Šaltoji sintezė (branduolių sintezė): kas tai, principas ir kontroversijos

Sužinokite, kas yra šaltoji sintezė, kaip ji veikia, istorija ir mokslinės kontroversijos — galimybė revoliucingai pakeisti energetiką ar pseudomokslas?

Šaltoji sintezė - tai branduolių sintezė kambario temperatūroje ir esant normaliam slėgiui. Branduolių sintezė - tai procesas, kurio metu daug branduolių, atomo centro, turinčio protonų ir neutronų, yra priversti susijungti, kad susidarytų sunkesnis branduolys (pavienis branduolys), ir šio proceso metu išsiskiria energija. Kai kurie mokslininkai tikisi, kad tai gali būti būsimasis Žemės energijos šaltinis, tačiau dauguma mokslininkų su tuo nesutinka.

Kad įvyktų branduolių sintezė, reikia didelio energijos kiekio. Su šia energija atomai stumiami vienas prie kito, o juos atstumia elektrostatinė jėga (jėga tarp protonų, kurie yra teigiamą elektros krūvį turinčios atomo branduolio dalelės). Tačiau įveikus šią jėgą ir branduoliams pakankamai priartėjus vieniems prie kitų, įsivyraus kita, daug galingesnė jėga - stiprioji branduolinė jėga. Ji veikia tik nedideliais atstumais, todėl, kai branduoliai yra pakankamai arti, jie traukia vienas kitą dėl stipriosios branduolinės jėgos, kuri yra stipresnė už elektrostatinę jėgą. Tikimasi, kad šaltosios sintezės metu išsiskirianti energija bus daug didesnė už energiją, sunaudotą atomams stumti.

1989 m. du mokslininkai - Stanley Ponsas ir Martinas Fleischmannas - svarbiame mokslo žurnale "Nature" paskelbė straipsnį, kuriame teigė sukūrę šaltąją sintezę. Tuo metu tai buvo labai svarbi istorija. Kitiems mokslininkams nepavyko pakartoti jų eksperimentų. Štai kodėl šiuo metu šaltoji sintezė nėra visuotinai pripažinta mokslininkų. Kelios dešimtys mokslininkų vis dar dirba su šaltosios sintezės tyrimais. Jie reguliariai skelbia publikacijas recenzuojamuose žurnaluose ir kituose akademiniuose šaltiniuose, tačiau dauguma jų nėra įsitikinę.

Kaip tai turėtų būti (principas)

Šaltosios sintezės idėja remiasi tuo, kad, tam tikromis sąlygomis metalų tinklai (pvz., palladis) arba kitos medžiagos gali stipriai susikoncentruoti vandenilio izotopus (dažniausiai deuterį). Jei šie izotopai būtų priversti labai arti vienas kito, teoriškai gali įvykti branduolių susijungimas ir išsiskirti branduolinė energija. Praktikoje daug eksperimentų naudojo elektrolizę su sunkiuoju vandeniu ir palladio arba kitų metalų elektrodus.

Dažniausiai pranešti reiškiniai

• Perteklinė šiluma: pranešimas, kad išsiskiria daugiau šilumos, negu tikėtina pagal įneštą energiją (tai būtų pagrindinis ekonominės reikšmės rodiklis).
• He­liumo arba kitų branduolinių produktų aptikimas: kai kurie tyrėjai teigė rado daugiau helio-4 ar tritio bei kitų izotopų nei galėtų paaiškinti chemijos procesai.
• Žemos intensyvumo neutronų ar gama spinduliuotės signalai: pastebėti netipiniai spinduliuotės signalai, tačiau jie dažnai buvo nepakankamai dideli ar nekoreliavo su šilumos kiekiu.

Kritika ir reproducibility problemos

Visuotinė mokslinė norma reikalauja, kad rezultatai būtų pakartojami nepriklausomai. Pagrindinės problemos su šalta sinteze yra:

• Labai prastai reproducible rezultatai: daug laboratorijų nerado jokio anomalus šilumos kiekio, kitos rado, bet nepakartotinai.
• Matavimo klaidos ir eksperimentiniai artefaktai: netikslūs kalorimetrijos metodai, netinkama kontrolė, kontaminacija ar klaidingas signalo interpretavimas galėjo lemti klaidingus teiginius.
• Trūksta atitinkamo branduolinių produktų profilio: jei vyksta branduolių sintezė, turėtų būti apsimokančios neutronų/gama emisijos arba branduolinių izotopų kiekiai, kurie atitiktų išskiriamą energiją; daugeliu atvejų tokio ryšio nebuvo aiškiai parodyta.

Teoriniai iššūkiai

Vienas pagrindinių mokslinių prieštaravimų – Coulomb barjero problema: teigiami protonai ir deuteronai turi elektromagnetinį atstūmimą, kurį įveikti reikia didelės energijos arba ypatingų sąlygų (pvz., aukšta temperatūra ir slėgis, kaip žvaigždėse ar termobranduolinėse reaktoriuose). Tradicinė branduolių fizika nenumato patikimo mechanizmo, kad su šiuolaikinėmis kambario sąlygomis būtų įmanoma apeiti šį barjerą taip, kad vyktų reikšminga sintezė be atitinkamų branduolinių emisijų.

Terminologija ir tyrimų dabartinė būklė

Dėl stigma ir kritikos terminas „šaltoji sintezė“ dažnai keičiamas į mažesnį nusakymą „LENR“ (angl. Low-Energy Nuclear Reactions) arba kiti variantai. Nors keli mokslininkai ir institutai vis dar atlieka tyrimus, pagrindinė fizikos bendruomenė lieka skeptiška. JAV Energetikos departamentas (DOE) ir kitos institucijos atliekant pirmuosius vertinimus 1989 m. ir vėlesnius peržiūros leidinius pateikė nuomones, kad įrodymai nėra pakankamai įtikinami, nors vėlesnės peržiūros pasiūlė, jog kai kurie anomalūs duomenys gali būti verti papildomų griežtesnių tyrimų.

Kas toliau? — tyrimų kryptys

• Griežtesnė eksperimentinė procedūra ir geresnė kalorimetrija bei kontrolinės bandos.
• Medžiagų mokslas: nanostruktūruotos medžiagos, metalų-hidro­genų sistemų savybės, paviršiaus ir kristalinės struktūros tyrimas.
• Ieškojimas patikimų branduolinių žymenų (pvz., helio-4 koreliacija su pertekliniu šilumos kiekiu) atlikus nepriklausomus ir gerai kontroliuojamus bandymus.

Saugumas ir praktinės pasekmės

Net jei tam tikriems eksperimentams pavyktų parodyti mažus branduolinių procesų požymius, iki komercinio energijos šaltinio yra labai toli. Kol kas nėra patikimų, pakartotinų įrodymų, kad šaltoji sintezė galėtų būti saugus, valdomas ir efektyvus energijos gamybos būdas. Taip pat nepatartina bandyti sudėtingų eksperimentų namų sąlygomis dėl galimų cheminės ar radiacinės rizikos ir dėl to, kad daug techninių įrengimų reikalauja specializuotoies saugos ir instrumentacijos.

Išvados

Šaltoji sintezė (LENR) išlieka ginčytina ir gruodais neišspręsta sritis: yra pavienių teiginių apie anomalų šilumos išsiskyrimą ir kitus požymius, tačiau trūksta nuoseklaus, nepriklausomai pakartojamo įrodymo, patvirtinančio, jog kalbama apie tikrą branduolinę sintezę kambario sąlygomis. Dėl to mokslinė bendruomenė išlieka skeptiška, nors mažos mokslininkų grupės ir atskiri tyrimai toliau tiria šias anomalias pranešimų sritis. Reikalingi griežti, atviri ir pakartojami eksperimentai bei aiškūs branduolinės kilmės žymenys, kad būtų galima drąsiai teigti apie šios srities pripažinimą.

Klausimai ir atsakymai

Klausimas: Kas yra šaltoji sintezė?

K: Kas vyksta branduolių sintezės metu?

Klausimas: Ar šaltoji sintezė galėtų būti būsimasis Žemės energijos šaltinis?

K: Kokios jėgos veikia branduolių sintezę?

K: Kaip veikia branduolių sintezėje dalyvaujančios jėgos?

K: Kas teigė 1989 m. sukūręs šaltąją sintezę?

K: Kodėl šiuo metu mokslininkai šaltosios sintezės nepripažįsta?

Paieška pagal raidę