Чому вчені не хочуть вірити у можливість холодного ядерного синтезу Наука та техніка
Чому вчені не хочуть вірити у можливість холодного ядерного синтезу
Вранці людина прокидається, включає тумблер - у квартирі з'являється електрика, яка гріє воду в чайнику, дає енергію для роботи телевізора та комп'ютера, змушує світитись лампочки. Людина снідає, виходить з дому і сідає в машину, яка їде, не залишаючи після себе звичної хмари вихлопних газів. Коли людина вирішує, що треба заправитися, вона купує балон із газом, який не пахне, не токсичний і дуже дешевий – нафтопродукти більше не використовуються як паливо. Паливом стала океанічна вода. Це не утопія, це звичайний день у світі, де людина освоїв реакцію холодного ядерного синтезу.
Вся справа в тому, що холодний ядерний синтез з деяких пір користується вченими поганою славою. Кілька разів заяви про успішне проведення цієї реакції на перевірку виявлялися фальсифікацією або неправильно поставленим експериментом. Щоб зрозуміти, у чому труднощі здійснення ядерного синтезу в лабораторних умовах, необхідно коротко торкнутися теоретичних основ реакції.
Кури та ядерна фізика
Ядерний синтез - це реакція, коли атомні ядра легких елементів зливаються, утворюючи ядро важчого. При реакції виділяється дуже багато енергії. Це зумовлено діючими всередині ядра надзвичайно інтенсивними силами тяжіння, які утримують разом протони і нейтрони, що входять до складу ядра. На невеликих відстанях – близько 10 -13 см - ці сили дуже сильні. З іншого боку, протони в ядрах позитивно заряджені, і, відповідно, прагнуть відштовхнутися один від одного. Радіус дії електростатичних сил набагато більше, ніж у ядерних, тому коли ядра віддалені один від одного,перші починають переважати.
У звичайних умовах кінетична енергія ядер легких атомів надто мала для того, щоб вони змогли подолати електростатичне відштовхування та вступити до ядерної реакції. Змусити атоми зблизитись можна, зіштовхуючи їх на великій швидкості або використовуючи надвисокі тиски та температури. Проте теоретично існує альтернативний спосіб, що дозволяє проводити бажану реакцію практично "на столі". Одним із перших ідею здійснення ядерного синтезу за кімнатної температури висловив у 60-ті роки минулого століття французький фізик, лауреат Нобелівської премії Луїс Кервран (Louis Kervran).
Дві майже детективні історії
У 1989 році Мартін Флейшман і Стенлі Понс оголосили про те, що їм вдалося підкорити природу і змусити дейтерій перетворитися на гелій за кімнатної температури в приладі для електролізу води. Схема експерименту була такою: у підкислену воду опускали електроди і пропускали струм – звичайний досвід із електролізу води. Проте вчені використовували незвичайну воду та незвичайні електроди.
Вода була "важкою". Тобто легкі ("звичайні") ізотопи водню в ній були замінені на більш важкі, що містять, крім протона, ще й один нейтрон. Такий ізотоп називається дейтерієм. Крім того, Флейшман і Понс використовували електроди, виготовлені з паладію. Паладій відрізняє дивовижна здатність "вбирати" в себе велику кількість водню та дейтерію. Число атомів дейтерію в паладієвій пластині може зрівнятися з числом атомів паладію. У своєму експерименті фізики використовували електроди, попередньо насичені дейтерієм.
При проходженні електричного струму через "важку" воду утворювалися позитивно заряджені іони дейтерію, які під дією сил електростатичного тяжінняпрагнули негативно зарядженого електрода і " врізалися " у нього. При цьому, як були впевнені експериментатори, вони зближалися з атомами дейтерію, що вже знаходяться в електродах, на відстань, достатню для протікання реакції ядерного синтезу.
Доказом протікання реакції стало виділення енергії – у разі це виявилося б у збільшенні температури води - і реєстрація потоку нейтронів. Флейшман і Понс заявили, що в їхній установці спостерігалося і те, й інше. Повідомлення фізиків викликало надзвичайно бурхливу реакцію наукової спільноти та преси. ЗМІ розписували принади життя після повсюдного впровадження холодного ядерного синтезу, а фізики та хіміки по всьому світу почали перевіряти ще раз їхні результати.
Після цієї історії більшість серйозних дослідників припинили роботи щодо пошуку шляхів здійснення холодного ядерного синтезу. Однак у 2002 році ця тема знову спливла у наукових дискусіях та пресі. Цього разу із претензією на підкорення природи виступили фізики зі США Рузі Талейархан (Rusi Taleyarkhan) та Річард Лейхі (Richard T. Lahey, Jr.). Вони заявили, що змогли досягти необхідного для реакції зближення ядер, використовуючи не паладій, а ефект кавітації.
Кавітацією називають утворення в рідині порожнин або бульбашок, заповнених газом. Утворення бульбашок може бути, зокрема, спровоковане проходженням через рідину звукових хвиль. За певних умов бульбашки лопаються, виділяючи велику кількість енергії. Як бульбашки можуть допомогти у ядерному синтезі? Дуже просто: в момент "вибуху" температура всередині бульбашки досягає десяти мільйонів градусів за Цельсієм - що можна порівняти з температурою на Сонці, де вільно відбувається ядерний синтез.
Талейархан та Лейхи пропускали звукові хвилі через ацетон, у якомулегкий ізотоп водню (протий) було замінено на дейтерій. Їм вдалося зареєструвати потік нейтронів високої енергії, а також утворення гелію та тритію – ще одного продукту ядерного синтезу.
В Університеті Пердью, куди перейшли працювати Талейархан та Лейхи, було проведено незалежне розслідування. За його підсумками було винесено вердикт: експеримент поставлено правильно, помилок чи фальсифікації не виявлено. Незважаючи на це, поки вNatureне з'явилося спростування статті, а питання про визнання ядерного кавітаційного синтезу науковим фактом повисло в повітрі.
Але повернемося до японських фізиків. У роботі вони використовували вже знайомий паладій. Точніше, суміш паладію з оксидом цирконію. "Дейтерієва ємність" цієї суміші, за твердженнями японців, ще вища, ніж у паладію. Вчені пропускали дейтерій через комірку, що містить цю суміш. Після додавання дейтерію температура всередині комірки піднялася до 70 градусів за Цельсієм. За словами дослідників, у цей момент в осередку відбувалися ядерні та хімічні реакції. Після того, як надходження дейтерію в комірку припинилося, температура в ній залишалася підвищеною ще протягом 50 годин. Фізики стверджують, що це свідчить про перебіг усередині осередку реакцій ядерного синтезу - з атомів дейтерію, що зблизилися на достатню відстань, утворювалися ядра гелію.
Поки що рано говорити, мають рацію японці чи ні. Експеримент має бути неодноразово повторений, а результати перевірено. Швидше за все, незважаючи на скепсис, багато лабораторій займуться цим. Тим більше, що керівник дослідження – професор Йошіакі Арата (Yoshiaki Arata) – дуже шановний фізик. Про визнання заслуг Арати свідчить той факт, що демонстрація роботи приладу проходила в аудиторії, яка носить його ім'я. Але, як відомо, помилятисяможуть усі, особливо тоді, коли дуже хочуть отримати цілком певний результат.