Fusión fría: está a arrefriarse?

1989/06/01 Barandiaran, Mariaje | Irazabalbeitia, Inaki - kimikaria eta zientzia-dibulgatzaileaElhuyar Fundazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Energia

Non novas fusións baixo o sol

Bertil Wilner
( Nature , 18/5/1989, p. 180)

A fusión electroquímica é un tema de discusión coñecido. Non é un tema novo. En Nature, o número 27 de abril, deuse a coñecer a reivindicación de Fritz Paneth e Kurt Peters na década de 1920. Segundo eles, o hidróxeno común, absorbido no paladio, formaba helio ^1. No mesmo número, Steven Dickman fai referencia ao traballo de Tandberg nos laboratorios Electrolux de Estocolmo. Este traballo aseméllase ao actual debido á presenza de células electroquímicas e o malgasto de calor. O meu pai, Torsten Wilner, traballou con Tandberg nesta investigación nuclear e outras. Aínda teño as súas observacións e hai moitas perspectivas diferentes e fascinantes.

Tandberg entrou neste traballo de forma transversal. En 1925 comeza a buscar os metais adecuados paira confinar hidróxeno en frigoríficos. Interesouse polo paladio, pero buscaba características opostas (permeabilidade e capacidade de absorción de hidróxeno). O traballo de Paneth e Peters (que querían crear helio paira encher as esceppelinas, coa “catalisis nuclear espontánea” dos átomos de hidróxeno producidos polo paladio, esperaban tamén a xeración de calor, aspecto que non lles interesaba) tivo una gran influencia nel. Na nota de Dickman dise que o helio foi espectroscópico. O helio era atmosférico e non producido por reaccións nucleares.

Seguiuse este traballo, Tandberg, paira concentrar hidróxeno na superficie do paladio mediante a electrólise (pretendendo alcanzar una alta presión de hidróxeno, segundo el mesmo indícao). A principal consecuencia foi a xeración de enerxía. O título orixinal da solicitude de patente, realizada por Tandberg en 1927, era “Método de extracción de enerxía atómica”, aínda que posteriormente déuselle o seguinte nome: “Un método paira obter helio”. Foi una concesión á oficina de patentes.

A patente non foi aceptada. A principal razón que se deu foi: Tandberg non puido responder á obxección máis grande da oficina: “Que é o hidróxeno máis concentrado?”. O mecanismo de extracción de enerxía necesitaba una mellor explicación e a explicación que se daba non era suficientemente completa para que una persoa puidese utilizar a invención. Tras o descubrimento do deuterio en 1932, Tandberg e Wilner repetieron o experimento con auga pesada, probablemente proporcionada por Niels Bohr.

Incendiouse a fusión e ambos comezaron a experimentar. Utilizáronse fíos de explosión, que actualmente se utilizan nalgúns laboratorios paira acelerar os iones e tomar a enerxía necesaria paira superar a repulsión de Coulomb. Os condensadores de alta tensión foron descargados electroquímicamente a través de pequenas varillas de paladio cargadas de deuterio. O primeiro día de descarga, Tandeberg pediu ao meu pai que o abandonase para que lle informase do ocorrido en caso de explosión nuclear. Non ocorreu nada espectacular, aínda que o ruído xerado polas descargas fíxose habitual no laboratorio. Non se obtiveron resultados claros e decisivos, quizais pola falta de técnicas analíticas adecuadas. Observacións que describen os experimentos, si aínda teño varillas de paladio e auga pesada.

Tandberg e Wilner seguiron os experimentos no soto da casa do meu pai. O famoso experimento de Cockroft e Walton (transformación artificial de dúas partículas alfa mediante protones acelerados do isótopo ⁷ Li) foi repetido. Nalgúns experimentos posteriores, ao bombardear una lámina de paladio saturada por deuterio con deuterio acelerado, observouse a reacción nuclear (d + d = ³ Hei + n) que suscitou interese. Os neutróns creados amortécense con cera de parafina e detéctanse por activación da prata.

Opinión de Toribio Fernández

Desde fai máis de cen anos é coñecida a gran capacidade de absorción de hidróxeno dos metais ^2. Na bibliografía hai moitos exemplos diso. Por exemplo, cando se trata de evitar procesos de corrosión, cando o ferro se polariza de forma catódica, a polarización excesiva produce hidróxeno. O hidróxeno é absorbido polo ferro, no interior do metal fórmanse burbullas de hidróxeno, a tensión aumenta e o metal faise fráxil. Deterioración de toda a malla metálica.

A idea orixinal mencionábase hai tempo na bibliografía. Dado que os metais poden absorber gran cantidade de hidróxeno, pensouse que o deuterio se blanqueara. O deuterio ten un neutrón e ao estar mergullados e empaquetados no paladio, os núcleos dos átomos de deuterio superan a forza de repulsión de Coulomb e aumenta a posibilidade de interactuar, é dicir, pode producirse una fusión.

Doutra banda, cando a electrólise da auga realízase en condicións especiais, é coñecida desde hai tempo a xeración de enerxía sobrante. A cantidade é baixa e require medicións de alta precisión paira a súa detección. Para que as cantidades de calor sexan medibles, necesítanse polo menos unhas vinte e catro horas e os que temos pouca experiencia calorimétrica sabemos o difícil que é manter un sistema pechado sen intercambio de calor durante 24 horas. Este é o primeiro problema.

O segundo problema é que si a calor sobrante débese á fusión nuclear hai que xerar neutróns e raios gamma. Debido a que a enerxía que está a pasar e a calor que se xera son pequenas, o número de neutróns e a radiación tamén son pequenas. Paira levar a cabo este traballo é necesario contar con expertos de alto nivel en medidas calorimétricas e de radiación paira obter bos resultados. As críticas máis crueis de Fleischmann leváronse a cabo a través da radiación cósmica que está a medir e da mala medición calorimétrica.

Os físicos norteamericanos foron moi esixentes. Pode haber envexa. De feito, nos últimos anos gastáronse centos de miles de millóns de dólares paira conseguir a fusión nuclear e non lles gusta que un “jabonero” no oria, como eles din, gástese tan só 20.000 dólares.

Doutra banda, Fleischmann é un personaxe de primeira orde entre os electroquímicos. É o creador do maior e máis sólido grupo que traballa en electroquímica. A maioría dos electroquímicos que actualmente traballan no mundo pasaron polo seu equipo. Sempre traballou na última investigación, desenvolveu novas metodoloxías de traballo e resolveu moitas preguntas expostas desde a antigüidade. Pons, pola súa banda, foi estudante de Fleischmann e goza de gran prestixio a pesar da súa curiosa historia. Empezou a traballar en Norteamérica. Quería volver á universidade, pero non o aceptaban porque deixou pasar a súa oportunidade. Chegou a Inglaterra con Fleischmann.

A verdade é que eu son escéptico. O sistema está aí. Desde a década de 1920 analizouse catro ou cinco veces. Ocorre algo que a xente non sabe explicar. Hai que deixar que as augas se quenten. Hai que deixar que oito ou dez grupos mundiais analicen seriamente o problema. Daquela os futuros. Eu estou disposto a traballar nese mesmo eu, se despois dos exames teóricos vese que o traballo será frutífero e útil.

Creo que se as cousas seguen como están, a fusión fría non solucionará os problemas enerxéticos do mundo. A cantidade de enerxía que se xera é moi pequena e o tempo é moi longo. Se sumamos dúas calorías desde o punto de vista teórico e obtemos 20, é enorme. Con todo, se necesitamos catro días paira introducir estas dúas calorías e outras catro paira sacar as vinte, o sistema de produción de enerxía non pode funcionar así. De momento débese deixar ‘remojo’ o uso práctico.

Perspectiva dos físicos: Pedro Mª Etxenike

Creo que todo o problema é algo estraño. Non se seguiron as canles habituais de difusión do coñecemento científico. Son moito máis prudentes. Por exemplo, no caso da superconductividad a alta temperatura, os datos permaneceron primeiro pechados, os referee estudaron ³ e finalmente publicáronse. Neste caso, aínda que os resultados experimentais publícanse no Journal of Electrochemistry, publicado pola academia escandinava, realizáronse principalmente en xornais de propaganda.

A min paréceme difícil que haxa una reacción nuclear, como d + d = ³ Hei + n. A cantidade de neutróns que se xeran neste tipo de reaccións nucleares é mortal paira os experimentadores. Neste caso, polo seu ben, os experimentais están vivos.

Entre ambas as reivindicacións, as de Jones ⁴ e as dos demais son moi diferentes. Os resultados de Jones son mil millóns de veces menores.

Teoricamente é moi difícil que o paladio xogue o suficientemente duro como paira producir a fusión. O problema da fusión é a repulsión coulombiana de dúas cargas eléctricas do mesmo signo. Dúas cargas do mesmo signo non se poden sumar porque a posibilidade de superar a barreira coulombiana é moi pequena. O paladio pode cambiar este potencial de repulsión, pero moi pouco. Iso é o que estamos a estudar aquí Jesús Ugalde e eu.

O paladio pode variar a probabilidade dunha maneira diferente. Modificando a masa efectiva dos electróns. Isto modifica a probabilidade de que un electrón se aproxime a outro. Isto coñecíase hai tempo, xa que no caso dos muones ocorre máis dramaticamente. Se a molécula de hidróxeno formásese en muones en lugar de en electrón, cun radio atómico 207 veces menor, a probabilidade aumentaría enormemente. A isto chámaselle fusión por muón. A idea é moi antiga, Luís Alvarez e Sajarov mencionaron este tipo de ideas.

Neste caso, aínda que a masa efectiva do electrón varía moito coa rede iónica e a interacción con outros electróns fai difícil pensar nos electróns que son 207 veces máis pesados.

Outra forma de reducir a interacción é reducir a repulsión coulombiana. Segundo calculamos Ugalde e eu, a probabilidade de que un protón atope a outro é de dez a minus 54 (curva vermella da figura 1). Se o apantallamiento cambia moito, é dicir, se se ten en conta que outros electróns fan que o seu repulsión sexa menor, a probabilidade é de dez a minus 46 (curva azul). O cambio é enorme, cen millóns, pero como empezamos moi baixo...

É a forma habitual de explicar a fusión. A probabilidade de superar a barreira enerxética é a integral da figura 1. Defínese gráficamente como a superficie comprendida entre a curva da figura 1 e a liña recta horizontal. Ao ir da curva vermella ao azul é evidente o gran cambio. Ao pasar do punto b ao momento c na curva (a enerxía do punto c é maior que a do punto b), a superficie diminúe considerablemente e a probabilidade aumenta. Por iso na fusión sempre se elixe un método duro, é dicir, altas temperaturas e moita enerxía.

Na figura 2 pódese ver o que ocorre no Sol. Nas ordenadas represéntase a temperatura á esquerda e á dereita a enerxía. A densidade en abscisas. A curva correspondente ao sol é a que está en amarelo e representa as condicións nas que se produce a fusión. Require altas temperaturas e enerxías. A fusión fría vén representada pola parte vermella, que representa as baixas temperaturas e enerxías. A probabilidade é moi baixa. Cando até agora trataron de facer fusión nuclear, traballaron na zona marrón e morada da imaxe. O morado corresponde ao método denominado ‘plasma confinado magnéticamente’ (MCP) e o marrón ao chamado ‘plasma confinado por ionización’ (ICP).

Na fusión nuclear fría non salguen contas. Hai algo moi interesante, pero non é una fusión fría. Todo o balbordo débese a que os datos non confirmados puxéronse moi pronto ante o público. Ademais, o artigo de Fleischmann é escuro e sorprendente, porque é científico de primeira orde. O artigo de Jones, por exemplo, publicouse en Nature porque respondeu ás preguntas expostas polos referee. Isto non ocorreu no caso de Fleischmann. Doutra banda, as enerxías que reivindica Jones están dentro da fusión fría e, aínda que estean nun extremo, están dentro da teoría.

1. Paneth e Peters foron dous físicos alemáns que anunciaron en 1926 a creación de helio a partir do hidróxeno como catalizador do paladio. Oito meses despois, rexeitaron o devandito cando se deron conta de que houbo varios erros experimentais.
2. Hai que ter en conta que a fusión fría prodúcese no paladio saturado.
3. Os referee son expertos que xulgan a calidade dos artigos que se envían a revistas científicas.
4. Jones, físico norteamericano, realizou un experimento similar ao realizado por Fleischmann e Pons, pero os seus resultados (xeración de calor e fluxo de neutróns) non son tan brillantes como os destes.