga atvertų duris labai reikalingai mokslinių tyrimų paramai, tačiau išlieka didelių klausimų, net jei fizikos tikrovė gali būti nustatyta. Ar šaltosios sintezės efektas pakankamai stiprus, kad jį būtų galima panaudoti praktiškai energijos gamybai? Jei taip, greičiausiai jis tiesiogiai nekonkuruos su karštąja sinteze, sako Miley, dirbanti su abiem. Šaltoji sintezė veikia nedideliu mastu, todėl ji gali rasti namus mažuose paskirstytuose maitinimo blokuose. Natūralūs karštosios sintezės namai yra saulės viduje; Jei jį būtų galima valdyti mūsų planetoje, jis būtų didelių reaktorių viduje, tiekiančių energiją į tinklą.
Tačiau iki šių tikslų dar toli. Kol kas nedidelė šaltosios sintezės tyrinėtojų bendruomenė tikisi, kad po 15 metų trukusios kovos ji atsidurs ties patvirtinimo slenksčiu.