Холодный термоядерный синтез

Холодный термоядерный синтез известен как одна из крупнейших научных мистификаций XX века. Долгое время большинство физиков отказывались обсуждать даже саму возможность подобной реакции. Однако недавно два итальянских ученых представили публике установку, которая, по их словам, легко его осуществляет. Неужели этот синтез все-таки возможен?

Фото: Фото: AP

В начале нынешнего года в мире науки вновь вспыхнул интерес к холодному термоядерному синтезу, или, как его называют отечественные физики, холодному термояду. Поводом для этого ажиотажа послужила демонстрация итальянскими учеными Серджио Фокарди и Андреа Росси из Университета Болоньи необычной установки, в которой, по словам ее разработчиков, этот синтез осуществляется достаточно легко.

В общих чертах работает этот аппарат так. В металлическую трубку с электрическим подогревателем помещаются нанопорошок никеля и обычный изотоп водорода. Далее нагнетается давление около 80 атмосфер. При первоначальном нагреве до высокой температуры (сотни градусов), как говорят ученые, часть молекул H₂ разделяется на атомарный водород, далее тот вступает в ядерную реакцию с никелем.

В результате этой реакции порождается изотоп меди, а также большое количество тепловой энергии. Андреа Росси объяснил, что при первых испытаниях прибора они получали от него около 10-12 киловатт на выходе, в то время как на входе система требовала в среднем 600-700 ватт (имеется в виду электроэнергия, поступающая в прибор при включении его в розетку). По всему получалось, что производство энергии в данном случае было многократно выше затрат, а ведь именно этого эффекта в свое время ждали от холодного термояда.

Тем не менее, по сообщению разработчиков, в данном приборе пока вступает в реакцию далеко не весь водород и никель, а очень малая их доля. Однако ученые уверены, что то, что происходит внутри, представляет собой именно ядерные реакции. Доказательством этого они считают: появление меди в большем количестве, чем могла бы составлять примесь в исходном "топливе" (то есть никеле); отсутствие большого (то есть измеримого) расхода водорода (поскольку он ведь мог бы выступать как топливо в химической реакции); выделяемое тепловое излучение; ну и, конечно, сам энергетический баланс.

Фото: AP

Итак, неужели итальянским физикам все-таки удалось добиться термоядерного синтеза при низких температурах (сотни градусов Цельсия — это ничто для подобных реакций, которые обычно идут при миллионах градусах Кельвина!)? Сложно сказать, поскольку до сих пор все рецензируемые научные журналы даже отклонили статьи ее авторов. Скептицизм многих ученых вполне понятен — уже много лет слова "холодный синтез" вызывают у физиков усмешку и ассоциации с вечным двигателем. Кроме того, сами авторы устройства честно признают, что тонкие детали его работы пока остаются вне их понимания.

Читайте также: Сенсация на Фабрике сверхновых звезд

Что же это за такой неуловимый холодный термояд, доказать возможность протекания которого многие ученые пытаются уже не один десяток лет? Для того чтобы понять сущность данной реакции, а также перспективность подобных исследований, давайте сначала поговорим о том, что такое вообще термоядерный синтез. Под этим термином понимают процесс, при котором происходит синтез более тяжелых атомных ядер из более легких. При этом выделяется огромное количество энергии, куда больше, чем при ядерных реакциях распада радиоактивных элементов.

Подобные процессы постоянно происходят на Солнце и других звездах, из-за чего они могут выделять и свет, и тепло. Так, например, каждую секунду наше Солнце излучает в космическое пространство энергию, эквивалентную четырем миллионам тонн массы. Эта энергия рождается в ходе слияния четырех ядер водорода (проще говоря, протонов) в ядро гелия. При этом на выходе в результате превращения одного грамма протонов выделяется в 20 миллионов раз больше энергии, чем при сгорании грамма каменного угля. Согласитесь, подобное весьма впечатляет.

Но неужели люди не могут создать реактор, подобный Солнцу, для того чтобы производить большое количество энергии для своих нужд? Теоретически, конечно, могут, поскольку прямой запрет на такое устройство не устанавливает ни один из законов физики. Тем не менее, сделать это достаточно сложно, и вот почему: данный синтез требует очень высокой температуры и такого же нереально высокого давления. Поэтому создание классического термоядерного реактора получается экономически невыгодным — на то, чтобы запустить его, нужно будет затратить куда больше энергии, чем он сможет выработать за последующие несколько лет работы.

Именно поэтому многие ученые на протяжении всего XX века пытались осуществить термоядернуюреакциюсинтезапринизких температурах и обычном давлении, то есть тот самый холодный термояд. Первое сообщение о том, что это возможно, появилось 23 марта 1989 года, когда профессор Мартин Флейшман и его коллега Стенли Понс провели в своем Университете штата Юта пресс-конференцию, где сообщили о том, как они путем почти обычного пропускания тока через электролит получили положительный энергетический выход в виде тепла и зафиксировали идущее от электролита гамма-излучение. То есть провели реакцию холодного термоядерного синтеза.

Фото: AP

В июне того же года ученые послали статью с результатами эксперимента в Nature, однако вскоре вокруг их открытия разгорелся настоящий скандал. Дело в том, что исследователи из ведущих научных центров США, Калифорнийского и Массачусетского технологических институтов, в деталях повторили этот эксперимент и подобного не обнаружили. Правда потом последовали два подтверждения, сделанные учеными из Техасского университета "Эй энд Эм" и Института технологических исследований штата Джорджия. Однако и с ними тоже получился конфуз.

При постановке контрольных экспериментов выяснилось, что электрохимики из Техаса неправильно истолковали результаты опыта — в их эксперименте повышенное выделение тепла было вызвано электролизом воды, поскольку термометр служил в качестве второго электрода (катода)! В Джорджии же нейтронные счетчики оказались настолько чувствительными, что реагировали на тепло поднесенной руки. Именно так и был зарегистрирован "выброс нейтронов", который исследователи сочли результатом реакции термоядерного синтеза.

В результате всего этого многие физики преисполнились уверенностью в том, что никакого холодного термояда нет и не может быть, а Флейшман и Понс просто-напросто смошенничали. Тем не менее, другие (а их, к сожалению, явное меньшинство) не верят в мошенничество ученых и даже в то, что здесь была просто ошибка, и надеются, что чистый и практически неисчерпаемый источник энергии сможет быть сконструирован.

К числу последних относится и японский ученый Йосиаки Арата, который несколько лет исследовал проблему холодного термояда и в 2008 году провел в Университете Осака публичный эксперимент, показавший возможность протекания термоядерного синтеза при невысоких температурах. Он и его коллеги использовали особые структуры, состоящие из наночастиц.

Это были специально подготовленные кластеры, состоящие из нескольких сотен атомов палладия. Главная их особенность состояла в том, что они имели внутри обширные пустоты, в которые можно закачивать атомы дейтерия (изотоп водорода) до очень высокой концентрации. И когда эта концентрация превысила определенный предел, данные частицы сблизились друг с другом настолько, что начали сливаться, в результате чего запустилась настоящая термоядерная реакция. Она заключалась в слиянии двух атомов дейтерия в атом лития-4 с выделением тепла.

Доказательством этого служило то, что когда профессор Арата стал добавлять дейтериевый газ к смеси, содержащей упомянутые наночастицы, ее температура поднялась до 70 градусов по Цельсию. После того как газ был отключен, температура в ячейке оставалась повышенной больше 50 часов, причем выделяемая энергия превысила затраченную. По мнению ученого, это можно было объяснить только тем, что произошел ядерный синтез.

Правда, пока эксперимент Араты также не удалось повторить ни в одной лаборатории. Поэтому многие физики продолжают считать холодный термояд мистификацией и шарлатанством. Однако сам Арата отрицает подобные обвинения, упрекая оппонентов в том, что они не умеют работать с наночастицами, поэтому-то у них ничего и не получается.

Читайте также: Коллайдер размером в стол

А вот Андреа Росси и Серджио Фокарди настроены не на бесконечные дискуссии с сомневающимися, а на решительные действия по внедрению своей установки в производство. По их словам, масштабное производство этих приборов должно развернуться в течение двух-трех лет. Ученые считают, что получаемую в их реакторе тепловую энергию можно использовать для обогрева зданий, а можно каким-либо способом трансформировать в электричество. В обоих случаях, по оценке физиков, данная энергия эта будет стоить заметно меньше той, что ныне вырабатывается из угля и нефти.

Что же, время и дальнейшие исследования покажут, была ли демонстрация установки очередным псевдонаучным мошенничеством, или разработчики реактора действительно смогли осуществить первую реакцию холодного термоядерного синтеза. И если последнее предположение подтвердиться, то предсказать, кому достанется ближайшая Нобелевская премия по физике, не так уж и сложно…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"