Содержание
эксперименты создают энергию, которой не должно быть / Хабр
Эта область называется теперь низкоэнергетическими ядерными реакциями, и в ней могут быть достигнуты настоящие результаты – или же она может оказаться упрямой мусорной наукой
Доктор Мартин Флейшман (справа), электрохимик, и Стэнли Понс, председатель химического отдела Университета Юты, отвечают на вопросы комитета по науке и технологиям по поводу их спорной работы в области холодного синтеза, 26 апреля 1989 года.
Говард Дж. Уилк [Howard J. Wilk] – химик, специалист по синтетической органике, уже долгое время не работает по специальности и живёт в Филадельфии. Как и многие другие исследователи, работавшие в фармацевтической области, он стал жертвой сокращения НИОКР в лекарственной индустрии, происходящего в последние годы, и сейчас занимается подработками, не связанными с наукой. Обладая свободным временем, Уилк отслеживает прогресс компании из Нью-Джерси, Brilliant Light Power (BLP).
Это одна из тех компаний, что разрабатывают процессы, которые можно в общем обозначить как новые технологии добычи энергии. Это движение, по большей части, является воскрешением холодного синтеза – недолго существовавшего в 1980-х явления, связанного с получением ядерного синтеза в простом настольном электролитическом устройстве, которое учёные быстро отмели.
В 1991 году основатель BLP, Рэнделл Л. Миллс [Randell L. Mills], объявил на пресс-конференции в Ланкастере (Пенсильвания) о разработке теории, по которой электрон в водороде может переходить из обычного, основного энергетического состояния, в ранее неизвестные, более устойчивые состояния с более низкой энергией, с высвобождением огромного количества энергии. Миллс назвал этот странный новый тип сжавшегося водорода, «гидрино» [hydrino], и с тех пор работает над разработкой коммерческого устройства, собирающего эту энергию.
Уилк изучил теорию Миллса, прочёл работы и патенты, и провёл свои собственные вычисления для гидрино.
Уилк даже посетил демонстрацию на территории BLP в Крэнбюри, Нью-Джерси, где обсудил гидрино с Миллсом. После этого Уилк всё ещё не может решить, является ли Миллс нереальным гением, бредящим учёным, или чем-то средним.
История началась в 1989 году, когда электрохимики Мартин Флейшман и Стэнли Понс сделали удивительное заявление на пресс-конференции Университета Юты о том, что они приручили энергию ядерного синтеза в электролитической ячейке.
Когда исследователи подавали электрический ток на ячейку, по их мнению, атомы дейтерия из тяжёлой воды, проникшие в палладиевый катод, вступали в реакцию синтеза и порождали атомы гелия. Избыточная энергия процесса превращалась в тепло. Флейшман и Понс утверждали, что этот процесс не может быть результатом ни одной известной химической реакции, и присовокупили к нему термин «холодный синтез».
После многих месяцев расследования их загадочных наблюдений, однако, научное сообщество пришло к соглашению о том, что эффект был нестабильным, или вообще отсутствовал, и что в эксперименте были допущены ошибки.
Исследование забраковали, а холодный синтез стал синонимом мусорной науки.
Холодный синтез и производство гидрино – это святой Грааль для добычи бесконечной, дешёвой и экологически чистой энергии. Учёных холодный синтез разочаровал. Они хотели в него поверить, но их коллективный разум решил, что это было ошибкой. Частью проблемы было отсутствие общепринятой теории для объяснения предложенного явления – как говорят физики, нельзя верить эксперименту, пока он не подтверждён теорией.
У Миллса есть своя теория, но многие учёные не верят ей и считают гидрино маловероятным. Сообщество отвергло холодный синтез и игнорировало Миллса и его работу. Миллс поступал так же, стараясь не попадать в тень холодного синтеза.
А в это время область холодного синтеза поменяла имя на низкоэнергетические ядерные реакции (НЭЯР) [low-energy nuclear reactions, LENR], и существует дальше. Некоторые учёные продолжают попытки объяснить эффект Флейшмана-Понса. Другие отвергли ядерный синтез, но исследуют другие возможные процессы, способные объяснить избыточное тепло.
Как и Миллс, их привлекли потенциальные возможности коммерческого применения. В основном их интересует добыча энергии для индустриальных нужд, домашних хозяйств и транспорта.
У небольшого числа компаний, созданных в попытках вывести новые энергетические технологии на рынок, бизнес-модели похожи на модели любого технологического стартапа: определить новую технологию, попытаться запатентовать идею, вызвать интерес инвесторов, получить финансирование, построить прототипы, провести демонстрацию, объявить даты поступления рабочих устройств в продажу. Но в новом энергетическом мире нарушение сроков – это норма. Никто пока ещё не совершил последнего шага с демонстрацией рабочего устройства.
Новая теория
Миллс вырос на ферме в Пенсильвании, получил диплом химика в колледже Франклина и Маршала, учёную степень по медицине в Гарвардском университете, и изучал электротехнику в Массачусетском технологическом институте. Будучи студентом, он начал разрабатывать теорию, которую он назвал «Большой объединённой теорией классической физики», которая, по его словам, основана на классической физике и предлагает новую модель атомов и молекул, отходящую от основ квантовой физики.
Принято считать, что единственный электрон водорода шныряет вокруг его ядра, находясь на наиболее приемлемой орбите основного состояния. Просто невозможно придвинуть электрон водорода ближе к ядру. Но Миллс утверждает, что это возможно.
Эрик Баард, журналист, писавший о Миллсе, отметил однажды, как шокирующе выглядит мысль о спорности модели водорода: «рассказывать физикам, что они ошибались, это всё равно, как рассказывать американским матерям, что они неправильно поняли яблочный пирог».
Один из физиков – Андреа Ратке [Andreas Rathke], бывший научный сотрудник в Европейском космическом агентстве, про которого на сайте агентства сказано, что он «разоблачил большое количество чокнутых». В 2005 году Ратке проанализировал теорию Миллса и опубликовал работу, в которой указал, что теория эта ошибочна и несовместима со всем, что известно физикам (New J. Phys. 2005, DOI: 10.1088/1367-2630/7/1/127).
Сейчас он работает исследователем в Airbus Defence & Space, и говорит, что не отслеживал деятельность Миллса с 2007 года, поскольку в экспериментах не наблюдалось однозначных признаков избыточной энергии.
«Сомневаюсь, что какие-либо более поздние эксперименты прошли научный отбор», сказал Ратке.
«Думаю, что в целом признано, что теория доктора Миллса, выдвинутая им в качестве основы его заявлений, противоречива и не способна выдавать предсказания,- продолжает Ратке. – Можно было бы спросить, ‘Могли ли мы так удачно наткнуться на источник энергии, который просто работает, следуя неверному теоретическому подходу?’ ».
В 1990-х несколько исследователей, включая команду из Исследовательского центра Льюиса, независимо друг от друга сообщили о воспроизведении подхода Миллса и получении избыточного тепла. Команда НАСА в отчёте написала, что «результаты далеки от убедительных», и ничего не говорила про гидрино.
Исследователи предлагали возможные электрохимические процессы для объяснения тепла, включая неравномерность электрохимической ячейки, неизвестные экзотермические химические реакции, рекомбинацию разделённых атомов водорода и кислорода в воде. Те же аргументы приводили и критики экспериментов Флейшмана-Понса.
Но команда из НАСА уточнила, что исследователи не должны отбрасывать это явление, просто на случай, если Миллс на что-то наткнулся.
Миллс очень быстро говорит, и способен вечно рассказывать о технических деталях. Кроме предсказания гидрино, Миллс утверждает, что его теория может идеально предсказать местоположение любого электрона в молекуле, используя специальный софт для моделирования молекул, и даже в таких сложных молекулах, как ДНК. С использованием стандартной квантовой теории учёным тяжело предсказать точное поведение чего-либо более сложного, чем атом водорода. Также Миллс утверждает, что его теория объясняет явление расширения Вселенной с ускорением, которое космологи ещё не до конца раскусили.
Кроме того, Миллс говорит, что гидрино появляются при сжигании водорода в звёздах, таких, как наше Солнце, и что их можно обнаружить в спектре звёздного света. Водород считается самым распространённым элементом во вселенной, но Миллс утверждает, что гидрино – это и есть тёмная материя, которую не могут найти во Вселенной.
Астрофизики с удивлением воспринимают такие предположения: «Я никогда не слышал о гидрино», говорит Эдвард Колб [Edward W. (Rocky) Kolb] из Чикагского университета, эксперт по тёмной вселенной.
Миллс сообщил об успешной изоляции и описании гидрино при помощи стандартных спектроскопических методов, таких, как инфракрасный, рамановский, и спектроскопия ядерно-магнитного резонанса. Кроме того, по его словам, гидрино могут вступать в реакции, приводящие к появлению новых типов материалов с «удивительными свойствами». Сюда входят проводники, которые, по словам Миллса, произведут революцию в мире электронных устройств и аккумуляторов.
И хотя его заявления противоречат общественному мнению, идеи Миллса кажутся не такими экзотическими по сравнению с другими необычными компонентами Вселенной. К примеру, мюоний – известная короткоживущая экзотическая сущность, состоящая из антимюона (положительно заряженной частицы, похожей на электрон) и электрона. Химически мюоний ведёт себя как изотоп водорода, но при этом в девять раз его легче.
SunCell, гидриновая топливная ячейка
Вне зависимости от того, в каком месте шкалы правдоподобности располагаются гидрино, Миллс уже десять лет назад рассказывал, что BLP уже продвинулась за пределы научного подтверждения, и её интересует лишь коммерческая сторона вопроса. С годами BLP собрала более $110 млн инвестиций.
Подход BLP к созданию гидрино проявлялся по-разному. В ранних прототипах Миллс с командой использовали вольфрам или никелевые электроды с электролитическим раствором лития или калия. Подводимый ток расщеплял воду на водород и кислород, и при нужных условиях литий или калий играли роль катализатора для поглощения энергии и коллапса электронной орбиты водорода. Энергия, возникающая при переходе из основного атомного состояния в состояние с более низкой энергией, выделялась в виде яркой высокотемпературной плазмы. Связанное с ней тепло затем использовалось для создания пара и питания электрогенератора.
Сейчас в BLP тестируют устройство SunCell, в котором водород (из воды) и оксид-катализатор подаются в сферический углеродный реактор с двумя потоками расплавленного серебра.
Электрический ток, подаваемый на серебро, запускает плазменную реакцию с формированием гидрино. Энергия реактора улавливается углеродом, работающим в качестве «радиатора чёрного тела». Когда он раскаляется до тысяч градусов, то испускает энергию в виде видимого света, улавливаемого фотовольтаическими ячейками, преобразующими свет в электричество.
Касательно коммерческих разработок Миллс иногда выглядит, как параноик, а иногда – как практичный бизнесмен. Он зарегистрировал торговую марку «Hydrino». И поскольку его патенты заявляют об изобретении гидрино, BLP заявляют об интеллектуальной собственности на исследования гидрино. В связи с этим BLP запрещает другим экспериментаторам проводить даже базовые исследования гидрино, которые могут подтвердить или опровергнуть их существование, без предварительного подписания соглашения об интеллектуальной собственности. «Мы приглашаем исследователей, мы хотим, чтобы другие занимались этим,- говорит Миллс. – Но нам необходимо защищать нашу технологию».
Вместо этого Миллс назначил уполномоченных валидаторов, утверждающих, что могут подтвердить работоспособность изобретений BLP. Один из них – электротехник из Бакнеллского университета, профессор Питер М. Дженсон [Peter M. Jansson], которому платят за оценку технологии BLP через его консалтинговую компанию Integrated Systems. Дженсон утверждает, что компенсация его времени «никаким образом не влияет на мои выводы как независимого исследователя научных открытий». Он добавляет, что «опроверг большую часть открытий», которые он изучал.
«Учёные из BLP занимаются настоящей наукой, и пока я не нашёл никаких ошибок в их методах и подходах,- говорит Дженсон. – С годами я видел много устройств в BLP, явно способных производить избыточную энергию в осмысленных количествах. Думаю, что научной общественности понадобится некоторое время для того, чтобы принять и переварить возможность существования низкоэнергетических состояний водорода. По моему мнению, работа доктора Миллса неоспорима».
Дженсон добавляет, что BLP сталкивается со сложностями в коммерческом применении технологии, но препятствия носят деловой, а не научный характер.
А пока BLP провела несколько демонстраций своих новых прототипов для инвесторов с 2014 года, и опубликовала видеоролики на своём сайте. Но эти события не дают чётких доказательств того, что SunCell действительно работает.
В июле, после одной из демонстраций, компания объявила, что оценочная стоимость энергии из SunCell настолько мала – от 1% до 10% любой другой известной формы энергии – что компания «собирается предоставить автономные индивидуальные источники питания практически для всех стационарных и мобильных приложений, не привязанных к энергосети или топливным источникам энергии». Иначе говоря, компания планирует построить и выдавать в лизинг SunCells или другие устройства потребителям, взимая ежедневную плату, и позволяя им отвязываться от энергосетей и перестать покупать бензин или соляру, при этом расходуя в разы меньше денег.
«Это конец эры огня, двигателя внутреннего сгорания и централизованных систем подачи энергии,- говорит Миллс. – Наша технология сделает все остальные виды энергетических технологий устаревшими. Проблемы изменения климата будут решены». Он добавляет, что, судя по всему, BLP может начать выпуск продукции, для начала станций мощностью в МВт, к концу 2017 года.
Что в имени?
Несмотря на неопределённость, окружающую Миллса и BLP, их история – лишь часть общей саги о новой энергии. Когда после первоначального заявления Флейшмана-Понса улеглась пыль, два исследователя занялись изучением того, что правильно, а что нет. К ним присоединились десятки соавторов и независимых исследователей.
Многие из этих учёных и инженеров, часто работавших на собственные средства, интересовались не столько коммерческими возможностями, сколько наукой: электрохимией, металлургией, калориметрией, масс-спектрометрией, и ядерной диагностикой. Они продолжали ставить эксперименты, выдававшие избыточное тепло, определяемое как количество энергии, выдаваемое системой, по отношению к энергии, необходимой для её работы.
В некоторых случаях сообщалось о ядерных аномалиях, таких, как появлении нейтрино, α-частиц (ядер гелия), изотопах атомов и трансмутациях одних элементов в другие.
Но в конечном итоге большинство исследователей ищут объяснение происходящему, и были бы счастливы, даже если бы скромное количество тепла оказалось бы полезным.
«НЭЯР находятся в экспериментальной фазе, и теоретически пока не поняты», говорит Дэвид Нагель [David J. Nagel], профессор по электротехнике и информатике в Университете им. Джорджа Вашингтона, и бывший менеджер по исследованиям в Исследовательской лаборатории морфлота. «Некоторые результаты просто необъяснимы. Назовите это холодным синтезом, низкоэнергетическими ядерными реакциями, или как-то ещё – имён достаточно – мы всё равно ничего не знаем об этом. Но нет сомнений, что ядерные реакции можно запускать при помощи химической энергии».
Нагель предпочитает называть явление НЭЯР «решёточными ядерными реакциями», поскольку явление происходит в кристаллических решётках электрода.
Изначальное ответвление этой области концентрируется на внедрении дейтерия в палладиевый электрод при помощи подачи большой энергии, поясняет Нагель. Исследователи сообщали, что такие электрохимические системы могут выдавать вплоть до 25 раз больше энергии, чем потребляют.
Другое основное ответвление области использует сочетания никеля и водорода, которое выдаёт до 400 раз больше энергии, чем потребляет. Нагель любит сравнивать эти НЭЯР-технологии с экспериментальным международным термоядерным реактором, основанным на хорошо известной физике – слиянии дейтерия и трития – который строят на юге Франции. Стоимость этого 20-летнего проекта составляет $20 млрд, и его цель в производстве энергии, превышающей потребляемую в 10 раз.
Нагель говорит, что область НЭЯР повсеместно растёт, и главные препятствия – это недостаток финансирования и нестабильные результаты. К примеру, некоторые исследователи сообщают, что для запуска реакции необходимо достичь некоего порогового значения. Она может потребовать минимального количества дейтерия или водорода для запуска, или же электроды необходимо подготовить, придав им кристаллографическую ориентацию и поверхностную морфологию.
Последнее требование – обычное для гетерогенных катализаторов, используемых при очистке бензина и на нефтехимических производствах.
Нагель признаёт, что у коммерческой стороны НЭЯР тоже есть проблемы. Разрабатываемые прототипы, по его словам, «довольно грубые», и пока ещё не появилось компании, продемонстрировавшей работающий прототип или заработавшей на этом деньги.
E-Cat от Росси
Одна из ярких попыток поставить НЭЯР на коммерческие рельсы была сделана инженеромАндреа Росси из компании Leonardo Corp, находящейся в Майами. В 2011 году Росси с коллегами объявили на пресс-конференции в Италии о постройке настольного реактора «Энергетический катализатор» [Energy Catalyzer], или E-Cat, производящего избыточную энергию в процессе, где катализатором служит никель. Для обоснования изобретения Росси демонстрировал E-Cat потенциальным инвесторам и СМИ, и назначал независимые проверки.
Росси утверждает, что в его E-Cat происходит самоподдерживающийся процесс, в котором входящий электрический ток запускает синтез водорода и лития в присутствии порошковой смеси никеля, лития и алюмогидрида лития, в результате которого появляется изотоп бериллия.
Короткоживущий бериллий распадается на две α-частицы, а избыточная энергия выделяется в виде тепла. Часть никеля превращается в медь. Росси говорит об отсутствии как отходов так и излучения вне аппарата.
Анонс Росси вызвал у учёных то же неприятное чувство, что и холодный синтез. Росси вызывает у многих людей недоверие из-за своего спорного прошлого. В Италии его обвинили в мошенничестве из-за его предыдущих деловых махинаций. Росси говорит, что эти обвинения остались в прошлом и не хочет обсуждать их. Также у него однажды был контракт на создание тепловых установок для ВС США, но поставленные им устройства не работали по спецификациям.
В 2012 году Росси объявил о создании системы мощностью в 1 МВт, пригодной для отопления больших зданий. Также он предполагал, что к 2013 году у него уже будет фабрика, ежегодно производящая миллион установок мощностью в 10 кВт и размером с ноутбук, предназначенных для домашнего использования. Но ни фабрики, ни этих устройств так и не случилось.
В 2014 году Росси продал технологию по лицензии компании Industrial Heat, открытой инвестиционной конторой Cherokee, занимающейся покупкой недвижимости и очищающей старые промзоны для новой застройки. В 2015 году генеральный директор Cherokee, Том Дарден [Tom Darden], по образованию юрист и специалист по окружающей среде, назвал Industrial Heat «источником финансирования для изобретателей НЭЯР».
Дарден говорит, что Cherokee запустила Industrial Heat, поскольку в инвестиционной компании верят, что технология НЭЯР достойна исследований. «Мы были готовы ошибаться, мы готовы были вложить время и ресурсы, чтобы узнать, может ли эта область оказаться полезной в нашей миссии по предотвращению загрязнения [окружающей среды]», говорит он.
А в это время Industrial Heat и Leonardo поругались, и теперь судятся друг с другом по поводу нарушений соглашения. Росси получил бы $100 млн, если бы годовой тест его системы мощностью в 1 МВт оказался успешным. Росси говорит, что тест закончен, но в Industrial Heat так не считают, и опасаются, что устройство не работает.
Нагель говорит, что E-Cat привнёс в область НЭЯР энтузиазм и надежду. В 2012 году он утверждал, что, по его мнению, Росси не был мошенником, «но мне не нравятся некоторые его подходы к тестированию». Нагель считал, что Росси должен был действовать более аккуратно и прозрачно. Но в то время Нагель сам считал, что устройства на принципе НЭЯР появятся в продаже к 2013 году.
Росси продолжает исследования и объявил о разработках других прототипов. Но он мало что рассказывает о своей работе. Он говорит, что устройства мощностью в 1 МВт уже находятся в производстве, и он получил «необходимые сертификаты» для их продажи. Домашние устройства, по его словам, пока ещё ожидают сертификации.
Нагель говорит, что после спада радостного настроения, связанного с объявлениями Росси, к НЭЯР вернулся статус-кво. Доступность коммерческих генераторов НЭЯР отодвинулась на несколько лет. И даже если устройство выдержит проблемы воспроизводимости и будет полезным, его разработчикам предстоит жестокая битва с регуляторами и принятием его пользователями.
Но он сохраняет оптимизм. «НЭЯР могут стать коммерчески доступными ещё до их полного понимания, как было с рентгеном», говорит он. Он уже оборудовал лабораторию в Университете им. Джорджа Вашингтона для новых экспериментов с никелем и водородом.
Научные наследия
Многие исследователи, продолжающие работать над НЭЯР – это уже состоявшиеся учёные на пенсии. Для них это непросто, поскольку годами их работы возвращали непросмотренными из мейнстримовых журналов, а их предложения о докладах на научных конференциях не принимали. Они всё сильнее волнуются по поводу статуса этой области исследований, поскольку их время истекает. Им хочется либо зафиксировать своё наследие в научной истории НЭЯР, либо хотя бы успокоиться тем, что их инстинкты их не подвели.
«Очень неудачно вышло, когда холодный синтез впервые был опубликован в 1989 году как новый источник энергии синтеза, а не просто как некая новая научная диковина», говорит электрохимик Мелвин Майлс [Melvin H.
Miles]. «Возможно, исследования могли бы идти как обычно, с более аккуратным и точным изучением».
Бывший исследователь в Центре воздушно-морских исследований на базе Чайна Лейк, Майлс иногда работал с Флейшманом, умершим в 2012 году. Майлс считает, что Флейшман и Понс были правы. Но и сегодня он не знает, как можно сделать коммерческий источник энергии для системы из палладия и дейтерия, несмотря на множество экспериментов, в ходе которых было получено избыточное тепло, коррелирующее с получением гелия.
«Зачем кто-то будет продолжать исследования или интересоваться темой, которую 27 лет назад объявили ошибкой? – спрашивает Майлс. – Я убеждён, что холодный синтез когда-нибудь признают ещё одним важным открытием, которое долго принимали, и появится теоретическая платформа, объясняющая результаты экспериментов».
Ядерный физик Людвик Ковальский, почётный профессор из Монтклэрского государственного университета соглашается, что холодный синтез стал жертвой неудачного старта.
«Я достаточно стар, чтобы помнить эффект, произведённый первым объявлением на научное сообщество и на общественность», говорит Ковальский. Временами он сотрудничал с исследователями НЭЯР, «но мои три попытки подтвердить сенсационные заявления были неудачными».
Ковальский считает, что первый позор, заработанный исследованием, вылился в бОльшую проблему, неподобающую для научного метода. Справедливы или нет исследователи НЭЯР, Ковальский всё ещё считает, что стоит докопаться до чёткого вердикта «да» или «нет». Но его не найти до тех пор, пока исследователей холодного синтеза считают «эксцентричными псевдоучёными», говорит Ковальский. «Прогресс невозможен, и никто не выигрывает от того, что результаты честных исследований не публикуются, и никто не проверяет их независимо в других лабораториях».
Время покажет
Даже если Ковальский получит однозначный ответ на свой вопрос и заявления исследователей НЭЯР подтвердятся, дорога к коммерциализации технологии будет полна препятствий.
Многие стартапы, даже с надёжной технологией, проваливаются по причинам, не связанным с наукой: капитализация, движение ликвидности, стоимость, производство, страховка, неконкурентноспособные цены, и т.п.
Возьмём, к примеру, Sun Catalytix. Компания вышла из MIT при поддержке твёрдой науки, но пала жертвой коммерческих атак до того, как вышла на рынок. Она была создана для коммерциализации искусственного фотосинтеза, разработанного химиком Дэниелом Носерой [Daniel G. Nocera], работающим ныне в Гарварде, для эффективного преобразования воды в водородное топливо при помощи солнечного света и недорогого катализатора.
Носера мечтал, что полученный таким образом водород сможет питать простые топливные ячейки и давать энергию домам и деревням в отсталых регионах мира, не имеющих доступа к энергосетям, и давая им возможность наслаждаться современными удобствами, улучшающими уровень жизни. Но на разработку потребовалось гораздо больше денег и времени, чем казалось сначала. Через четыре года Sun Catalytix бросила попытки коммерциализации технологии, занялась изготовлением потоковых батарей, и потом в 2014 году её купила Lockheed Martin.
Неизвестно, тормозят ли развитие компаний, занимающихся НЭЯР, такие же препятствия. К примеру, Уилк, органический химик, следивший за прогрессом Миллса, озабочен желанием понять, основаны ли попытки коммерциализации BLP на чем-то реальном. Ему просто нужно знать, существует ли гидрино.
В 2014 Уилк спросил Миллса, изолировал ли тот гидрино, и хотя Миллс уже писал в работах и патентах, что ему это удалось, он ответил, что такого ещё не было, и что это было бы «очень большой задачей». Но Уилку кажется иное. Если процесс создаёт литры гидринного газа, это должно быть очевидным. «Покажите нам гидрино!», требует Уилк.
Уилк говорит, что мир Миллса, и вместе с ним мир других людей, занимающихся НЭЯР, напоминает ему один из парадоксов Зенона, который говорит об иллюзорности движения. «Каждый год они преодолевают половину расстояния до коммерциализации, но доберутся ли они до неё когда-нибудь?». Уилк придумал четыре объяснения для BLP: расчёты Миллса верны; это мошенничество; это плохая наука; это патологическая наука, как называл её нобелевский лауреат по физике Ирвинг Ленгмюр.
Ленгмюр изобрёл этот термин более 50 лет назад для описания психологического процесса, в котором учёный подсознательно отдаляется от научного метода и так погружается в своё занятие, что вырабатывает невозможность объективно смотреть на вещи и видеть, что реально, а что нет. Патологическая наука – это «наука о вещах, не таких, какими они кажутся», говорил Ленгмюр. В некоторых случаях она развивается в таких областях, как холодный синтез/НЭЯР, и никак не сдаётся, несмотря на то, что признаётся ложной большинством учёных.
«Надеюсь, что они правы», говорит Уилк про Миллса и BLP. «В самом деле. Я не хочу их опровергать, я просто ищу истину». Но если бы «свиньи умели летать», как говорит Уилкс, он бы принял их данные, теорию и другие предсказания, следующие из неё. Но он никогда не был верующим. «Думаю, если бы гидрино существовали, их бы обнаружили в других лабораториях или в природе много лет назад».
Все обсуждения холодного синтеза и НЭЯР заканчиваются именно так: они всегда приходят к тому, что никто не выпустил на рынок работающего устройства, и ни один из прототипов в ближайшем будущем нельзя будет поставить на коммерческие рельсы.
Так что время будет последним судьёй.
Холодный синтез: миф и реальность
Алексей Левин
«Популярная механика» №8, 2011
23 марта 1989 года Университет Юты сообщил в пресс-релизе, что «двое ученых запустили самоподдерживающуюся реакцию ядерного синтеза при комнатной температуре». Президент университета Чейз Петерсон заявил, что это эпохальное достижение сравнимо лишь с овладением огнем, открытием электричества и окультуриванием растений. Законодатели штата срочно выделили $5 млн на учреждение Национального института холодного синтеза, а университет запросил у Конгресса США еще 25 млн. Так начался один из самых громких научных скандалов XX века. Печать и телевидение мгновенно разнесли новость по миру.
Ученые, сделавшие сенсационное заявление, вроде бы имели солидную репутацию и вполне заслуживали доверия. Переселившийся в США из Великобритании член Королевского общества и экс-президент Международного общества электрохимиков Мартин Флейшман обладал международной известностью, заработанной участием в открытии поверхностно-усиленного рамановского рассеяния света.
Соавтор открытия Стэнли Понс возглавлял химический факультет Университета Юты.
Источник дешевой энергии
Флейшман и Понс утверждали, что они заставили ядра дейтерия сливаться друг с другом при обычных температурах и давлениях. Их «реактор холодного синтеза» представлял собой калориметр с водным раствором соли, через который пропускали электрический ток. Правда, вода была не простой, а тяжелой, D2O, катод был сделан из палладия, а в состав растворенной соли входили литий и дейтерий. Через раствор месяцами безостановочно пропускали постоянный ток, так что на аноде выделялся кислород, а на катоде — тяжелый водород. Флейшман и Понс якобы обнаружили, что температура электролита периодически возрастала на десятки градусов, а иногда и больше, хотя источник питания давал стабильную мощность. Они объяснили это поступлением внутриядерной энергии, выделяющейся при слиянии ядер дейтерия.
Палладий обладает уникальной способностью к поглощению водорода. Флейшман и Понс уверовали, что внутри кристаллической решетки этого металла атомы дейтерия столь сильно сближаются, что их ядра сливаются в ядра основного изотопа гелия.
Этот процесс идет с выделением энергии, которая, согласно их гипотезе, нагревала электролит. Объяснение подкупало простотой и вполне убеждало политиков, журналистов и даже химиков.
Физики вносят ясность
Однако физики-ядерщики и специалисты по физике плазмы не спешили бить в литавры. Они-то прекрасно знали, что два дейтрона в принципе могут дать начало ядру гелия-4 и высокоэнергичному гамма-кванту, но шансы подобного исхода крайне малы. Даже если дейтроны вступают в ядерную реакцию, она почти наверняка завершается рождением ядра трития и протона или же возникновением нейтрона и ядра гелия-3, причем вероятности этих превращений примерно одинаковы. Если внутри палладия действительно идет ядерный синтез, то он должен порождать большое число нейтронов вполне определенной энергии (около 2,45 МэВ). Их нетрудно обнаружить либо непосредственно (с помощью нейтронных детекторов), либо косвенно (поскольку при столкновении такого нейтрона с ядром тяжелого водорода должен возникнуть гамма-квант с энергией 2,22 МэВ, который опять-таки поддается регистрации).
В общем, гипотезу Флейшмана и Понса можно было бы подтвердить с помощью стандартной радиометрической аппаратуры.
Однако из этого ничего не вышло. Флейшман использовал связи на родине и убедил сотрудников британского ядерного центра в Харуэлле проверить его «реактор» на предмет генерации нейтронов. Харуэлл располагал сверхчувствительными детекторами этих частиц, но они не показали ничего! Поиск гамма-лучей соответствующей энергии тоже обернулся неудачей. К такому же заключению пришли и физики из Университета Юты. Сотрудники Массачусетского технологического института попытались воспроизвести эксперименты Флейшмана и Понса, но опять же безрезультатно. Поэтому не стоит удивляться, что заявка на великое открытие подверглась сокрушительному разгрому на конференции Американского физического общества (АФО), которая состоялась в Балтиморе 1 мая того же года.
Sic transit gloria mundi
От этого удара Понс и Флейшман уже не оправились. В газете New York Times появилась разгромная статья, а к концу мая научное сообщество пришло к выводу, что претензии химиков из Юты — либо проявление крайней некомпетентности, либо элементарное жульничество.
Но имелись и диссиденты, даже среди научной элиты. Эксцентричный нобелевский лауреат Джулиан Швингер, один из создателей квантовой электродинамики, настолько уверовал в открытие химиков из Солт-Лейк-Сити, что в знак протеста аннулировал свое членство в АФО.
Тем не менее, академическая карьера Флейшмана и Понса завершилась — быстро и бесславно. В 1992 году они ушли из Университета Юты и на японские деньги продолжали свои работы во Франции, пока не лишились и этого финансирования. Флейшман возвратился в Англию, где живет на пенсии. Понс отказался от американского гражданства и поселился во Франции.
Холодный синтез — Простая англоязычная Википедия, свободная энциклопедия
Из простой английской Википедии, бесплатной энциклопедии
Холодный синтез — это ядерный синтез при комнатной температуре и нормальном давлении. Ядерный синтез — это то, как многие ядра, центр атома, содержащие протоны и нейтроны, вынуждены вместе образовывать более тяжелое ядро (единственное число ядер), и во время этого процесса высвобождается энергия.
Некоторые ученые надеются, что это может быть будущий источник энергии Земли, но большинство ученых не согласны с этим.
Схема эксперимента с электролизером.
Для ядерного синтеза требуется большое количество энергии. С этой энергией атомы сталкиваются вместе, которые отталкиваются электростатической силой (силой между протонами, которые являются частицами в ядре атома и имеют положительный электрический заряд). Но как только эта сила будет преодолена и ядра будут сдвинуты достаточно близко друг к другу, возобладает другая, гораздо более мощная сила: сильное ядерное взаимодействие. Он работает только на коротких расстояниях, поэтому, когда ядра находятся достаточно близко, они притягиваются друг к другу из-за сильного ядерного взаимодействия, которое сильнее, чем электростатическое взаимодействие. Есть надежда, что энергия, выделяемая при холодном синтезе, намного больше, чем энергия, используемая для сближения атомов.
В 1989 году двое ученых, Стэнли Понс и Мартин Флейшманн, опубликовали статью в Nature , важном научном журнале, в которой утверждалось, что они создали холодный синтез.
В то время это была очень важная история. Другие ученые не смогли повторить свои эксперименты. Вот почему холодный синтез в настоящее время не принимается учеными. Несколько десятков ученых все еще работают над исследованиями в области холодного синтеза. Они регулярно публикуются в рецензируемых журналах и других академических источниках, но большинство из них не убеждены.
- Барнхарт и др. (2009 г.) «Технологический прогноз: всемирные исследования в области низкоэнергетических ядерных реакций, которые расширяются и получают признание», Отчет об анализе обороны DIA-08-0911-003, Разведывательное управление Министерства обороны США
- Марван, Ян и Кривит, Стивен Б., ред., Справочник по низкоэнергетическим ядерным реакциям (American Chemical Society/Oxford University Press, 2008; ISBN 978-0-8412-6966-8)
- Китамура, А. и др. (2009) «Аномальные эффекты при зарядке порошков Pd изотопами водорода высокой плотности» Physics Letters A 373 (35):3109-12 doi:10.
1016/j.physleta.2009.06.061 - Ким Ю.Е. (2009) «Теория механизма конденсации Бозе-Эйнштейна для индуцированных дейтроном ядерных реакций в металлических зернах и частицах микро- и наноразмера», [ постоянная мертвая ссылка ] Naturwissenschaften 96 (7): 803- 11.
- Шпак С., Мосье-Босс П.А., Гордон Ф.Е. (2007) «Дополнительные доказательства ядерных реакций в решетке Pd-D: испускание заряженных частиц» [ постоянная мертвая ссылка ] Naturwissenschaften , vol. 94 стр. 511–514.
1016/j.physleta.2009.06.061Холодный синтез остается труднодостижимым, но эти ученые могут возобновить квест
Исследователи используют эту настольную установку для изучения процессов синтеза при относительно низких энергиях в рамках финансируемой Google переоценки так называемого холодного синтеза. Частицы внутри аппарата имеют энергию, равную температуре выше 18 миллионов градусов по Фаренгейту. Хотя это звучит жарко, это намного «холоднее», чем обычные условия термоядерного синтеза.
Фотография Мэрилин Чанг/Национальная лаборатория Лоуренса Беркли
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Тридцать лет назад пара химиков попала в заголовки газет по всему миру, заявив, что они достигли «холодного синтеза»: производства энергии с использованием той же ядерной реакции, что и солнце, но при комнатной температуре. В случае подтверждения это открытие могло бы за одну ночь изменить глобальный энергетический ландшафт, но выводы химиков не удалось воспроизвести.
Попытки запустить холодный синтез, быстро названные мейнстримной физикой безнадежным делом, теперь снова накаляются благодаря скрытным усилиям американского технологического гиганта Google.
В обзорной статье, опубликованной в журнале Nature в понедельник, американские и канадские исследователи, финансируемые Google, публично обнародовали свои усилия по переоценке холодного синтеза. Как и многие другие сторонние исследователи, команда Google не нашла доказательств феномена, описанного изначально.
Однако с 2015 года их усилия привели к появлению трех препринтов и 10 рецензируемых публикаций, включая последний обзор, которые предлагают новое понимание ключевых материалов и улучшают методы измерения при высоких температурах и давлениях.
Имея в руках эти достижения, команда говорит, что есть еще много фундаментальных научных работ, которые, вероятно, не были проведены из-за их связи с холодным синтезом.
«Вот почему мы вмешались, [и] на самом деле это работа, которую мы продолжаем делать», — говорит член команды Йет-Минг Чанг, материаловед из Массачусетского технологического института. «Этот проект никоим образом не завершен. Есть много текущей работы, в которой мы заинтересованы».
Хотя работа может вызвать удивление, Google осознавал риски. Двое соавторов обзора, инженеры Google Росс Конингштейн и Дэвид Форк, утверждают, что для внедрения значимых инноваций в энергетическом секторе 70 % финансирования исследований должно направляться на основные технологии, 20 % — на передовые исследования и 10 % — на передовые исследования.
процентов должны поддерживать идеи с высокой степенью риска, которые могут сработать, например, холодный синтез.
Независимо от того, приведут ли их эксперименты к энергетическому прорыву, исследовательская группа надеется, что они обеспечили прикрытие для молодых исследователей и государственных финансирующих организаций, чтобы они непредвзято переосмыслили эту область науки.
«Время для этого очень удачное», — говорит ведущий автор Кертис Берлингетт, химик из Университета Британской Колумбии. «Я просто очень рад показать молодому поколению ученых, что рисковать — это нормально — делать дальние шаги».
Разжигание споров
Ядерный синтез происходит, когда пары легких ядер сливаются вместе, чтобы сформировать ядро с более легкой массой, высвобождая огромное количество энергии, как описано в знаменитом уравнении Эйнштейна E = mc 2 . Внутри Солнца атомы водорода сливаются, производя гелий и энергию. В случае успешного использования на Земле термоядерный синтез может обеспечить человечество обильной энергией без выбросов, что станет огромным благом для усилий по борьбе с изменением климата.
(В качестве побочного продукта термоядерный синтез на Земле также может помочь решить глобальную нехватку гелия.)
Но заставить термоядерный синтез работать на Земле сложно, так как трудно соединить два ядра достаточно близко, чтобы их можно было соединить; атомные ядра заряжены положительно, поэтому они яростно отталкиваются друг от друга, это препятствие известно как кулоновский барьер. Преодоление этого барьера и реализация термоядерной мощности возможны при высоких плотностях и температурах, если ядра удерживаются в течение достаточно длительного времени. Но для достижения этих условий ученым, похоже, нужны большие, дорогие машины и огромная начальная мощность. Внутренняя часть ИТЭР, термоядерного реактора, строящегося во Франции, должна будет нагреться до 270 миллионов градусов по Фаренгейту, чтобы зажечь термоядерный синтез — в целых десять раз горячее, чем в ядре Солнца.
«То, что природа делает с огромной силой гравитации в солнечном ядре, — это то, что человечество пыталось сделать в контролируемых условиях в лаборатории», — говорит физик Амитава Бхаттачарджи, главный теоретик Принстонской лаборатории физики плазмы, одного из ведущие исследовательские группы в области термоядерного синтеза в США
«Последние 60 лет мы занимались этим, и я думаю, что прогресс был огромным», — добавляет он.
«Но перед нами по-прежнему стоит задача сделать термоядерную энергию недорого доступной для людей».
Но что, если искусно структурированные материалы могли каким-то образом снизить энергию, необходимую для термоядерного синтеза? Этого, по мнению химиков Мартина Флейшманна и Стэнли Понса из Университета штата Юта, они достигли. Дуэт провел электричество через стержень из палладия в так называемой тяжелой воде, форме воды, в которой атомы водорода заменены более тяжелым родственным водороду дейтерием.
На пресс-конференции 23 марта 1989 года Флейшманн и Понс объявили, что их установка выделяет в сотни раз больше тепла, чем может объяснить химия. Их интерпретация: ядра дейтерия внутри палладия сливались. Эта новость попала в заголовки газет по всему миру. Были ли энергетические проблемы человечества решены раз и навсегда?
«Это очень взволновало нас [физиков], — говорит Бхаттачарджи. «Представьте, если бы это было правдой, как это было бы прекрасно, как это было бы просто.
Это было бы мечтой многих людей».
См. оригинальную пресс-конференцию по «холодному синтезу»
23 марта 1989 года химики из Университета Юты Мартин Флейшманн и Стэнли Понс объявили миру о своем устройстве для «холодного синтеза», что вызвало бурю научных возражений.
Но у многих восторг быстро сменился скептицизмом. Ранние попытки извне воспроизвести результаты не привели к выделению огромного количества тепла, и при этом установка не произвела много нейтронов высокой энергии, характерных для обычного ядерного синтеза.
«В марте 1989 года все ухватились за эту тему, даже серьезные физики-ядерщики (вроде меня)», — пишет Ханс-Стефан Бош, руководитель эксперимента Вендельштейна 7-X в Институте физики плазмы имени Макса Планка. Эл. адрес. «Однако мы не нашли положительного результата, подтверждающего их заявления. Поэтому мы закончили нашу работу, опубликовали ее и закрыли тему. У меня сложилось впечатление, что большинство физиков и химиков сделали то же самое, считая холодный синтез «интересным» эпизодом».
С тех пор холодный синтез в значительной степени служил притчей об опасностях невоспроизводимости. Но небольшая группа исследователей и энтузиастов по-прежнему убеждена, что это явление реально и имеет ядерную природу, хотя и не обязательно совпадает с термоядерным синтезом. Этот научный кружок по-прежнему проводит эксперименты и сообщает о результатах на своих собраниях и в журналах, хотя и отказался от названия «холодный синтез» для низкоэнергетических ядерных реакций или LENR.
«Он никогда не был полностью утерян, но и никогда не развивался так, как это обычно делают другие научные области», — говорит Дэвид Кайзер, историк науки из Массачусетского технологического института, который писал о сообществе холодного синтеза. «Я нашел это интересным; это было своего рода теневое сообщество с другими коммунальными характеристиками, не говоря уже об интеллектуальных претензиях».
Какое-то время Мэтт Тревитик был членом клуба. Он впервые услышал о холодном синтезе, когда был студентом Массачусетского технологического института, а с 2004 по 2005 год Тревитик работал в Spindletop, компании, которая помогала в исследованиях LENR.
Поэтому, когда Тревитик в конце концов оказался в исследовательской группе Google в качестве менеджера программы, он решил вернуться к мучительному вопросу.
«История [холодного синтеза] была решена за несколько месяцев, а в науке ничего не решается так быстро», — говорит он. «Это то, что не давало мне покоя все эти годы».
Батарея тестов
К апрелю 2015 года Тревитик определил кандидатов-исследователей для проекта и пригласил их в кампус Google в Калифорнии. Никто из исследователей хорошо не знал друг друга; это превратилось в игру в догадки на целый день для каждого, чтобы расшифровать, почему они были приглашены.
«Не буду врать, были неловкие моменты, — говорит Тревитик.
Затем у исследователей было несколько месяцев для мозгового штурма экспериментов, которые они коллективно сократили до трех приоритетов. С самого начала исследователи согласились тщательно проверять свою работу и публиковать все свои результаты, даже если работа оказывалась пустой.
Первый крупный эксперимент был направлен на рассмотрение ключевого утверждения в сообществе холодного синтеза: если достаточное количество атомов дейтерия электрически втиснуть в кусок палладия — по крайней мере семь на каждые восемь атомов палладия — устройство выделяет избыточное тепло. Но, как вскоре поняли исследователи, наполнить палладий дейтерием чрезвычайно сложно, как и его измерение.
В прошлом исследователи измеряли содержание дейтерия в палладии, отслеживая изменения его электрического сопротивления. Но когда команда Google попробовала эту технику, они заметили ошибки. Поэтому они придумали новую методику измерения: просвечивая палладий рентгеновскими лучами, чтобы напрямую увидеть, насколько набух нагруженный металл.
Второй план группы проверял, вызывает ли нагревание водорода с различными порошкообразными металлами термоядерный синтез с образованием тепла и побочных продуктов синтеза. Итальянские сторонники холодного синтеза заявляют об этом с 1990-х годов, в том числе Андреа Росси, яркий изобретатель E-Cat, устройства, которое, по утверждению Росси, является реактором LENR.
Но когда исследователи попытались воспроизвести утверждения Росси, они поняли, что их инструменты могут легко давать неточные результаты при требуемых температурах и давлениях. Поэтому Берлингетте и его ученики построили четыре самых точных в мире калориметра, устройства, которые измеряют тепло, выделяемое в результате реакций, происходящих внутри них. Затем они провели 420 отдельных испытаний экспериментов, и ни в одном из них явно не было избыточного тепла. Команда подробно расскажет о своих тестах в готовящемся препринте arXiv, сообщает Тревитик в электронном письме.
Третий эксперимент, основанный на результатах, о которых сообщила Лос-Аламосская национальная лаборатория в 1990-х годах: наэлектризованная палладиевая проволока, окруженная облаком электрически заряженного дейтерия, производит определенные побочные продукты синтеза, в частности, избыток тяжелого радиоактивного родственного водорода, называемого тритием. .
Исследователи Национальной лаборатории Беркли Питер Зайдл (слева), Арун Персо (в центре) и Цин Цзи (справа) работают над термоядерным экспериментом.
Фотография Мэрилин Чанг/ Национальная лаборатория Лоуренса Беркли
Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.
Когда физик из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли Томас Шенкель и его команда проверили это утверждение, они не обнаружили резкого избытка трития. Но хотя реакции синтеза все еще чрезвычайно редки при низких энергиях, они обнаружили, что в их эксперименте синтез происходил в 100–160 раз чаще, чем они ожидали. Команда Шенкеля описывает первые результаты в препринте, опубликованном на arXiv.
«Когда я вижу стократное расхождение между моими данными [и] установленной теорией, это обычно означает, что это интересно», — говорит он. «Я чувствую, что хотел бы ткнуться в это».
В запасе на будущее
Теперь, когда команда публично обнародовала свои усилия, Чанг говорит, что команда хочет объединить работу его лаборатории с устройством Шенкеля с целью создания «эталонного эксперимента» для других лабораторий.
исследования в области ядерной физики низких энергий.
Пока, по словам Тревитика, Google потратила 10 миллионов долларов на проект с 2015 года, и финансирование сохраняется до конца 2019 года.. Тревитик подчеркивает, что холодный синтез представляет собой лишь часть исследований Google в области энергетики, которые включают работу с традиционной компанией TAE Technologies, занимающейся термоядерным синтезом. Независимо от будущих инвестиций Google, исследователи, которых он поддерживает, говорят, что заинтересованы в продолжении работы над его основными научными достоинствами.
И если они или другие в конечном итоге сделают новые революционные открытия в науке и технике, выбрав менее традиционные пути, Бхаттачарджи будет приветствовать их усилия.
«Я не говорю конкретно о том, является ли [холодный синтез] одним из таких кандидатов, но в целом я за то, чтобы попробовать разные вещи», — говорит он. «И это была действительно захватывающая часть эксперимента Понса-Флейшмана.
Очень интересно, что они осмелились».
Опять же, Бхаттачарджи — ветеран усилий по возвращению солнца на землю — и он знает, как тяжело играть роль Прометея.
«Многие умные люди занимались этим некоторое время, и причина, по которой они добились большого прогресса и до сих пор не решили эту проблему, заключается в том, что это очень, очень сложная проблема», — добавляет он. «Возможно, это самая сложная научная и инженерная задача, которую мы когда-либо решали».
Примечание редактора: эта статья была обновлена, чтобы прояснить позицию Тревитика в Google и количество опубликованных исследований, полученных в результате исследовательской программы.
Читать дальше
15 культовых изображений из архива National Geographic
- Фотография
15 культовых изображений из архива National Geographic
Более 115 лет назад National Geographic опубликовала свой первый фоторепортаж и никогда не оглядывалась назад.