Zvětšit obrázek

Martin Fleischmann a Stanley Pons s nejdůležitější částí přístroje pro elektrolýzu těžké vody, při které měla probíhat fúze jader atomů deuteria – deuteronů.

Před třemi dny se na Oslu objevil článek o studené fúzi, kterou údajně uskutečnili italští „fyzikové“. Abych lépe osvětlil, proč si myslím, že nová italská etapa v historii studené fúze je jen velký humbuk, vrátím se k počátku tohoto oboru. Ten začal v březnu roku 1989, když Martin Fleischmann a Stanley Pons ohlásili, že při experimentech s elektrolýzou těžké vody pomocí paládiových elektrod pozorují mírný přebytek tepla měřený kalorimetricky. Ten nedokázali vysvětlit jinak, než jako důsledek jaderných reakcí za pokojové teploty. Zároveň prý pozorovali slabé náznaky detekce záření, které mělo být produktem těchto reakcí. Pak se ovšem ukázalo, že evidence produktů reakcí byla chybná a v pozdějších článcích se jí už nevěnovali, zaměřili se pouze na kalorimetrii. Ihned po tiskové konferenci, na které svůj objev ohlásili, řada laboratoří jejich relativně velmi jednoduchý experiment zopakovala. Ve většině případů se přebytek tepla nepozoroval. V těch, jež dospěly k nějakým pozitivním výsledkům, se naměřené hodnoty tohoto přebytku výrazně rozcházely. Nikdy ale nedosáhly více než pár desítek procent energie dodané do systému. V oblasti detekce produktů reakcí byla situace ještě horší. Pokud se něco podařilo pozorovat, tak to bylo absolutně nereprodukovatelné. Později se většinou našla chyba v experimentálním uspořádání či interpretaci měření. Velkým počtem následných, daleko přesnějších experimentů byla měření M. Fleischmanna a S. Ponse vyvrácena.

Zvětšit obrázek

Přibližné schéma italského „zesilovače energie“. (zdroj)

Co se podle M. Fleischmanna a S. Ponse mělo v jejich zařízení dít? Za katalytického účinku paládia se v průběhu elektrolýzy měla slučovat jádra deuteria, izotopu vodíku se dvěma nukleony - jedním protonem a jedním neutronem. Vodík má z atomových jader nejmenší náboj. Jejich slučování tedy brání nejmenší odpudivá elektrická síla, která vytváří tzv. coulombovskou bariéru. Ta je u všech dalších prvků vyšší, proto jejich slučování je ještě náročnější. Ovšem i pro vodíky je tato bariéra natolik vysoká, že za normálních podmínek se přes ni jádra s rozložením kinetických energií odpovídajícím pokojové teplotě mohou dostat pouze kvantovým tunelováním. A to je extrémně málo pravděpodobný jev. U slučovacích reakcí vodíku je jeden z nejlepších poměrů mezi energií uvolněnou fúzí a hmotností jader. Zároveň si tuto energii odnášejí vzniklá jádra či neutrony. U jader se velmi lehce kinetická energie přemění na tepelnou energii prostředí, ve kterém se vzniklé jádro pohybuje. Stejně je tomu i u neutronů, zvláště pak v případě, že prostředí obsahuje lehké prvky, třeba právě vodík. Z toho je vidět, že právě v tomto případě je největší naděje na uskutečnění fúze v nezanedbatelném množství při pokojové teplotě, pokud by nějaký zatím neznámý fyzikální proces toto umožňoval.

Zvětšit obrázek

Podnikavý Andrea Rossi z americké korporace Leonardo při velkém vynálezu – malém, téměř příručním „fúzním reaktoru“.

Sergio Focardi a Andrea Rossi ve svém zařízení využívají proud vodíku dopadající na práškový nikl, přičemž by mělo podle nich docházet k fúzi protonů s niklem za vzniku jader mědi. Náboj jádra niklu je 28krát větší než náboj protonu, zhruba tolikrát větší je i coulombovská bariera, přes kterou se oproti situaci u M. Fleischmanna a S. Ponse musí proton dostat. Energie uvolněná při jedné fúzi protonu a niklu a následném rozpadu beta je srovnatelná nebo spíše menší než při fúzních reakcích deuteronu s deuteronem. Navíc je uvolněná energie podle situace dominantně předána elektronu, pozitronu, fotonům gama a neutrinům. To jsou částice, které ji daleko hůře předávají okolnímu materiálu. Neutrina dokonce neinteragují vůbec a energie, kterou získala, je odnášena pryč. Z toho je vidět, že situace v tomto případě je o mnoho řádů méně výhodná pro uskutečňování fúze a přeměnu uvolněné energie na teplo než u slučování deuteronů.

Zvětšit obrázek

Ve svém odborném článku, který se nepodařilo publikovat v žádném seriózním vědeckém časopisu, dvojice Focardi – Rossi uvádí ohromující hodnoty energetického zisku – poměru výstupní a vstupní energie. „Trapný“ jenom 80 násobek mělo na svědomí znečištění „paliva“. Zdroj: S. Focardi, A. Rossi A new energy source from nuclear fusion, march 2010.

S. Focardi a A. Rossi navíc prezentují zařízení, u kterého: „Pro další chod už stačí příkon 400 W. Zařízení každou minutu promění 292 g 20 °C teplé vody na páru o teplotě 101 °C, což odpovídá výkonu cca 12 400 W. Energetický zisk tedy činí 31 násobek vložené energie.“ Pokud tolik páry toto zařízení opravdu za minutu vyrobí, tak dostaneme uvedený výkon. To je jednoduchý fyzikální příklad snad i pro žáka základní školy. Problém je, že je to výkon za daných podmínek strašlivě velký. Pokud se podíváme do tabulky energií uvolněných při fúzi a následném rozpadu beta, uvedené v předchozím článku, vidíme, že i když energie obou následných procesů sečteme, dostaneme energii méně než 10 MeV. I kdybychom předpokládali, že se uvolní energie okolo zmíněných 10 MeV a všechna se přemění na teplo (absolutně nereálné), muselo by pro zajištění uváděného výkonu za sekundu proběhnout 10¹⁶ reakcí. V našem případě však navíc je poločas rozpadu beta možných produkovaných radioaktivních izotopů mědi od 81 s do téměř třinácti hodin, takže realizace veškeré potenciální energie se zdržuje. Tato energie se většinou uvolňuje ve formě záření gama. Fotony mívají energie v řádech stovek kiloelektronvoltů, takže na každou fúzi by jich mělo být několik. Jak už jsem zmínil, zajistit efektivní transformaci energie elektronů, pozitronů a fotonů gama na tepelnou energii okolního prostředí je velmi náročné a nezanedbatelná část energie by se také ztratila se vzniklými neutriny. Vidíme to třeba i u radioizotopových zdrojů, které místo rozpadu alfa využívají rozpad beta (blíže v článku Jaderné zdroje pro vesmírnou kolonizaci).

Důsledkem je, že pro zajištění uváděné produkce páry musí probíhat o mnoho řádů více reakcí než je zmíněných 10¹⁶. To by z relativně malého stolního zařízení dělalo zářič s aktivitou vysoce přesahující terabecquerely. Navíc by se díky dlouhému poločasu rozpadu některých radioizotopů mědi musela radioaktivita v průběhu chodu přístroje kumulovat. Vznikl by tak nebezpečný zdroj záření, jehož gama emise by se musely dát velice dobře měřit. Podle jejich charakteristik by se pak dalo přesně určit, jaká jádra se v případných fúzních reakcích tvoří.

Zvětšit obrázek

V průběhu veřejného předvádění měřil Focardiho kolega David Bianchini z Katedry fyziky slavné Boloňské university radioaktivitu v blízkosti přístroje. Údaje (v nanosievertech za hodinu) dokazují, že kromě přirozeného pozadí nic zvláštního nezaregistroval v žádné fázi prezentace. (Zdroj)

To, že nejspíše žádná radioaktivita nevzniká, potvrzují i dozimetrická měření (viz tabulka). Ta sice nemohou vyloučit aktivitu uvnitř zařízení, ale při její předpokládané intenzitě by stínění muselo být velice sofistikované a masivní. I bez ohledu na radioaktivitu by zařízení, které Italové nazývají „zesilovač energie“, bylo nebezpečné. Produkovalo by nemalý výkon o více než jeden řád větší, než je příkon v situaci, kdy vůbec nevíme, co v něm probíhá. Nedá se odhadnout, zda jej lze ovládat a zda najednou daný výkon nevzroste třeba ještě o další řád. Samozřejmě za předpokladu, že tvrzení autorů jsou pravdivá. Jejich chování při předvádění na tiskovce spíše naznačuje, že moc dobře ví, co a jak se v jejich zařízení děje a že se není čeho bát. Alespoň co se samotného přístroje týká.

U experimentu se studenou fúzí Martina Fleischmanna a Stanleye Ponse byl jimi naměřený malý přebytek energie dán nepřesností situace v měřícím zařízení a experimentální nejistotou při kalorimetrickém měření. Selhání při detekci produktů předpokládaných „jaderných reakcí“ pak vzniklo podle mého názoru tím, že měli minimální zkušenosti s experimenty v jaderné fyzice. Myslím si, že u nich se jednalo o experimentální chybu a hlavní jejich problém vidím ve způsobu prezentace výsledků nejistých měření bez důkladného ověření a vědecké diskuze. U současného zařízení jsem přesvědčen, že jde o podvod. I když by bylo opravdu krásné, kdyby šlo získat fúzní zdroj tak jednoduchým způsobem, italská „studená fúze“ je dokonce za hranicí fantastiky. Nedávno mě jeden z diskutujících pod článkem Není teplota jako teplota a chladno jako chladno označil za příznivce sci-fi a fantastu, ale fantastiku italského kalibru skousnout přece jen nedokážu.