Kall fusion: ”Det här måste man bejaka”

2011-02-23 12:54 Mats Lewan  

”En nyhet som kanske skulle kunna lösa energiproblematiken för mänskligheten måste man ju bejaka, i alla fall tills det kan förkastas.”<br/> Det sa professor Sven Kullander i en diskussion kring den italienska energikatalysatorn.

(English version here).

Ny Teknik bjöd in professor emeritus vid Uppsala universitet Sven Kullander, ordförande i Kungl Vetenskapsakademins energiutskott, och Hanno Essén, docent i teoretisk fysik och lektor vid KTH samt ordförande i Föreningen Vetenskap och Folkbildning, till en diskussion om italienaren Andrea Rossis så kallade energikatalysator.

(Energikatalysatorn, som demonstrerades för en inbjuden publik med vetenskapliga observatörer i januari, producerar värme genom en okänd reaktion. Apparatens reaktor laddas med nickelpulver i närvaro av hemliga katalysatorer, och trycksätts med vätgas. När apparaten ”tänds” genom värmning startar en reaktion som avger omkring 10 kilowatt värmeeffekt. Rossis hypotes är att det rör sig om en kärnreaktion där nickelkärnan tar upp en proton (atomkärnan i väte) och bildar koppar. Detta kan ses som ”kall fusion”.)

NyT: Vad var er första tanke när ni läste om detta?

Essén: Det som slog mig var att skillnaderna mot tidigare. Det har ju varit väldigt många fiaskon i fusionssammanhang. Vi börjar med Pons och Fleischmann (känt experiment 1989 som inte kunde upprepas) och på lite på senare tid den här bubbelfusionen som också innehöll oegentligheter.

Så området är väldigt bränt av många sådana händelser. Men det som verkade vara annorlunda den här gången var att en annan, fysikern Giuseppe Levi, fick testa det här oberoende. Man fick testa inmatad och utmatad effekt

Och att det verkar reproducerbart. Och att det finns en apparat. Och att det nu är det testat längre. Det är en stor skillnad som verkar avgörande.

(NyT: Den 10-11 februari 2011 genomförde Giuseppe Levi ett nytt inofficiellt test av Rossis apparat. Testet varade i 18 timmar. Läs om testet här).

Kullander: Det är flera som trott och hävdat att det inte går att få ut energi vid Bologna-experimentet (en sammanslagning mellan en nickelkärna och en proton), men eftersom jag i början av min forskarkarriär mätte utslagning av protoner och och de yttersta skalens bindningsenergier och matchning av protonernas rörelsemängder i atomkärnor upp till nickel så var det enkelt att inse att processen är fullt möjlig kinematiskt (det vill säga är en reaktion som avger energi, om den inträffar).

Det är enkelt att räkna sig fram till det, men vi har vant oss vid resonemang hur man får ut energi vid fission och fusion och kanske kan ha svårt att acceptera energiutbyte från starkt bundna kärnor.

NyT: Kullander refererar här till det faktum att kärnreaktioner som ger energi leder mot järn i det periodiska systemet. Orsaken är att kärnpartiklarna i järn är hårdast bundna – bindningsenergin per kärnpartikel i järn är högst bland alla grundämnen. Vid kärnreaktioner är det just bindningsenergin man utvinner: När partiklar binds hårdare, frigörs bindningsenergi. Därför frigörs energi när man delar stora atomkärnor ända ner till järn – detta kallas fission och används i kärnkraftverk. På samma sätt frigörs energi när man slår samman små atomkärnor upp till järn – detta kallas fusion. Resonemanget gäller dock bara kärnor av ungefär samma storlek. I det här fallet har man en kärna av nickel med hårt bundna partiklar, samt en ensam proton – väteatomens kärna – som är helt obunden. Om den kan fångas in av nickelkärnan binds den hårt (varvid kärnan ombildas till koppar) och bindningsenergin frigörs. Det är detta som menas med att reaktionen är kinematiskt möjlig – om den verkligen sker så frigörs energi.

Kullander: Den andra tanken var att det är omöjligt – och det tycker nästan alla som arbetat med kärnreaktioners dynamik– att reaktionen  ska kunna ske mellan en fri proton och en 28-värdigt laddad nickelkärna, och därför måste det ha varit något annat. Men vi behöver ju inte utesluta a priori att kärnreaktioner faktiskt sker med hjälp av lämplig katalysator.

NyT: Kullander refererar här till att både protonen och nickelkärnan är positivt laddade och alltså repellerar varandra med elektrostatiska krafter. Detta kallas Coulombbarriären. Enligt de flesta fysiker krävs det temperaturer på miljoner grader för att sätta sådan fart på protonen och nickelkärnan att de övervinner Coulombbarriären. Han nämner sedan några fysikaliska fenomen och teorier, bland annat my-inducerad fusion, där Coulumbbarriären har minskad betydelse.

Kullander: Jag tycker att vi måste beakta de experimentella faktorerna och inte för mycket hänge oss åt spekulationer om vad som kan hända teoretiskt. Vi måste vara säkra på att de gör mätningar och observationer så noggrant som möjligt, och att experimentet får upprepas av oberoende forskare – det går ju inte i det här fallet (katalysatorerna i apparaten är hemliga) – men man får lita på Rossi att han är sann med vad han förmedlar, och genom diskussioner med honom får man försöka komma fram till pålitligheten i mätningarna.

Är det här sant, så är det stort och man kanske hade agerat på motsvarande sätt.

Men patentet måste godkännas och det måste vara tillräckligt med uppgifter – alla uppgifter måste offentliggöras så att oberoende forskare kan upprepa experimentet. Sedan kan vi börja sovra bland teoretiska spekulationer och övergå till att söka förklaringar.

Essén: Då blir det vetenskap av det. När det här kommer ut kommer det att forskas rejält, och då tror jag att man kommer att förstå det också, inom något år.

NyT: Hur trovärdigt anser ni att det som presenterats är?

Essén: Det är ju hemskt svårt att gardera sig mot att någon ljuger i de här sammanhangen. Det är ju nästan omöjligt för oss att veta. Man försöker ju bedöma fysik och då utgår man ifrån att de presenterar så ärliga data som möjligt.

Det gör man som fysiker. Sedan som människa kan man alltid ha alla möjliga sociologiska och psykologiska funderingar på vad som ligger bakom.

Men är uppgifterna sanna så är de helsensationella.

Kullander: Ja, jag tycker att de använt sig av en ganska så vetenskaplig approach. Men sedan framförallt att man värmer en byggnad och har gjort det i ett år (Rossis uppgift), och att man kört experimentet i tio timmar utan annan elektricitet än 80 watt för att driva instrumenten (det senast genomförda experimentet i Bologna den 10-11 februari).

Tidigare har alla problem med kall fusion varit att den varit intermittent, den har fungerat ett tag sedan har den slutat. Men här verkar det som att de har kontinuerlig (effekt), och att de i upprepade försök når överensstämmande resultat. Det är ju också något som väcker nyfikenhet.

NyT: Ni har båda två fått ställa frågor direkt till Andrea Rossi via epost, och fått svar. Vad har ni fått för intryck av den dialogen?

Kullander: Ja, den har stärkt mitt intryck av att han är seriös. Jag finner att han är en intressant person att diskutera med, och jag har svårt att tänka mig att han är en bluffare faktiskt.

Essén: Nej, jag får samma intryck. Det verkar väldigt osannolikt att det är en ren bluff.

NyT: Vilka är de huvudsakliga osäkerheterna ni ser i materialet?

Essén: En kärnfysiker i Lund som jag haft kontakt med, Peter Ekström, tycker att det är alldeles för lite gammakvanta. Det stämmer inte med den normala kärnfysiken. Det skulle inte räcka med några centimeter bly som skärmning, det skulle behövas 80 cm bly för att skärma av det. Om det vore normal kärnfysik.

Kullander: Peter Ekström har rätt i den anmärkningen, att frånvaron av gammakvanta är en sak som man vill ha klarhet i. Energins och rörelsemängdens bevarande fordrar en högenergifoton.

NyT: I en efterföljande konversation konstaterar Kullander att den frigjorda energin, om en proton tas upp av nickelkärnan, borde vara av storleksordningen 3,5 megaelektronvolt och sändas ut som en gammafoton. Detta borde resultera i kraftig gammastrålning och inte värme.

Rossi uppger i stället att den utsända strålningen är svag, från partikelsönderfall kopplade till så kallad svag växelverkan.

NyT: Vilken skulle då den fysikaliska förklaringen kunna vara?

Essén: Det skulle kunna bildas ett plasma av bara elektroner och protoner på något sätt som är nära metallytan. Jag har ju hållit på med mycket teoretiska studier av plasmor och plasmors termostatistiska mekanik när man tar med magnetism, vilket jag är ganska ensam om. Och där händer väldigt konstiga saker.

För det första ser det ut som när man närmar sig termisk jämvikt så får man starka strömmar och starka magnetfält. Och då kanske man får väldigt höga hastigheter och möjligen några relativistiska effekter.

Och när man närmar sig ljushastigheten blir den här Coulombbarriären inte så intressant för då är magnetism och Coulomb ungefär lika starka. Det får alltså ner Coulombbarriären.

Det är min spekulation, det är det enda jag kan gissa på att det är relevant här.

NyT: Har man inte kvar problemet med gammastrålningen?

Essén: Jo, i princip har man kvar problemet. Det är väldigt mycket som kommer in, det är kvantmekanik, det är statistisk mekanik, det är elektrodynamik... Det är lätt att gå vilse någonstans. Så att någon kan räkna ut det, det tror jag inte.

NyT: Det låter på dig som att det finns ett väldigt stort fält av osäkerhet här där det här skulle kunna ha sin förklaring någonstans?

Essén: Ja, definitivt. Plasmor har aldrig varit välförstådda. Teorierna är väldigt dassiga. Fortfarande.

Kullander: För det första talar de (Rossi och Focardi) om en kärnutsträckning, alltså där krafterna från kärnan verkar, på två fermi (femtometer) och det kan vara mycket mer, de yttersta skalen kan ligga på kanske upp till tio fermi.

Min förklaringsmodell skulle kunna vara att extremer inom både atomfysiken, molekylfysiken och kärnfysiken samverkar, plus att Rossi har valt ett ämne med hög affinitet, hög möjlighet att binda (väte), och att han har varit skicklig i att maximera nickelytan.

Man ska  också ha i minnet att nickelkärnan som har 28 laddningsenheter, är utsträckt. Och långt ut, kanske 20 fermi från dess centrum, kommer en ensam proton som där kan bindas av kärnkrafter samtidigt som energi avges.

NyT: Vilken är reaktionen bland dem ni pratat med?

Essén: Det är ungefär 50-50. Många som är skeptiska kör det som alla fusionsforskare kör – Coulombbarriären kommer man inte igenom. Det är lite överförenklat tror jag.

Kullander: Jag har talat med fysikkollegor. De flesta är ganska kritiska och tror inte på experimentet, men jag har också fått höra förklaringar exempelvis om att det skulle kunna röra sig om en molekylär resonans.

Men som forskare och med en sådan här fantastisk nyhet som kanske skulle kunna bidra till att lösa energiproblematiken för mänskligheten måste man ju på allvar analysera realismen i förslaget, i alla fall tills det kan förkastas.

NyT: Anser skeptikerna att det är bluff och fejk?

Essén: Ja, de nämner till exempel en som heter Randell Mills som har hållit på länge med något han försökt skaffa pengar till. Han har någon hydrinoteori. Det tror jag inte alls på. Hans hemsida ger inget förtroende. Och hydrino skulle alltså vara att väteatomen skulle kunna kollapsa och avge energi så att elektronen kom närmare kärnan. Det strider fullständigt mot osäkerhetsprincipen. Så jag det tror inte alls på det.

NyT: Vad skiljer då en sådan företeelse som du inte tror på från detta?

Essén: Ja, jag känner inte till några oberoende rapporter av energiproduktion, som Levi har gjort, och känner inte till att han säljer några apparater. Det är skillnaden.

Kullander: Hydrino låter som en väldigt osannolik process och strider mot kvantteorins grunder. Protoninfångning i nickelkärnan kan jag däremot acceptera, men på en låg sannolikhetsnivå. Det är kinematiskt tillåtet men dynamiskt hopplöst.

Första kriteriet att det måste kunna ske kinematiskt, alltså att det är en exotermisk reaktion (som avger energi), och inte endotermisk (som kräver energi), är i varje fall uppfyllt.

NyT: Ser du om det finns någon naturlig miljö där den här processen skulle kunna inträffa?

Kullander: Ja universum. Det intressanta är faktiskt att alla element i universum initialt byggdes upp genom fusionsprocesser. Det fanns ju bara väte och helium från början. Och så var det successiva fusioner, väte blev helium, helium blev bor, och en följd av fusionsprocesser med bildning av kol, magnesium, kisel, svavel etcetera upp till järn.

Men när elementbildningen kommit till järn kan det inte bli mer fusioner (mellan ungefär lika stora kärnor) eftersom elementen kring järn (och nickel) är de starkast bundna av alla element. För att nybilda tyngre element inträder en ny mekanism med neutroninfångning och successiva betasönderfall. Och på så sätt skapas alla tunga element i universum upp till uran.

Så Bolognaforskarnas reaktion borde man kunna kalla en kosmisk reaktion. För de startar med det hårdast bundna av alla element. De kan inte nå högre element med vanlig fusion, utan det rör sig om protoninfångning med åtföljande betasönderfall – här är det protoninfångning och inte neutroninfångning som då tunga element bildas i stjärnor.

Och något som var tankeväckande i en tidigare publikation av Rossi och Focardi från 2008 var deras hypotes om vad som kan ske i nickel-vätefallet; nickel-58 isotopen fångar in en proton, övergår till koppar-59, övergår till nickel-59 genom betasönderfall, sedan fortsätter kedjan vidare till nickel-60, nickel-61 fram till nickel-64. Så nickel förbrukas inte; det övergår enligt dem under processerna i tyngre isotoper. Nickel tillsammans med väte producerar energi men det är bara bindningsenergi som utnyttjas.

Denna förklaring både chockade mig som fullständigt orimlig men den gav mig också en vibb. Det är en process som hände(r) vid elementbildning i stjärnor, men då det var neutroner som successivt fångades in i en kedja som ledde till att alla element tyngre än järn upp till uran skapades. Och vid helt andra temperaturer än i Bologna!

- - - -

Utskrift av videon ovan:

Mats Lewan: Vi sitter här på Ny Tekniks redaktion och har ett samtal kring den italienska ingenjören och uppfinnaren (Andrea Rossi)s produkt som han kallar för energikatalysator, och som producerar energi med något som tycks vara ett slags fusionsreaktion, men kanske vi inte ska kalla det så.

Här har jag professor Sven Kullander och docent Hanno Essén som vi har pratat med, och jag tänkte be dig Sven att försöka sammanfatta hur tycker att... hur du uppfattar den här uppfinningen, vad du tror om den och hur du tycker att man bör se på den i det här läget.

(Utskriven text redigerad av Kullander):

Kullander: I det här fallet gäller det att tro på uppfinnaren Rossi som säger att han har producerat värme utan någon annan tillförsel av energi än det som finns i burken. Alltså 100 kWh i tio timmar.

Och därtill har han värmt en byggnad i Bologna i ett helt år.

Sedan är själva reaktionen, nämligen protoninfångning i nickel, något helt nytt i kall-fusionssammanhang, och som alltså inte bör avfärdas utan vidare.

Men problemet är ju att Rossi och i viss mån Focardi inte släpper ut några detaljer. Man vet inte hur burken ser ut, vilka ämnen den innehåller, patentet är inte godkänt, så därför kan det inte upprepas. Och därför kan det inte bli vetenskapligt förankrat.

Frågan nu är tillförlitligheten i de uppgifter vi får oss serverade. Men jag tycker att vi måste fortsätta följa upp utvecklingen, för om experimentet skulle visa sig vara riktigt, ger det mänskligheten nya möjligheter att få en ytterligare energikälla.

Mats Lewan: Vad är det som gör att du tycker att det kan vara trovärdigt trots att det saknas vissa väsentliga bitar i informationen?

Kullander: Ja, dels att han säger det, dels är det en process som kinematiskt är fullt möjlig (en reaktion som ger energi om den verkligen sker) och dels har han optimerat på olika sätt. När det gäller nickelpulver till exempel har han maximerat ytan för att optimera vidfästningen av väte. På punkt efter punkt har han betett sig rationellt för att optimera de experimentella betingelserna. Däremot kan vi inte från molekylfysik och kärnfysik finna en acceptabel förklaring. Vi måste få mer mätdata från experimentet innan vi kan börja fundera på förklaringar.

Essén: Ja, det som jag tycker är viktigt i det här sammanhanget det är att för första gången så att säga finns en apparat som är tillverkad i många exemplar, som säljs, och som har fått testas av oberoende personer, input output, hur mycket energi kommer in hur mycket kommer ut under former som de har fått kontrollera.

Och det har inte inträffat tidigare i de här sammanhangen. Så att fysikern Levi tror på det här, och fysikern Focardi tror på det här, och de tror jag är höjda över alla tvivel. Uppfinnaren Andrea Rossi är naturligtvis svår att bedöma, men det är tillräckligt många inblandade och tillräckligt mycket bra data och rapporter för att det ska verka väldigt seriöst på det här stadiet.

Mats Lewan: Ni har båda två fått ställa frågor direkt till Andrea Rossi via epost, och fått svar. Vad har ni fått för intryck av den dialogen?

Kullander: Ja, den har stärkt min uppfattning om honom. Jag har ju inte vetat något förut men jag finner att han är en intressant person att diskutera med, och har svårt att tänka mig att han är en bluffare.

Essén: Nej, jag får samma intryck. Det verkar väldigt osannolikt att det är en ren bluff.

Mats Lewan

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkla: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

Här är reglerna för kommentarerna på NyTeknik

  Kommentarer

Dagens viktigaste nyheter

Aktuellt inom

Senaste inom

Sponsrat innehåll

ANNONS

Debatt