Der Klimakollaps erfordert eine Energieversorgung, die weitaus billiger ist als fossile Brennstoffe, resistent gegen schlechtes Wetter und Naturkatastrophen und nachhaltig in Bezug auf Kraftstoffeinträge und Verschmutzungsausstoß. Kann eine neue, wenig verstandene Technologie aus einem stigmatisierten Bereich den Bedarf decken? Die Low Energy Nuclear Reaction (LENR) könnte sehr schnell in großem Maßstab helfen.
1989 gaben Pons und Fleischmann einen ersten Einblick in eine unerwartete und wenig verstandene Reaktion namens „kalte Fusion“, die viel Wärme und sehr wenig Strahlung erzeugt.
LENR wird von vielen großen Luft- und Raumfahrtunternehmen, führenden Autoherstellern, Startup-Unternehmen und in geringerem Maße von nationalen Labors verfolgt.
Im Laufe der Jahre haben viele Teams die Reaktion mit verschiedenen Mitteln beobachtet, und es ist ein konsistentes, wenn auch unerwartetes Muster entstanden. Experimente sind wiederholbarer, vielfältiger, eindeutiger und energiereicher geworden.
Es gibt keine teuren oder giftigen Materialien oder Verarbeitungsschritte, also könnte es der Schritt über fossile Brennstoffe hinaus sein, auf den wir gewartet haben. Es werden keine staatlich regulierten Materialien verwendet, so dass ein schneller Weg zur Kommerzialisierung möglich ist.
Die Vertrautheit mit der heißen Fusion führte zu anfänglichen falschen Erwartungen. Frühe, sehr hastige Replikationsarbeiten am MIT wurden für gescheitert erklärt, als Wärme, aber keine hochenergetischen Neutronen nachgewiesen wurden. Die Reaktionsbedürfnisse waren zunächst nicht bekannt, und viele Versuche scheiterten daran, den Kraftstoffbeladungs- und Zündenergiebedarf zu erreichen. Selbst wenn die grundlegenden Anforderungen erfüllt waren, variierten die nanoskaligen Merkmale in den Materialien und machten die Reaktion schwer zu reproduzieren. Pons & Fleischmann hatte Probleme, ihre eigenen Energieüberschussergebnisse zu wiederholen, nachdem sie ihre erste glückliche Charge Palladium aufgebraucht hatten. Heute verstehen wir besser, wie Materialfehler erforderliche hohe Energieniveaus erzeugen.
In vielen Experimenten mit LENR übersteigt die beobachtete überschüssige Wärme bekannte oder durchführbare chemische Reaktionen drastisch. Experimente sind von Milliwatt zu Hunderten von Watt gegangen. Ascheprodukte wurden identifiziert und quantitativ mit der Energieerzeugung verglichen. Es wurde hochenergetische Strahlung beobachtet, die sich völlig von der heißen Fusion unterscheidet.
Dr. McKubre von SRI International neckte die geforderten Bedingungen aus den historischen Daten heraus. LENR-Reaktionen hervorzurufen, die Übereinheitsenergie erzeugen, ein Metallgitter, das stark mit Wasserstoffisotopen beladen ist, weit aus dem Gleichgewicht getrieben durch ein Anregungssystem mit Protonenfluss und wahrscheinlich auch Elektromigration von Gitteratomen.
Eine große quantitative Charakterisierung der Ergebnisse war Dr. Miles ‚akribisches Experiment von 1995 am China Lake. LENR setzt Helium-4 und Wärme im gleichen Verhältnis frei wie die bekannte heiße Fusion, aber Neutronenemissionen und Gammastrahlen mindestens 6 Größenordnungen weniger als erwartet.
Erfolgreiche Anregungssysteme umfassten Wärme-, Druck-, Duallaser, hohe Ströme und überlappende Stoßwellen. Materialien wurden behandelt, um Fehler, Löcher, Defekte, Risse und Verunreinigungen zu erzeugen und zu manipulieren, die Oberfläche zu vergrößern und einen hohen Fluss von Protonen und Elektronenstrom bereitzustellen. Feste Übergangsmetalle beherbergen die Reaktion, einschließlich Nickel und Palladium.
Ash enthält zahlreiche Hinweise auf Metallisotope im Reaktor, die wie durch Neutronenakkumulation an Masse gewonnen haben, sowie auf verstärktes Deuterium und Tritium. Tritium wird in unterschiedlichen Konzentrationen beobachtet. Schwache Röntgenstrahlen werden zusammen mit Spuren anderer Kernteilchen beobachtet.
LENR sieht aus wie Fusion, wie ein Chemiker könnte, durch die Eingänge Wasserstoff und Ausgang Helium-4 und Transmutationsprodukte. Es sieht überhaupt nicht wie Fusion aus, wenn man es als Plasmaphysiker beurteilt — durch verräterische radioaktive Signaturen.
Die Umwandlung von Wasserstoff in Helium wird viel Energie freisetzen, egal wie es gemacht wird. LENR ist keine Nullpunktenergie oder Perpetuum Mobile. Die Frage ist, ob diese Energie mit erschwinglichen Werkzeugen freigesetzt werden kann.
Plasmaphysiker verstehen die heiße thermonukleare Fusion sehr genau. Plasma-Wechselwirkungen beinhalten nur wenige bewegliche Teile, und die Umgebung ist zufällig, so dass der Effekt auf Null gesetzt wird. Im Gegensatz dazu wird die Modellierung des LENR-Mechanismus die Festkörper-Quantenmechanik in einem System von einer Million Teilen beinhalten, das weit aus dem Gleichgewicht gebracht wird. In LENR darf ein nanoskaliger Teilchenbeschleuniger nicht aus dem Modell herausgelassen werden. Eine Theorie für LENR wird auf intellektuellen Werkzeugen beruhen, die Röntgenlaser oder Hochtemperatur-Supraleiter oder Halbleiter beleuchten.
Viele Dinge müssen geklärt werden. Wie ist das Energieniveau konzentriert genug, um eine Kernreaktion auszulösen? Was ist der Mechanismus? Wie kommen Ausgangsenergien im MeV-Bereich als offensichtliche hochenergetische Partikel heraus? Dr. Peter Hagelstein am MIT arbeitet seit vielen Jahren hart an einem „Lossy Spin Boson Model“, um einige dieser Lücken zu schließen.
Robert Godes von Brillouin Energy schlägt eine Theorie vor, die den Beobachtungen entspricht und eine Implementierung vorschlägt. Die „Controlled Electron Capture Reaction“.“ Protonen in einer Metallmatrix werden unter Hitze und Druck zu einem Bruchteil eines Angstroms eingefangen. Ein Proton kann ein Elektron einfangen und zu einem ultrakalten Neutron werden, das stationär bleibt, jedoch ohne Ladung. Dadurch kann ein anderes Proton hineintunneln und sich ihm anschließen, wodurch schwererer Wasserstoff und Wärme erzeugt werden. Das erzeugt Deuterium, das zu Tritium zu Wasserstoff-4 geht. Wasserstoff-4 ist neu in der Wissenschaft und wird vorhergesagt (und beobachtet?) zum Beta-Zerfall zu Helium-4 in etwa 30 Millisekunden. All dies ergibt insgesamt etwa 27 MeV pro Atom Helium-4 als Wärme.
Die Proton-Electron Capture-Reaktion ist in der Sonne üblich und wird durch Supercomputersimulation am PNNL vorhergesagt. Es ist das Gegenteil des Beta-Zerfalls freier Neutronen. Eine solche Reaktion ist stark endotherm und absorbiert 780 keV aus der unmittelbaren Umgebung.
Spaltexperten erwarten, dass heiße Neutronen spaltbare Atome aufbrechen. LENR macht es rückwärts – ultrakalte Neutronen (die von Neutronendetektoren nicht nachgewiesen werden können, aber leicht durch Isotopenänderungen bestätigt werden können) sind Ziele für Wasserstoff.
Daher wird Helium mit den Werkzeugen der Chemie und ohne Überwindung der Coulomb-Positivteilchenabstoßungskraft hergestellt. Und ohne radioaktive Elemente zu benötigen oder zu produzieren.
Es ist seltsam, dass LENR von der DOE, der Industrie und dem Pentagon vernachlässigt wird. Aber kein Fremder als die Geschichte der Atomkraft – ohne die Führung von Admiral Rickover und seinen persönlichen Freunden im Kongress hätte die Kernspaltungskraft für U-Boote und Kraftwerke niemals das Licht der Welt erblickt. Die am besten ausgestatteten Institutionen stören selten den Status quo.
Statt staatlicher Unterstützung werden von Privatunternehmen rasch Fortschritte erzielt. Leider bedeutet das, dass Sie nicht auf dem Laufenden bleiben können, wenn Sie sich auf ein Abonnement von „Science.“ Aber bleib dran.