Холодный синтез: история 1869-2015.
Cold Fusion: History 1869 to 2015
Jeff Danner
21/09/2015
http://peakoil.com/alternative-energy/cold-fusion-history-1869-to-2015
http://chapelboro.com/columns/common-science/cold-fusion-part-ii-history-1869-to-2015/
Ранее мы обсуждали развитие холодного синтеза. Но в прошлом месяце патентное ведомство США выдало патент на генератор итальянского изобретателя Андреа Росси, который, как мы будем обсуждать ниже, подразумевает холодный ядерный синтез.
Прежде чем приступить к обсуждению истории достижений в области холодного синтеза, необходимо осветить три дополнительных аспекта, изотопы водорода, генерирование водорода путем электролиза и распад молекулы водорода (H2) на два атомы водорода. Наше внимание на водороде связано с тем, что практически все работы по холодному синтезу, экспериментальные или теоретические, включают либо синтез водорода с собой или с каким-то другим атомом.
Как показано на рисунке выше, ядро атома водорода может иметь ноль, один или два нейтрона. Эти вариации водорода называются изотопами, которые являются центральными в холодном синтезе. Различные изотопы атома имеют одинаковые химические свойства. Это означает, что они участвуют в химической реакции одинаковым образом, но их ядра имеют различный вес. Обычно о изотопах говорят, как о сумме нейтронов и протонов в ядрах. Тем не менее, в случае с водородом, ученые дали его изотопам специальные названия. Поэтому мы называем эти изотопы водорода, как водород, дейтерий и тритий. Иногда дейтерий и тритий обозначены как D и T, соответственно. У большинства атомов водорода на земле нет нейтронов в ядрах, а немногие имеют один (дейтерий). Тритий является нестабильным изотопом водорода и, следовательно, крайне редко встречается в природе, но может быть синтезирован при желании в лаборатории или на электростанции. Если молекула воды (Н2О) содержит дейтерий или тритий, то ее называют "тяжелой" водой.
Для того чтобы иметь водород для синтеза, удобнее начать с водородного газа (H2). Н2 является молекулой, состоящей из двух атомов водорода с общими электронами. Он может быть произведен разными способами, но для нас представляет интерес электролиз воды.
На рисунке выше показано простое устройство для электролиза. Электрический ток проходит через анод, раствор соли (электролита), а затем выходит из катода. Когда это происходит, часть воды превращается в водород (H2) и кислорода (O2). Перед тем, как молекула водорода (Н2) может участвовать в синтезе, холодном или горячем, она должна быть разделена на два отдельных атома водорода. Это простой химический процесс, который не требует каких-либо специальных технологий или экстремальных температур.
Важность изотопов водорода в холодном синтезе исходит из структуры гелия. Все атомы гелия имеют два протона, это то, что делает их гелием и более 99,99% из них имеют два нейтрона в их ядрах. Таким образом, этот изотоп гелия имеет два протона и два нейтрона, он обозначается как 4He. Имеется, по крайней мере, три способа создать 4Не из водорода. Самый простой подход заключается в соединении двух изотопов дейтерия. Вы также можете создать 5HE, изотоп гелия из трех нейтронов и двух протонов, путем слияния трития и дейтерия. Однако изотоп 5HE не стабилен и вскоре после формирования отторгает нейтрон, чтобы стать изотопом 4He. Третий путь, что происходит при сверхвысоких температурах на солнце и не является холодным синтезом, состоит в построении 4He из четырех атомов водорода без нейтронов в ядрах, в результате чего два протона преобразуются в нейтроны через квантово-механический процесс. На этом фоне, давайте перейдем к истории холодного синтеза.
В середине 1800-х гг. шотландский химик Томас Грэм изучал поглощения газов металлами в Университетском колледже Лондона. Он обнаружил, что металлы, такие как палладий и никель, могут поглотить водород во много раз превышающий их объем. На атомном уровне атомы в металлах не касаются друг друга в традиционном понимании, а, скорее, держатся друг от друга на расстоянии, благодаря их электростатическому заряду. Так как водород очень мал, он может найти путь в пространстве между атомами металла. Большое внимание в холодном синтезе в течение многих лет уделялось поведению атомов водорода внутри металлов. Поэтому записи Томаса Грэма от 1869 г., что палладий может поглотить водорода в 650 раз больше своего объема, можно считать началом истории холодной синтеза.
В 1920-х гг. двое ученых из Австрии (Панет и Петерс) сообщили, что при пропускании электричества через палладий, в котором находится водород, некоторое количество водорода преобразовалось в гелий. Позже они решили, что не могут быть уверены, поскольку они измеряли гелий не от фонового значения - некоторое количество гелия присутствует в воздухе - и отказались от своих открытий.
В 1927 г. шведский исследователь (Д. Танберг) подал патентную заявку на систему, аналогичную той, которая использовалась Панетом и Петерсом, заявив, что он добился получения, как гелия, так и тепла. В патенте Танбергу было отказано, так как он не смог объяснить механизм, с помощью которого тепло и гелий были получены.
Каких-то событий в развитии холодного синтеза не наблюдалось до 1989 г., когда Мартин Флейшман и Стэнли Понс из Университета Юта заявили о прорыве в холодном синтезе. Их аппаратура была похожа на установку электролиза на картинке выше. Они использовали палладий в качестве катода таким образом, чтобы он производил и поглощал водород, и тщательно измеряли температуру системы. Подача электроэнергии через устройство производит известное количество тепла. Они хотели определить дополнительное тепловыделение, предположительно, от синтеза.
Флейшман и Понс сообщали о периодических всплесках выделения тепла, которые они наблюдали, что вызвало сенсацию во всем мире. К 1989 г. научные знания о синтезе продвинулись совсем немного. Следовательно, если Флейшман и Понс были правы, ученые ожидали, что, наряду с гелием и теплом, нейтронами, тритием, также и гамма-излучение будет зафиксировано в определенных значениях.
Вслед за заявлениями Флейшмана и Понса, лаборатории по всему миру попытались воспроизвести их результаты. В то время как некоторые сообщили о возможной выработке тепловой энергии, другие о получении нейтронов, большинство было не в состоянии воспроизвести результаты. Работы Флейшмана и Понса были дискредитированы, а многие обвинили их в мистификации. Даже сам термин "холодный синтез" стал ругательным. Работы в этой области, которая продолжаются и сейчас, теперь называют низко энергетические ядерные реакции или LENR.
Прежде чем обсуждать генератор Росси, мы должны вернуться к науке синтеза. Большая часть внимания в исследованиях обращена на синтез гелия из водорода, но есть и другие возможные комбинации. Водород может преобразовываться и в более тяжелые элементы. Например, если водород слить с бором, который имеет пять протонов в ядре, получится углерод, у которого их шесть. Кроме того, как ядерное деление, так и синтез, могут включать последующий процесс, известный как захват нейтронов. Напомним, что если дейтерий и тритий соединяются, образуя атом гелия, выделяется лишний нейтрон. Это нейтрон может быть поглощен ядром какого-либо другого атома, тем самым создавая более тяжелый изотоп. Оба процесса выделяют тепло.
Андреа Росси не раскрывает многие аспекты и детали, касающиеся его генератора, что подогревает скептицизм относительно его заявлений. Мы знаем, что генератор использует для нагрева воду, никель, литий и порошок литиево-алюминиевого гидрида. Процесс инициируется электричеством, что предполагает выработку водорода с помощью электролиза. Ключевой элемент изобретения Росси похож на предыдущие исследования - генерация тепла устройством выше входной мощности для электролиза. Затрачиваемая энергия, возможно, идет на синтез более тяжелых изотопов из никеля, что предполагает процесс захвата нейтронов. Кроме того, предполагается, что некоторое количество никеля преобразовывается в медь, как доказательство синтеза водорода с никелем. Росси утверждает, что никель в устройстве должен меняться периодически. Тот факт, что никель исчерпывается со временем согласуется с захватом нейтронов и/или водородно-никелевым синтезом, будучи источником тепловой энергии в устройстве.
Ранее я говорил о "недостатке" устройства Росси. Были обвинения в том, что я пытаюсь опровергнуть некоторые основы квантовой физики. На самом деле, недостатки устройства Росси относятся к тому, что он не создает холодный синтез в широко смысле, когда водород используется для создания гелия. Таким образом, вместо чистого и почти бесконечного источника энергии на основе воды, устройство Росси, как кажется, зависит от однократного использования никеля. Пока это не будет отвлекать от потенциальных научных достижений, но преподносит дополнительный багаж в виде необходимости добывать никель в качестве топлива.
Jeff Danner
21/09/2015
http://peakoil.com/alternative-energy/cold-fusion-history-1869-to-2015
http://chapelboro.com/columns/common-science/cold-fusion-part-ii-history-1869-to-2015/
Ранее мы обсуждали развитие холодного синтеза. Но в прошлом месяце патентное ведомство США выдало патент на генератор итальянского изобретателя Андреа Росси, который, как мы будем обсуждать ниже, подразумевает холодный ядерный синтез.
Прежде чем приступить к обсуждению истории достижений в области холодного синтеза, необходимо осветить три дополнительных аспекта, изотопы водорода, генерирование водорода путем электролиза и распад молекулы водорода (H2) на два атомы водорода. Наше внимание на водороде связано с тем, что практически все работы по холодному синтезу, экспериментальные или теоретические, включают либо синтез водорода с собой или с каким-то другим атомом.
Как показано на рисунке выше, ядро атома водорода может иметь ноль, один или два нейтрона. Эти вариации водорода называются изотопами, которые являются центральными в холодном синтезе. Различные изотопы атома имеют одинаковые химические свойства. Это означает, что они участвуют в химической реакции одинаковым образом, но их ядра имеют различный вес. Обычно о изотопах говорят, как о сумме нейтронов и протонов в ядрах. Тем не менее, в случае с водородом, ученые дали его изотопам специальные названия. Поэтому мы называем эти изотопы водорода, как водород, дейтерий и тритий. Иногда дейтерий и тритий обозначены как D и T, соответственно. У большинства атомов водорода на земле нет нейтронов в ядрах, а немногие имеют один (дейтерий). Тритий является нестабильным изотопом водорода и, следовательно, крайне редко встречается в природе, но может быть синтезирован при желании в лаборатории или на электростанции. Если молекула воды (Н2О) содержит дейтерий или тритий, то ее называют "тяжелой" водой.
Для того чтобы иметь водород для синтеза, удобнее начать с водородного газа (H2). Н2 является молекулой, состоящей из двух атомов водорода с общими электронами. Он может быть произведен разными способами, но для нас представляет интерес электролиз воды.
На рисунке выше показано простое устройство для электролиза. Электрический ток проходит через анод, раствор соли (электролита), а затем выходит из катода. Когда это происходит, часть воды превращается в водород (H2) и кислорода (O2). Перед тем, как молекула водорода (Н2) может участвовать в синтезе, холодном или горячем, она должна быть разделена на два отдельных атома водорода. Это простой химический процесс, который не требует каких-либо специальных технологий или экстремальных температур.
Важность изотопов водорода в холодном синтезе исходит из структуры гелия. Все атомы гелия имеют два протона, это то, что делает их гелием и более 99,99% из них имеют два нейтрона в их ядрах. Таким образом, этот изотоп гелия имеет два протона и два нейтрона, он обозначается как 4He. Имеется, по крайней мере, три способа создать 4Не из водорода. Самый простой подход заключается в соединении двух изотопов дейтерия. Вы также можете создать 5HE, изотоп гелия из трех нейтронов и двух протонов, путем слияния трития и дейтерия. Однако изотоп 5HE не стабилен и вскоре после формирования отторгает нейтрон, чтобы стать изотопом 4He. Третий путь, что происходит при сверхвысоких температурах на солнце и не является холодным синтезом, состоит в построении 4He из четырех атомов водорода без нейтронов в ядрах, в результате чего два протона преобразуются в нейтроны через квантово-механический процесс. На этом фоне, давайте перейдем к истории холодного синтеза.
В середине 1800-х гг. шотландский химик Томас Грэм изучал поглощения газов металлами в Университетском колледже Лондона. Он обнаружил, что металлы, такие как палладий и никель, могут поглотить водород во много раз превышающий их объем. На атомном уровне атомы в металлах не касаются друг друга в традиционном понимании, а, скорее, держатся друг от друга на расстоянии, благодаря их электростатическому заряду. Так как водород очень мал, он может найти путь в пространстве между атомами металла. Большое внимание в холодном синтезе в течение многих лет уделялось поведению атомов водорода внутри металлов. Поэтому записи Томаса Грэма от 1869 г., что палладий может поглотить водорода в 650 раз больше своего объема, можно считать началом истории холодной синтеза.
В 1920-х гг. двое ученых из Австрии (Панет и Петерс) сообщили, что при пропускании электричества через палладий, в котором находится водород, некоторое количество водорода преобразовалось в гелий. Позже они решили, что не могут быть уверены, поскольку они измеряли гелий не от фонового значения - некоторое количество гелия присутствует в воздухе - и отказались от своих открытий.
В 1927 г. шведский исследователь (Д. Танберг) подал патентную заявку на систему, аналогичную той, которая использовалась Панетом и Петерсом, заявив, что он добился получения, как гелия, так и тепла. В патенте Танбергу было отказано, так как он не смог объяснить механизм, с помощью которого тепло и гелий были получены.
Каких-то событий в развитии холодного синтеза не наблюдалось до 1989 г., когда Мартин Флейшман и Стэнли Понс из Университета Юта заявили о прорыве в холодном синтезе. Их аппаратура была похожа на установку электролиза на картинке выше. Они использовали палладий в качестве катода таким образом, чтобы он производил и поглощал водород, и тщательно измеряли температуру системы. Подача электроэнергии через устройство производит известное количество тепла. Они хотели определить дополнительное тепловыделение, предположительно, от синтеза.
Флейшман и Понс сообщали о периодических всплесках выделения тепла, которые они наблюдали, что вызвало сенсацию во всем мире. К 1989 г. научные знания о синтезе продвинулись совсем немного. Следовательно, если Флейшман и Понс были правы, ученые ожидали, что, наряду с гелием и теплом, нейтронами, тритием, также и гамма-излучение будет зафиксировано в определенных значениях.
Вслед за заявлениями Флейшмана и Понса, лаборатории по всему миру попытались воспроизвести их результаты. В то время как некоторые сообщили о возможной выработке тепловой энергии, другие о получении нейтронов, большинство было не в состоянии воспроизвести результаты. Работы Флейшмана и Понса были дискредитированы, а многие обвинили их в мистификации. Даже сам термин "холодный синтез" стал ругательным. Работы в этой области, которая продолжаются и сейчас, теперь называют низко энергетические ядерные реакции или LENR.
Прежде чем обсуждать генератор Росси, мы должны вернуться к науке синтеза. Большая часть внимания в исследованиях обращена на синтез гелия из водорода, но есть и другие возможные комбинации. Водород может преобразовываться и в более тяжелые элементы. Например, если водород слить с бором, который имеет пять протонов в ядре, получится углерод, у которого их шесть. Кроме того, как ядерное деление, так и синтез, могут включать последующий процесс, известный как захват нейтронов. Напомним, что если дейтерий и тритий соединяются, образуя атом гелия, выделяется лишний нейтрон. Это нейтрон может быть поглощен ядром какого-либо другого атома, тем самым создавая более тяжелый изотоп. Оба процесса выделяют тепло.
Андреа Росси не раскрывает многие аспекты и детали, касающиеся его генератора, что подогревает скептицизм относительно его заявлений. Мы знаем, что генератор использует для нагрева воду, никель, литий и порошок литиево-алюминиевого гидрида. Процесс инициируется электричеством, что предполагает выработку водорода с помощью электролиза. Ключевой элемент изобретения Росси похож на предыдущие исследования - генерация тепла устройством выше входной мощности для электролиза. Затрачиваемая энергия, возможно, идет на синтез более тяжелых изотопов из никеля, что предполагает процесс захвата нейтронов. Кроме того, предполагается, что некоторое количество никеля преобразовывается в медь, как доказательство синтеза водорода с никелем. Росси утверждает, что никель в устройстве должен меняться периодически. Тот факт, что никель исчерпывается со временем согласуется с захватом нейтронов и/или водородно-никелевым синтезом, будучи источником тепловой энергии в устройстве.
Ранее я говорил о "недостатке" устройства Росси. Были обвинения в том, что я пытаюсь опровергнуть некоторые основы квантовой физики. На самом деле, недостатки устройства Росси относятся к тому, что он не создает холодный синтез в широко смысле, когда водород используется для создания гелия. Таким образом, вместо чистого и почти бесконечного источника энергии на основе воды, устройство Росси, как кажется, зависит от однократного использования никеля. Пока это не будет отвлекать от потенциальных научных достижений, но преподносит дополнительный багаж в виде необходимости добывать никель в качестве топлива.