Fusion du froid et du chaud

La fusion froide est toujours cachée derrière un épais brouillard, ne donnant même pas de raison valable de prétendre qu'elle existe. En revanche, la véhémence est difficile à contenir et à maîtriser totalement.

1. Couverture du numéro mensuel du magazine Vremya consacré à la fusion froide.

Après tout, il y a cette fusion froide ou pas ? - peut demander un étranger, curieux du monde et de la science, mais peu familiarisé avec le sujet. Probablement parce qu'après les révélations de Martin Fleishman et Stanley Pons, qui annonçaient il y a 25 ans avoir réussi à obtenir de l'énergie par fusion nucléaire dans une "batterie" remplie d'eau lourde avec une cathode au palladium, les représentants de la science officielle ne se sont pas prononcés fermement et à l'unanimité, c'est un mensonge. Bien que beaucoup en aient douté, de nombreux centres de recherche ont fait et tentent de construire un réacteur "froid".

Expérience prometteuse. Peut-être

Le statut de la "découverte" de Fleishman et Pons n'est pas entièrement compris. La vérité n'est pas claire non plus sur le successeur assez connu du thème de la «fusion froide» de ces dernières années - un appareil appelé Energy Catalyzer (E-Cat). Cette structure a été construite par l'inventeur Andrea Rossi (2) avec l'aide d'une équipe dirigée par Sergio Focardi. Selon les créateurs, il devrait fonctionner sur le principe de la fusion à froid du nickel et de l'hydrogène avec production de cuivre et dégagement d'énergie thermique, qui est ensuite convertie en électricité. Pour chaque minute de fonctionnement d'un réacteur de 1 400 watts (qui tombe à 292 après quelques minutes), 20 grammes d'eau à 101°C sont convertis en vapeur à XNUMX°C. L'appareil a été démontré au public à plusieurs reprises, mais les développeurs n'autorisent pas la recherche indépendante.

2. Andrea Rossi avec son E-Cat

Selon PhysOrg, les expériences menées entre janvier et avril 2011 étaient incorrectes et n'ont aucune preuve réelle. Les développeurs n'ont pas autorisé les mesures supplémentaires. Cependant, la société entreprenante "de l'inventeur" tient des registres des achats d'appareils depuis novembre 2011.

3. Professeur Yoshiaki Arata

D'autre part, en mai 2013, un groupe d'experts indépendants a publié dans les archives du portail arXiv un rapport sur leurs essais de deux types de réacteurs E-Cat HT et E-Cat HT2, d'une durée respective de 96 et 116 heures. Le réacteur a été testé par les scientifiques les plus sérieux - les physiciens de l'Université de Bologne Giuseppe Levy et Evelyn Foschi, Thorbjorn Hartman du laboratoire Svedberg, le physicien nucléaire Bo Höystad, Roland Pettersson de l'Université d'Uppsala et Hanno Essen du Royal Institute of Technology. à Stockholm. Ils ont été testés dans les laboratoires Rossi en Italie de décembre 2012 à mars 2013. Des mesures ont montré que l'énergie thermique est produite au moins un ordre de grandeur supérieur à la puissance de toute source d'énergie chimique connue. Alors est-ce...?

Les scientifiques du monde entier sont divisés. La plupart ne croient pas qu'une telle réaction soit même possible. Cependant, pendant deux ans, personne n'a été en mesure de prouver la fraude en Italie.

Une équipe de recherche internationale devrait bientôt mener une étude plus approfondie sur E-Cat. Ils devraient se terminer en mars, et le premier véritable article sur l'invention de Rossi sera publié peu de temps après. En tout cas, la société américaine Cherokee Investment Partners veut maintenant investir dans l'appareil de Rossi et l'introduire sur les marchés chinois et américain.

L'idée italienne de la fusion froide a été la plus véhémente ces dernières années. Il y eut, bien sûr, d'autres tentatives pour prouver sa faisabilité. La méthode, annoncée en 2005 par un groupe de physiciens de l'Université de Californie à Los Angeles, consiste à chauffer rapidement un cristal aux propriétés pyroélectriques (lorsqu'il est chauffé, il crée un champ électrique). Dans l'expérience décrite, d'une part, le cristal a été chauffé dans la plage de température de -34 à 7°C. En conséquence, un champ électrique de l'ordre de 25 GV/m a été créé entre les extrémités du cristal, ce qui a accéléré les ions deutérium, qui sont entrés en collision avec les ions de deutérium au repos. L'énergie ionique mesurée atteint 100 keV, ce qui correspond à l'atteinte d'une température suffisante pour la synthèse. Les expérimentateurs ont observé des neutrons d'une énergie de 2,45 MeV, ce qui indique une fusion thermonucléaire. L'échelle du phénomène n'est pas si grande qu'elle puisse être utilisée à des fins énergétiques, mais elle permet de construire une source miniature de neutrons. En 2006, cet effet a été confirmé à l'Institut polytechnique de Rensselaer.

Les médias ont rapporté qu'en mai 2008, Yoshiaki Arata (3), professeur de physique à l'Université d'Osaka au Japon, a réalisé une expérience réussie et reproductible qui a montré qu'après exposition au deutérium à haute pression dans un système, une chaleur supplémentaire est générée après exposition à poudre d'oxyde de palladium et de zirconium . généré (par rapport au contrôle avec de l'hydrogène léger). Les noyaux des atomes voisins seront suffisamment proches pour former le noyau d'un atome d'hélium. Cependant, de nombreux scientifiques doutent de l'origine nucléaire de la chaleur observée et comparent cette expérience avec la célèbre expérience de Fleishman et Pons en 1989.

Apprivoiser les réactions de fusion

Aujourd'hui, de plus en plus de centres de recherche, dont la NASA, rapportent leurs expériences de fusion froide. Le problème est que personne ne peut expliquer le mécanisme de la réaction de fusion froide, et des expériences répétées réussissent, et parfois non.

Les réactions de fusion « normales » nécessitent des énergies très élevées (par exemple, des températures extrêmes ou des collisions de particules). Les noyaux des atomes sont chargés positivement et doivent vaincre les forces électrostatiques décrites par la loi de Coulomb pour se connecter. Une condition nécessaire pour cela est la vitesse (énergie cinétique) des noyaux. La haute énergie des noyaux est obtenue à des températures très élevées ou en accélérant des noyaux dans des accélérateurs de particules. Cette réaction a lieu dans les étoiles ou lors de l'explosion d'une bombe à hydrogène. Dans ces deux cas, les réactions se produisant à des températures énormes (pas accidentellement appelées réactions nucléaires "thermo") ne sont pas contrôlées par nous. Cependant, depuis des décennies, il y a eu des tentatives pour mener à bien ce processus dans un environnement contrôlé et contrôlé, semblable à l'énergie apprivoisée de la désintégration d'un atome.

L'énergie est libérée à la suite d'une réaction exothermique. Pour un cycle de création d'un noyau d'hélium, 26,7 MeV sont libérés de quatre protons sous forme d'énergie cinétique des produits de réaction et de rayonnement gamma (4). Il se disperse sur les atomes environnants et est converti en énergie thermique. Sans réaction, l'énergie libérée lors de la réaction peut être déterminée par le déficit de masse, c'est-à-dire la différence de masse des composants et des produits de réaction.

4. Visualisation de la fusion thermonucléaire

Le cycle de l'hydrogène, dont on parle le plus souvent dans le cadre de la fusion thermonucléaire, n'est pas le seul type de fusion thermonucléaire. Dans les étoiles plus massives et plus chaudes que le Soleil, le carbone, l'azote et l'oxygène sont synthétisés, produisant presque autant d'énergie que dans le cycle de l'hydrogène. Des fusions d'éléments plus lourds se produisent également, chez les géantes et les supergéantes, et les explosions de supernova produisent des noyaux encore plus lourds que le nickel.

Les fusions nucléaires connues de la science, comme vous pouvez le voir, sont différentes, mais elles sont toujours associées à des énergies élevées et à des températures de l'ordre de millions de kelvins. La fusion froide, quant à elle, repose sur des procédés scientifiques inconnus ou du moins non décrits et non testés. La chose la plus importante pour les sceptiques est la vérification, et plusieurs fois, jusqu'à ce que la répétabilité de XNUMX% soit atteinte.

Des chercheurs du Livermore National Laboratory Lawrence en Californie a rapporté en février de cette année que pour la première fois dans leurs tests de fusion, ils étaient capables de produire plus d'énergie à partir d'une réaction que celle utilisée pour fournir du carburant. Cela ne signifie pas que nous allons immédiatement commencer à construire des centrales à fusion, mais c'est certainement une percée importante, qui est rapportée dans la revue Nature. Une particule de carburant composée d'isotopes d'hydrogène, de deutérium et de tritium a produit 17 XNUMX pièces. joules d'énergie. C'est plus que ce qui a été consommé, bien que - ce qui, malheureusement, aggrave considérablement le bilan - seul un pour cent de l'énergie totale dépensée dans l'expérience est allé au carburant. Et cette information ne manquera pas de freiner l'enthousiasme naissant.

Le laboratoire californien, également connu sous le nom de National Ignition Facility, abrite un laser de 350 5 milliards de watts (192). Sa tâche est d'enflammer les isotopes de l'hydrogène à la température de la réaction de fusion. Le superlaser est en fait un faisceau de XNUMX faisceaux laser accélérés dans des accélérateurs.

5. Laser avec Lawrence Livermore National Incendiary Plant

6. Modèle d'un réacteur thermonucléaire expérimental avec un anneau de plasma visible à l'intérieur

Si nous parlons de fusion thermonucléaire contrôlée, alors l'un des problèmes à résoudre est le contrôle du plasma surchauffé généré (6). Les scientifiques travaillant au Laboratoire national de Sandia expérimentent des bobines de Helmholtz connues depuis le XNUMXe siècle, qui créent un champ magnétique lorsque le courant circule. Lorsqu'un champ magnétique supplémentaire a été créé à proximité du champ principal, il s'est avéré que les états d'instabilité se développent beaucoup plus lentement, ce qui est l'un des principaux obstacles au maintien de la réaction de fusion.

Les instabilités de ce type, connues sous le nom d'effets Rayleigh-Taylor, dans les tentatives de «capturer» un plasma chaud géant dans des tokamaks (pour conduire une réaction thermonucléaire contrôlée) ont jusqu'à présent inévitablement conduit à une perte de stabilité du champ et, finalement, à une "déversement" de plasma. Les scientifiques de Sandia ont remarqué que l'ajout d'un champ supplémentaire aux bobines corrigeait ces instabilités. Les scientifiques, écrivant sur leur découverte dans la revue Physical Review Letters, admettent qu'ils ne comprennent pas complètement le phénomène, mais ils espèrent que de nouvelles recherches leur permettront de développer une technologie qui permettra au plasma d'être stable et, par conséquent, garder la réaction thermonucléaire beaucoup plus longtemps qu'elle ne l'est maintenant. .

La science est doublement impuissante

Jusqu'à présent, la science est doublement impuissante face à la fusion thermonucléaire et aux perspectives de son utilisation comme source d'énergie contrôlée. D'une part, ce n'est pas très clair sur la fusion froide, donc on ne sait pas s'il faut y placer des espoirs ou s'en remettre à la discrétion de la Kunstkamera. D'autre part, pendant des décennies, il n'a pas réussi à maîtriser l'élément de la fusion à chaud. Peut-être que cette impuissance n'est qu'apparente et que nous travaillerons bientôt sur les deux sujets ? Nous avons donc le choix, on ne sait pas quoi - c'est-à-dire la synthèse "froide" et "chaude", qui, à son tour, ne sait pas comment mettre en œuvre pour apporter des avantages pacifiques.