Hladna fuzija

Dvojica kemičara objavila su 1989. na konferenciji za novinare da su u staklenoj posudi na laboratorijskom stolu ostvarili nuklearnu fuziju. Laboratoriji diljem svijeta pokušali su to ponoviti, a rasprava o tome što su zapravo vidjeli traje i danas.

Ukratko

Martin Fleischmann i Stanley Pons objavili su 23. ožujka 1989. na Sveučilištu Utah da su elektrolizom teške vode s paladijevom elektrodom dobili više topline nego što se može objasniti kemijom i da je uzrok nuklearna fuzija.
Većina laboratorija koji su pokus brzo pokušali ponoviti nije dobila ni višak topline ni neutrone i druge produkte koje bi fuzija morala stvarati, a odbor američkog Ministarstva energetike krajem 1989. nije našao uvjerljive dokaze.
Manja zajednica istraživača nastavila je rad pod nazivom niskoenergijske nuklearne reakcije (LENR) i tvrdi da je višak topline opažen u mnogo pokusa.
Pregled američkog Ministarstva energetike iz 2004. i velik projekt koji je financirao Google, objavljen 2019., nisu potvrdili fuziju, ali su preporučili ili omogućili daljnja ciljana istraživanja.

Nuklearna fuzija je spajanje lakih atomskih jezgri u teže, pri čemu se oslobađa golema energija. Tako sja Sunce. Da bi se dvije jezgre spojile, moraju svladati snažno električno odbijanje, pa su za fuziju potrebne temperature od više milijuna stupnjeva ili golemi pritisci. Zato se fuzijski reaktori grade kao divovski strojevi s magnetima i laserima, a desetljećima nijedan nije proizveo više energije nego što troši.

Hladna fuzija bila bi nešto posve drugo: fuzija pri sobnoj temperaturi, u običnoj posudi, kao izvor gotovo neograničene i čiste energije.

Konferencija u Salt Lake Cityju

Martin Fleischmann bio je ugledan britanski elektrokemičar sa Sveučilišta u Southamptonu, član Kraljevskog društva. Stanley Pons, njegov bivši student, vodio je odjel kemije na Sveučilištu Utah. Od sredine osamdesetih zajedno su, uglavnom vlastitim novcem, radili pokuse s elektrolizom teške vode. Teška voda sadrži deuterij, teži oblik vodika. Paladij upija vodik i deuterij u velikim količinama, pa su pretpostavili da bi se jezgre deuterija unutar metala mogle toliko zbiti da se spoje.

U nekim su pokusima izmjerili višak topline, a u jednom se, prema njihovu kazivanju, ćelija toliko zagrijala da je oštetila radni stol. Istodobno je na obližnjem Sveučilištu Brigham Young fizičar Steven Jones istraživao sličnu pojavu, ali je tražio sitne količine neutrona, a ne toplinu. Zbog straha da će ih drugi pretući, i pod pritiskom sveučilišta zbog patenata, Fleischmann i Pons objavili su rezultate 23. ožujka 1989. na konferenciji za novinare, prije nego što je njihov rad prošao stručnu recenziju. Kratki rad izašao je ubrzo u časopisu Journal of Electroanalytical Chemistry, a Jonesov rad u Natureu.

Svijet pokušava ponoviti pokus

Pokus je izgledao jednostavno, pa su ga u sljedećim tjednima pokušali ponoviti stotine laboratorija. Nekoliko ih je isprva javilo uspjeh, a zatim su neki te rezultate povukli zbog pogrešaka u mjerenju. Velike skupine na MIT-u, Caltechu i u britanskom Harwellu nisu našle ništa. Na sastanku Američkog fizikalnog društva u Baltimoreu 1. svibnja 1989. fizičari s Caltecha predstavili su pažljivo provedene pokuse bez ikakvog viška topline i neutrona.

Kritičari su isticali još jedan problem. Kad bi se deuterij doista spajao u količinama koje bi objasnile izmjerenu toplinu, ćelija bi ispuštala smrtonosno zračenje neutrona i gama-zraka. Fleischmann i Pons bili bi ozračeni, a nisu bili. Mjerenja neutrona koja su objavili kasnije su osporena.

Savjetodavni odbor američkog Ministarstva energetike u studenom 1989. zaključio je da pokusi ne pružaju uvjerljive dokaze da hladna fuzija proizvodi korisnu energiju i preporučio da se ne osniva poseban istraživački program, ali da se skromno podupru dobro osmišljeni pokusi.

Istraživanja koja se nisu ugasila

Fleischmann i Pons preselili su se 1992. u Francusku, u laboratorij koji je financirala tvrtka povezana s Toyotom. Laboratorij je zatvoren 1998., a da nije pokazao uređaj koji proizvodi energiju. No dio znanstvenika diljem svijeta nastavio je pokuse. Područje su preimenovali u niskoenergijske nuklearne reakcije (LENR) ili znanost o nuklearnim pojavama u kondenziranoj tvari i održavaju vlastite konferencije. Zagovornici navode stotine pokusa u kojima je zabilježen višak topline, kao i laboratorije, primjerice u američkoj mornarici, koji su objavljivali takve rezultate.

Godine 2004. Ministarstvo energetike ponovno je, na zahtjev istraživača, pregledalo područje. Recenzenti su bili podijeljeni: otprilike polovica smatrala je dokaze o višku topline uvjerljivima, a polovica nije, dok gotovo nitko nije smatrao da su nuklearne reakcije dokazane. Preporuka je bila da se ciljani prijedlozi financiraju kroz uobičajene natječaje.

Od 2015. do 2019. Google je financirao skupinu od tridesetak istraživača sa Sveučilišta Britanske Kolumbije, MIT-a, Lawrence Berkeley laboratorija i drugih ustanova koji su pokušali stvoriti uvjete u kojima bi se hladna fuzija trebala dogoditi. U radu objavljenom u Natureu 2019. izvijestili su da nisu našli dokaze za fuziju, ali da su usput razvili nove metode mjerenja i izrade materijala. Zaključili su da pitanje zaslužuje daljnja istraživanja s boljim mjerenjima. Američka agencija za napredne energetske projekte ARPA-E najavila je 2022. do deset milijuna dolara za istraživanje LENR-a, a 2023. odabrala je osam projekata.

Kronologija

Sredina 1980-ih: Fleischmann i Pons počinju pokuse s elektrolizom teške vode i paladijem.
23. ožujka 1989.: Konferencija za novinare na Sveučilištu Utah.
Travanj 1989.: Objavljeni su radovi Fleischmanna i Ponsa te Stevena Jonesa i suradnika.
1. svibnja 1989.: Na sastanku Američkog fizikalnog društva predstavljeni su neuspjeli pokušaji ponavljanja.
Studeni 1989.: Odbor Ministarstva energetike SAD-a ne nalazi uvjerljive dokaze.
1992.: Fleischmann i Pons sele u laboratorij u Francuskoj.
1998.: Francuski laboratorij je zatvoren.
2004.: Ministarstvo energetike ponovno pregledava područje.
2019.: Nature objavljuje rezultate projekta koji je financirao Google.
2022.–2023.: ARPA-E najavljuje i dodjeljuje do deset milijuna dolara za istraživanje LENR-a.

Ključne osobe

Martin Fleischmann: Britanski elektrokemičar koji je s Ponsom 1989. objavio hladnu fuziju.
Stanley Pons: Kemičar sa Sveučilišta Utah, Fleischmannov suradnik.
Steven Jones: Fizičar sa Sveučilišta Brigham Young koji je istodobno tražio neutrone iz fuzije u metalima.
Nathan Lewis: Kemičar s Caltecha koji je vodio jedan od najvažnijih neuspjelih pokušaja ponavljanja.
Curtis Berlinguette: Kemičar koji je vodio istraživanje koje je financirao Google, objavljeno 2019.

Što se zna

Fleischmann i Pons objavili su rezultate 23. ožujka 1989. na konferenciji za novinare, prije stručne recenzije.
Većina pokušaja ponavljanja 1989., među njima i oni na Caltechu, nije pokazala ni višak topline ni nuklearne produkte koje bi fuzija morala stvarati.
Odbor Ministarstva energetike SAD-a u studenom 1989. nije našao uvjerljive dokaze za hladnu fuziju.
Pregled iz 2004. nije zaključio da su nuklearne reakcije dokazane, a recenzenti su bili podijeljeni oko viška topline.
Projekt koji je financirao Google nije našao dokaze za fuziju, prema radu objavljenom u Natureu 2019.
Nijedan laboratorij dosad nije pokazao uređaj koji pouzdano proizvodi korisnu energiju hladnom fuzijom.

Što tvrde zagovornici

Višak topline zabilježen je u stotinama pokusa u različitim laboratorijima, uključujući državne i vojne.
Pojava se javlja samo kad je paladij gotovo potpuno zasićen deuterijem, što je teško postići, pa neuspjela ponavljanja ne dokazuju da pojave nema.
Nuklearne reakcije u čvrstoj tvari mogle bi teći drukčije od fuzije u plazmi, pa izostanak jakog zračenja nije presudan.
Ishitrena odluka znanosti iz 1989. gurnula je područje na marginu i godinama ga ostavila bez novca.

Što kažu kritičari

Rezultati se ne mogu pouzdano ponoviti, ni u istom laboratoriju, što je osnovni uvjet za prihvaćanje otkrića.
Fuzija koja bi stvorila izmjerenu toplinu morala bi stvarati i neutrone, tricij i helij u velikim količinama, a oni nisu nađeni u odgovarajućim omjerima.
Mali višak topline može nastati zbog pogrešaka u mjerenju topline, kemijskih reakcija ili spajanja plinova u ćeliji.
Ni nakon više od trideset godina nema uređaja koji proizvodi korisnu energiju.

Otvorena pitanja

Postoji li uopće stvaran višak topline ili je riječ o pogreškama u mjerenju?
Ako višak postoji, je li njegov izvor nuklearni ili kemijski?
Hoće li projekti ARPA-E dati jasan odgovor?

Teorije

Višak topline posljedica je pogrešaka u mjerenju i nema nuklearne reakcije
Postoje stvarne niskoenergijske nuklearne reakcije koje još ne razumijemo
Opažanja su stvarna, ali je riječ o kemijskim ili materijalnim pojavama, a ne o fuziji

Povezane priče

Za daljnje istraživanje

Huizenga, J. R. (1992). Cold Fusion: The Scientific Fiasco of the Century. University of Rochester Press.
Close, F. (1991). Too Hot to Handle: The Race for Cold Fusion. Princeton University Press.
ARPA-E: opisi projekata programa LENR