Cold fusion

Dim i magla hladne fuzije 

Od svih trikova koje je pred našim očima izveo Jezdimir Vasiljević, opsenar srpskog političkog cirkusa devedesetih godina prošlog veka, meni je najzabavniji onaj kada je, 1996, otprilike, tada već u bekstvu od zakona, patentirao “elektro-generator zatvorenog strujnog kola” koji, po rečima ovog izumitelja, radi tako da “ruši tradicionalne zakone fizike”.  Iako tehnički detalji ovog izuma nisu nigde precizno opisani, čini se da je gazda Jezda  patentirao perpetuum mobile prve vrste – motor koji bi radio bez utroška energije. Takav motor bi, razume se, proizveo revoluciju u tehničkoj civilizaciji kakvu danas imamo, a svom izumitelju doneo nezamislivo bogatstvo. Istina, gazda Jezdu nikad nije krasila skromnost, i on je uvek stremio ka samim vrhovima. Za svoj pronalazak, Vasiljević je, kažu, dobio manju finansijsku podršku Ekvadora, zemlje čiji je državljanin u to vreme bio, kasnije se volšebno obreo u Južnoj Africi, pa potom i u zatvoru u Holandiji, ali o njegovom izvanrednom pronalasku se od tada više ništa nije čulo.  Izgleda da taj revolucionarni pronalazak nije bio baš ono što je njegov izumitelj tvrdio da jeste.

Pronalazači i izumitelji neuspešnih pronalazaka mogu, čini mi se, da se grubo podele u dve granične kategorije.  (Između, naravno, postoji i ceo spektar zanesenjaka i posvećenih entuzijasta, najčešće amatera, kojima je pronalazaštvo autentična strast bez velikih finansijskih pretenzija. Ali, o njima ovde nije reč.)

Prvu bi činili ljudi koji, u suštini, nisu nikakvi izumitelji već prevaranti i opsenari, čiji je osnovni cilj da svoj “pronalazak” što brže i što skuplje unovče, a potom da se sklone daleko od javnosti pre nego što se prevara otkrije i njih stigne gnev obmanutog sveta i/ili ruka zakona. Ovakvih šarlatana je odvajkada bilo veoma mnogo, i izumitelja Vasiljevića nesumnjivo bismo mogli da svrstamo među njih. 

U drugu, manju grupu, spadaju ljudi, kvalifikovani i stručni,  koji iskreno veruju u valjanost svog pronalaska, koji su, često, proveli godine predanog rada na njemu i uložili svoj novac, reputaciju i vreme za njegovu realizaciju. Ovakvih ima mnogo manje.

Stenli Pons i Martin Flajšman su baš takvi naučnici/izumitelji, ozbiljni istraživači svetskog glasa, čija je najava otkrića hladne fuzije tokom nekoliko meseci izazivala uzbuđenje u naučnom svetu i podigla ga na noge, ali se ubrzo ustanovilo da je senzacija lažna, a hladna fuzija proglašena je za patološku nauku. Ovaj tekst je o tom neuspelom otkriću i njegovoj kasnijoj sudbini.

Ideja da bi nuklearne reakcije mogle da se koriste za proizvodnju energije za ljudsku upotrebu stara je preko 70 godina, i postoje dva tipa nuklearnih reakcija koje su od posebnog  interesa za ovu svrhu.

Prva je fisija, ili raspad, atomskog jezgra prilikom koje se neko veliko atomsko jezgro (uranijuma, na primer) raspada i pri tome oslobađa veliku količinu energije.  Današnje nuklearne elektrane upravo koriste ovaj tip reakcija za svoje funkcionisanje. Na svetu danas postoji oko 440 nuklearnih elektrana (najveći broj njih – oko – 55%  nalazi se u Sjedinjenim Američkim Drzavama, Francuskoj i Japanu) i njihov udeo je oko 15%  u ukupnoj proizvodnji električne energije na planeti. Nuklearne podmornice i nuklearni bojni brodovi za svoj pogon takođe koriste fisionu tehnologiju – umesto “motora” ova plovila imaju mali nuklearni reaktor koji ih pokreće.

Nosač aviona koji radi na nuklearni pogon

  Najpoznatija upotreba fisione reakcije je u konstrukciji “atomske” bombe, gde je eksplozivno oslobađanje  nuklearne energije nekontrolisano. U tom smislu, nuklearni reaktori su, grubo uzev, nalik na atomske bombe u kojima je reakcija suzbijana; slično kao kad bi vatru održavali dodavanjem vlažnog drveta kako se ne bi razbuktala punom snagom.

Iako korisni, fisioni reaktori predstavljaju potencijalnu opasnost po ljude, i to iz dva razloga. Prvo, u slučaju havarije na nuklearnoj elektrani, može da dođe do nekontrolisanog razbuktavanja reakcije i/ili oslobađanja radioaktivnih materija u okolinu – havarije u Černobilu 1986. (uzrok: ljudska greška) i Fukušimi 2011. (uzrok: zemljotres), primeri su takvih događaja. Drugo, nuklearni otpad koji ostane posle reakcije radioaktivan je i njegovo bezbedno odlaganje potencijalno je opasno po ljude i okolinu.

Fuzija je drugi tip nuklearne reakcije čija se energija može koristiti za ljudske potrebe.  U ovoj reakciji dolazi do spajanja dva laka atomska jezgra u jedno veće, i tom prilikom se takođe oslobađa velika količina energije. Prototip ovakve reakcije je kada se spoje dva jezgra deuterijuma (izotop vodonika) i daju jezgro helijuma.  Baš ovakav proces se odvija u centru Sunca i drugih zvezda, i daje im energiju koju one zračenjem emituju u prostor oko sebe.

Naime, jezgro deuterijuma se sastoji od jednog protona i jednog neutrona, tako da bi spoj dva takva jezgra dao jezgro sa dva protona i dva neutrona, što je upravo jezgro helijuma, inertnog i bezopasnog gasa.  Da bi se ovo postiglo, potrebno je da se deuterijumova jezgra približe skoro do preklapanja, kako bi ih nuklearne sile vezale u jednu celinu.  Ovu naizgled jednostavnu reakciju teško je ostvariti u standardnim laboratorijskim uslovima, a razlog je sasvim prost.  

Budući da su jezgra deuterijuma naelektrisana (svako sa po jednim pozitivnim naelektrisanjem koje potiče od protona), onda se njihovim sve većim približavanjem, prema Kulonovom zakonu, pojavljuju sve jače odbojne elektrostatičke sile (između istoimenih naelektrisanja) koje se protive ovom približavanju. Da bi se spajanje (fuzija) ostvarila, neophodno je savladati ove sile, ili, kako se to tehnički kaže, potrebno je savladati kulonovsku barijeru kako bi do stapanja deuterijumovih jezgara došlo. Upravo ovo je glavni tehnički problem kod realizacije nuklearne fuzije u laboratorijskim uslovima.

U prirodi, u centru Sunca recimo, temperatura iznosi oko 22 miliona stepeni, brzine deuterijumovih jezgara su zato ogromne, i prilikom uzajamnih sudara ta jezgra priđu dovoljno blizu da prevaziđu električno odbijanje, i stope se u jedno jezgro helijuma. (Istorijski, hemijski element helijum, kao proizvod ove reakcije, prvo je otkriven u spektru Suncevog zračenja, odakle potiče i naziv.)

U laboratorijama na Zemlji nuklearna fuzija se postiže  podražavnjem opisane situacije na Suncu: jezgra deuterijuma se ubrzavaju jakim magnetnim poljima do ogromnih brzina i onda se sudaraju da bi se fuzija postigla. Ovakva fuzija se još zove i vruća fuzija.  Već godinama mnoge laboratorije i instituti širom sveta eksperimentišu na ovakav način kako bi našli optimalni metod da se energija nuklearne fuzije iskoristi u komercijalne svrhe i naprave isplatljivi fuzioni reaktori (oni koji bi proizvodili više energije nego što se troši na njihovo funkcionisanje). Takvi reaktori bi za svoje gorivo koristili tešku vodu, a proizvod fuzionog sagorevanja bio bi helijum, bezopasan gas. U svakom slučaju, za postizanje nuklearne fuzije potrebne su ili ekstremno visoke temperature ili ekstremno jaka magnetna polja.

Godine 1989, na tradicionalnom Martovskom sastanku Američkog društva fizičara (APS March Meeting) koji okuplja hiljade fizičara iz celog sveta, Stenli Pons i Marti Flajšman najavili su da su postigli fuzionu reakciju na sobnoj temperaturi, i ta reakcija je ubrzo nazvana hladna fuzija. Ja sam na tom sastanku bio, i sećam se da je vest primljena s izvesnom nevericom i velikim uzbuđenjem. Naime, Martin Flajšman je bio jedan od vodećih elektrohemičara sveta, profesor Univerziteta Sauthempton, a Pons profesor Univerziteta u Juti, naučnik svetskog ranga. Malo je neobično bilo to što su oni svoje otkriće najavili na konferenciji za štampu: obično se naučni rezultati tog značaja objave u vodećem naučnom časopisu,  i prođu kroz proces kritike i ispitivanja svojih kolega pre nego što se sazove konferencija za štampu. Takođe, često se sačeka da se eksperiment ponovi i potvrdi u drugim laboratorijama. Sve to je izostalo.

Naravno, osnovno pitanje je bilo kako su Pons u Flajšman u svom eksperimentu uspeli da prevaziđu električno odbijanje jezgara deuterijuma i približe ih toliko da se ona fuzionišu. Njihovo odgovor je bio da su to postigli elektrolizom teške vode (ovo je voda koja umesto vodonika u svom molekulu ima deuterijum, tj. D2O).  Elektrolizom se iz teške vode deuterijum skuplja na jednoj elektrodi, a kiseonik na drugoj. Dodatno, elektroda na kojoj se skuplja deuterijum napravljena je od metalnog paladijuma. Ovo je bitan detalj jer je poznato da se paladijum prema deuterijumu (i vodoniku) ponaša kao sunđer: on “upija” deuterijum toliko da je njegova gustina unutar elektrode veoma velika. Pri tako velikoj gustini dolazi do sudara deuterijumovih jezgara i ona se fuzionišu. Konkretno, Pons i Flajšman su najavili da je prilikom elektrolize teške vode, koja se odvijala na oko 30 stepeni, iznenada došlo do naglog povišenja temperature vode u bazenu na oko 50 stepeni, i da se ta temperatura održavala par dana. Ovo neočekivano povišenje temperature oni su objasnili pojavom fuzije. Sveukupno gledano, ovo nije bilo nemoguće, kao što je to bio slučaj sa otkrićem  Jezdimira Vasiljevića, ali je bilo zaista neočekivano.

Kasniji eksperimenti u drugim laboratorijama nisu uspeli da ponove ove rezultate, niti su detektovali proizvode nuklearne fuzije (gama zrake, na primer), pa je već oko mesec dana kasnije otkriće Ponsa i Flajšmana odbačeno, a hladna fuzija proglašena za pseudonauku. Zanimljivo je da su, u početku, neke institucije ponudile znatna finansijska sredstva da se istraživanja hladne fuzije nastave (svoje prvobitne i višegodišnje eksperimente ova dva naučnika su finansirala svojim ličnim sredstvima), čak je bilo i saslušanje u američkom Senatu ovim povodom. Ipak, sav ovaj entuzijazam ubrzo je pao u vodu.

Stenli Pons i Martin Flajšman demonstriraju svoj izum 

Pons i Flajšman su kasnije nastavili svoja istraživanja (dobili su neka sredstva iz Japana) u Francuskoj, ali, i posle višegodišnjeg truda, nikakvi novi rezultati se nisu pojavili, i projekat je napušten. Martin Flajšman je pre par meseci umro  od srčanih komplikacija, a Stenli Pons je postao državljanin Francuske i nikad se više nije vratio istraživanju ove vrste. Hladna fuzija, i nada da se ona ostvari, pretvorila se u dim i maglu. Mnogobrojne komisije koje su ispitale prvobitne navode ova dva naučnika utvrdile su da do fuzije nije došlo, ali da su Pons i Flajšman iskreno verovali da su došli upravo do tog otkrića.

Poslednjih godina se donekle obnavlja interes za hladnu fuziju, mada se ona sada zove LENR (Low Energy Nuclear Reaction), ali niko ne očekuje da će se tim putem ukrotiti vatra zvezda i staviti u ljudsku upotrebu.