Ким
я могу что надо, то и могу
Ты дурак, если не восходил на Фудзияму. Но если ты был на ней дважды, ты дурак вдвойне (японская пословица)
Ким Александров
Все записи
текст

«Холодец» всмятку

"ММ" №9/84 2012, с. 58
Охота за реликвиями – занятие увлекательное. И для каждой эпохи найдется свой «святой Грааль». «Волшебная чаша» современности снизу доверху исписана формулами, расчетами и бизнес-планами. Вместо сверкающих мечей – нейтронные детекторы и газовые хроматографы, а роль Росинантов увлеченно играют всевозможные фонды. На щитах современных странствующих рыцарей науки золотом выведено: «Даешь дешевую и безопасную энергию!»
 
Проклятая диалектика! Есть дешевая энергия, но она весьма небезопасна, и наоборот: безопасность так дорога, что в реальности остается только рисковать. Разрубить этот гордиев узел можно, если найти способ «зажечь» рукотворную звезду, то есть осуществить управляемую и продолжительную реакцию ядерного синтеза.


С одной стороны, есть водородные бомбы, в них этот синтез и осуществляется. Почему бы не попытаться создать «медленный» (так сказать, гражданский) вариант? Ведь обычный ядерный реактор, работающий за счет распада, – это тоже бомба, просто ее «взрыв» сильно растянут во времени. 
Но с джинном ядерного синтеза справиться куда сложнее! Во-первых, для начала реакции слияния ядер водорода в гелий протонам нужно преодолеть потенциальный барьер взаимного электрического отталкивания (не забываем, что протоны заряжены одинаково). Для этого нужно, чтобы кинетическая энергия частиц была достаточной для пробивания кулоновской «брони». Во-вторых, сильные взаимодействия, способные удержать вместе встретившиеся частицы, «работают» на предельно коротких дистанциях – порядка нескольких диаметров ядра. 
Только два эти обстоятельства уже диктуют необходимость доводить рабочее тело до чудовищных температур под огромным давлением, когда счет идет на миллионы градусов и атмосфер. Вещество при этом превращается в высокотемпературную плазму – сильно ионизированный газ, который совсем не просто поддерживать в стабильном состоянии. Когда инженеры и физики смогут удержать плазменные «шнуры» в магнитных «бутылках» и организовать эффективный отвод вырабатываемого тепла, наступит эра изобилия, своего рода энергетический коммунизм. Но до этого отрадного момента еще очень далеко, и не все ныне живущие имеют шансы попользоваться «честным» термоядерным электричеством: слишком серьезные технические сложности предстоит преодолеть.

Однако направление главного удара – далеко не единственная директива в действиях на переднем крае. Возможны фланговые маневры. Если с термоядерным реактором все так сложно, то нет ли способа добиться подобного результата другими средствами? Ведь речь идет о синтезе, то есть о создании новых элементов из «кирпичиков» топлива. Такое действо у химиков известно под названием трансмутации. 
Средневековые алхимики, ничего не знавшие о плазме, искали гипотетический «философский камень» – некую субстанцию, способную превращать металлы в золото. 
В конце XX века оплотом новой «алхимии» стал американский штат Юта, где сотрудник местного университета Стивен Джонс (Stephen Jones) решил обратиться к данным, полученным вулканологами и геофизиками. В середине 1987 года Джонс опубликовал статью под названием «Холодный ядерный синтез» в авторитетном журнале “Scientific American” (типа нашей «Науки и жизни»). Внимание Джонса привлекла аномальная концентрация изотопа 3He (ядро которого состоит из двух протонов и одного нейтрона) в газовых вулканических выбросах. А ведь обычный гелий (4He – два протона и два нейтрона в ядре) – элемент очень стабильный, «развалить» который ой как непросто, недаром он открывает группу инертных газов. Джонс предположил, что изотоп вырабатывается в глубинах Земли в результате… ядерного синтеза. 


Общепринятая теория гласит, что источником тепла во внутренних областях нашей планеты главным образом является радиоактивный распад. И температура там совсем не такая, как в ядре Солнца, где идет естественный ядерный синтез. Во всяком случае, ни о каких миллионах градусов речь не идет. Джонс высказал предположение, что кулоновский барьер может рухнуть под воздействием высоких и сверхвысоких давлений. В этом случае температуры могут быть и не столь космическими. Объяснение он выдвинул следующее: в экстремальных условиях важную роль начинают играть квантовые эффекты, в частности, запускается механизм туннелирования – произвольного проникновения частиц через потенциальные барьеры.

Работа Джонса вызвала интерес коллег из соседнего университета – Мартина Флейшмана (Martin Fleischmann) и Стэнли Понса (Stanley Pons), решивших подойти к проблеме с другой, алхимической, стороны. Точнее, воздействовать на водород методами новой бурно развивающейся дисциплины – электрохимии. Главным в этом дуэте был, конечно, британец Флейшман, личность авторитетная: профессор Саутгемптонского университета, член Королевского научного общества и бывший президент Международного общества электрохимиков. Понс заведовал химфаком университета и на роль «второй скрипки» подходил идеально. Именно он обратил внимание на странные свойства довольно распространенного металла – палладия, при электролизе (окислительно-восстановительный процесс, который происходит на электродах во время прохождения тока через раствор – прим. ред.) очень интенсивно поглощавшего водород. И не просто поглощавшего, а, как предполагал Понс, буквально нашпиговывавшего протонами свои кристаллические ячейки! В профессиональной среде даже появился глагол to hydrogen, в переводе звучащий не очень благообразно – «наводороживать».
Понс так убедительно все изложил, что Флейшман очень быстро пришел к идее своего, впоследствии скандального, эксперимента: почему бы не усилить замечательные свойства палладия электрическим полем? Если ядра водорода (а еще лучше – дейтерия или трития – его тяжелых изотопов, ядра которых, помимо протона, содержат один или два нейтрона соответственно, а потому у них сильнее проявляются ядерные силы) «спрессовать» в палладиевых ячейках, то почему бы им не начать квантовое туннелирование поактивнее? Другими словами, разве это не подходящие условия для ядерного синтеза?

Согласитесь: престиж университета взлетит до небес, если в его стенах сделаны открытия «нобелевского» уровня. Вот и президент Университета Юты Чейз Петерсон (Chase Peterson) уже видел, как его провинциальное учреждение «обставляет» Принстон с Массачусетсом и Кембриджем в придачу. Шутка ли – открытие не то что века, а новое схождение прометеева огня! Поэтому Флейшман и Понс получили в свое распоряжение все возможные ресурсы, вплоть до дюжих студентов-футболистов, ежели возникнет нужда передвинуть или перенести что-то очень тяжелое.
Однако ничего сверхъестественного и супердорогого не понадобилось (при этом программа исследований была профинансирована аж на 30 миллионов долларов). Исследователи обошлись стандартным лабораторным калориметром, несколькими килограммами «тяжелой» воды (в состав молекул которой входит дейтерий), литий-дейтериевой соли, палладия и резервным электрогенератором. Установка, позже помпезно названная «реактором холодного синтеза», скажем прямо, выглядела неказисто и больше напоминала оборудование времен Гальвани и Фарадея. 
И все же отличия были. Калориметр (теплоизолированный бак на манер термоса) был наполнен электролитом – раствором литий-дейтериевой соли в «тяжелой» воде. Через него пропускался сильный ток, так что на электродах выделялись кислород и дейтерий. Словом, обычный электролиз, если бы не одно «но»: по утверждению исследователей, температура электролита периодически резко возрастала, причем тепловая мощность таинственной реакции в разы превышала мощность источника тока!
Сейчас уже трудно выяснить, что же происходило на самом деле, но Флейшман и Понс утверждали, что причина таинственных скачков температуры электролита – реакции слияния ядер дейтерия, причем при обычном давлении и комнатной температуре. А все благодаря палладию – чем массивней был электрод, тем больше тепла выделялось! 


23 марта 1989 года мировые СМИ облетел пресс-релиз Университета Юты, в котором сообщалось, что «двое ученых запустили самоподдерживающуюся реакцию ядерного синтеза при комнатной температуре». А уже знакомый нам господин Петерсон заявил, что «это эпохальное достижение, сравнимое с овладением огнем, открытием электричества и окультуриванием растений». Еще бы: литр морской воды (точнее, содержащейся в ней «тяжелой» воды) способен выдать столько же энергии, сколько содержится в 15 литрах бензина! 
Журналисты, политики и администраторы в большинстве своем с естественными науками не дружат, поэтому сообщение из Солт-Лейк-Сити сразу обросло броскими заголовками типа «Революция в энергетике», «Термоядерный синтез на кухне» и «Теперь с дефицитом энергии покончено!». Тем более что прозвучал восторженный голос нобелевского лауреата Джулиана Швингера (Julian Schwinger), одного из основателей квантовой электродинамики. Как тут не поверить? Наверное, не один десяток профессоров рвали на себе волосы, недоумевая, почему такая простая идея не пришла им в голову, и… разглядывая обложку майского номера журнала “Time”, на которой было написано: «Синтез или обман? Как двое ученых возбудили – и возмутили – научный мир» (“Fusion or Illusion? How two obscure chemists stirred excitement – and outrage – in the scientific world”).


Сомнения были не случайны. Ведь в общем хоре восторгов скоро послышались голоса специалистов по ядерной физике: «Палладий и дейтерий – это, конечно, замечательно, но где же нейтроны и гамма-кванты?» Дело в том, что возможных реакций ядер дейтерия (протон и нейтрон) всего три. Два дейтрона могут породить ядро гелия-4 (с выбросом излишка энергии в виде гамма-кванта), могут слиться в ядро трития (протон и два нейтрона) с выбросом лишнего нейтрона, а могут дать ядро гелия-3 (два протона и нейтрон), опять же с лишним нейтроном. Мало того – точно известна энергия лишнего нейтрона, равная 2,5 МэВ! Если такой нейтрон столкнется с ядром дейтерия, то должен возникнуть гамма-квант с энергией 2,2 МэВ.
– Ах, вам нужны нейтроны? Пожалуйста! – воскликнул профессор Флейшман и по старым связям обратился в британский ядерный центр в Харуэлле (Atomic Energy Research Establishment – AERE, Harwell) с просьбой проверить «реактор» на предмет генерации нейтронов. Центр, оснащенный по последнему слову техники, располагал весьма чувствительными нейтронными детекторами, но они не показали ничего! И гамма-лучей соответствующей энергии тоже не было! Точно такую же «дырку от бублика» нашли и другие исследовательские коллективы, повторившие опыт Флейшмана и Понса. Среди них – сотрудники авторитетнейшего Массачусетского технологического института и ближайшие соседи, физики из того же Университета Юты.
На исходе весны шумиха достигла высоких правительственных сфер. Президент Буш-старший распорядился создать экспертную группу. Вердикт ученых был суров: «Это попытка выдать желаемое за действительное, свидетельство или научной нечистоплотности, или непрофессионализма». На этом бюрократическая часть эпопеи закончилась, причем без всякой конспирологии. 
На карьере Понса и Флейшмана был поставлен жирный крест. Они так и не смогли отмыться от обвинений в профессиональной некомпетентности и жульничестве остапо-бендеровского толка (типа Васюкинского межпланетного шахматного конгресса), особенно если учесть, что Флейшман категорически отказался публиковать свои лабораторные журналы.
Казалось, вопрос закрыт. 

Флейшман и Понс

Но нет, жив курилка! В 1998 году из недр Отдела прикладных наук Центра космических и морских военных систем ВМФ США в Сан-Диего (US Navy’s Space and Naval Warfare Center) пришло сообщение, что ученым в ходе электрохимического эксперимента удалось получить тритий. Достижение принадлежало физикам Станиславу Шпаку (Stanislaw Szpak), Памеле Мозье-Босс (Pamela Mosier-Boss) и руководителю отдела Фрэнку Гордону (Frank Gordon), поддержавшему неугомонных искателей новоявленного «философского камня». И снова главную роль играл палладий! Правда, теперь он главным образом содержался в электролите (электроды изготавливались из никеля и золота). При протекании тока на электроде выделялись и дейтерий, и палладий, а процесс «упаковки» дейтериевых ядер в кристаллическую решетку происходил за считанные секунды (в отличие от нескольких дней в прежней установке Флейшмана-Понса).
Учтя горький опыт предшественников, Станислав Шпак и Памела Мозье-Босс с самого начала внимательно подошли к методикам регистрации побочных продуктов ядерного синтеза. В экспериментах они использовали хорошо зарекомендовавший себя детектор. Попадающие в него нейтроны, протоны или ядра атомов дейтерия или трития разрушают межмолекулярные связи в массиве специального пластика, и появившиеся треки можно увидеть в микроскоп. Результаты превзошли все ожидания: на близких к электродам детекторах исследователи обнаружили множество микротреков, а на удаленных – следы фонового радиоактивного излучения. Более того – эксперимент с другим (непалладиевым) электролитом показал, что никаких аномалий с треками частиц нет. 
Мнения специалистов разделились. Одни считали, что налицо очередная авантюра, а следы можно объяснить радиоактивным загрязнением электродов, другие же сочли результаты заслуживающими доверия. При этом ни сами авторы эксперимента, ни оппоненты уже не говорили об энергетической составляющей, отмечая прежде всего трансмутационный характер реакции. Поэтому работа Шпака и Мозье-Босс не привлекла и десятой доли того внимания, что заслужила история в Юте, тем более с воспроизводимостью опыта дело обстоит ненамного лучше (или хуже, кому как нравится). 


Но теперь-то всё? Как бы не так: на этот раз возмутителем спокойствия стал итальянский дуэт Андреа Росси (Andrea Rossi) – Серджо Фокарди (Sergio Focardi). Эта пара «футболистов» в 2009 году запатентовала «методику и установку для проведения экзотермической реакции между никелем и водородом, с выделением меди» (авторы сочли разумным не слишком афишировать родство с работами предыдущих «похитителей огня»). Согласно описанию, «водород нагревается при данной температуре простым электрокалорифером. Когда достигается температура воспламенения, начинается процесс производства энергии: атомы водорода проникают внутрь никеля и трансформируют его в медь». 
Теперь «реактор» представляет собой «черный ящик», названный изобретателем просто и с претензией – E-Cat (ни много ни мало, а энергетический катализатор!). Хотя в патентной заявке описаны структура и принципы общей работы устройства, любые подробности внутренней конструкции спрятаны под завесой коммерческой тайны. Кстати, ни в США, ни в Германии Росси патента не получил, его «изобретение» частично признано только в Италии. Тем не менее, ушлый изобретатель вовсю рекламирует свое творение. Правда, по каким-то известным только ему причинам грандиозные сделки по всему миру срываются в последний момент. 
Может быть, покупателям приходит в голову открыть учебник физики? Ведь давно известно, что у реакции ядерного синтеза есть некий «предел рентабельности», ограниченный «легкими» ядрами. Граница проходит через железо: все элементы тяжелее него более склонны к распаду, чем к синтезу, то есть в конечном итоге потребуется подать больше энергии, чем получить на выходе. В общем, синьор Росси передает привет от мистера Флейшмана! Ждем междупланетного шахматного конгресса…


Читать эту статью можно в онлайн версии журнала "Машины и Механизмы": http://www.21mm.ru/?mag=84#058
Всего 2 комментария
Открыть Свернуть Комментировать
Комментарии
OK OK OK OK OK OK OK
Яндекс.Метрика