Heizt sich die Kalte Fusion auf?

Fünfzehn Jahre nachdem die ersten umstrittenen Behauptungen Schlagzeilen gemacht haben, weigert sich die Kalte Fusion zu sterben. Ein kleiner Kader eingefleischter Befürworter argumentiert, dass Experimente jetzt konsistente Ergebnisse liefern. Das Physik-Establishment spottet weiterhin, aber einige Wissenschaftler, die das Feld sorgfältig beobachtet haben, sind überzeugt, dass etwas wirklich passiert. Und jetzt hat das US-Energieministerium entschieden, dass die jüngsten Ergebnisse einen neuen Blick auf die Kalte Fusion rechtfertigen.

Die Fusion der Kerne von Wasserstoffatomen treibt die Sonne an und verspricht nahezu grenzenlose Energie auf der Erde. Aber die Fusion ist außerordentlich schwer zu zähmen, weil sich die Kerne stark abstoßen. Die enorme Hitze und der Druck im Inneren der Sonne können diese Abstoßung überwältigen, und thermonukleare Bomben können diese Bedingungen auf der Erde vorübergehend erreichen. Aber der Bau eines Fusionsreaktors, der diese enorme Wärme in nutzbare Energie umwandeln kann, war eine immense Herausforderung. Nach jahrzehntelanger Forschung sind die Bedingungen für eine Fusion noch immer nur kurzzeitig erreichbar, und diese experimentellen Fusionsreaktionen produzieren weniger Energie, als für ihre Zündung benötigt wird.

Physiker waren fassungslos, als zwei Elektrochemiker der University of Utah, Stanley Pons und Martin Fleischmann, 1989 behaupteten, sie hätten die Kernfusion bei Raumtemperatur erreicht. Ihr Experiment packte Deuterium – das stabile schwere Isotop von Wasserstoff – in Palladiumelektroden. Nach vielen Betriebsstunden berichteten sie, dass mehr Wärme erzeugt wurde, als eine rein chemische Reaktion hätte erzeugen können. Zuerst sah es so aus, als ob Pons und Fleischman eine revolutionär einfache Möglichkeit gefunden hätten, Fusionsenergie zu erschließen, und Labore auf der ganzen Welt beeilten sich, das Experiment selbst auszuprobieren. Das einfach aussehende Experiment erwies sich jedoch als praktisch unmöglich zu reproduzieren, und innerhalb weniger Wochen schrieben die meisten Physiker die Kalte Fusion als Fehler ab – ein experimentelles Ergebnis, das den bekannten Gesetzen der Physik widersprach.



Doch das Potenzial grenzenloser Energie lockte eine Gruppe von Möchtegern-Revolutionären an, die weiter an dem Problem arbeiteten. Oft fanden sie nichts. Manchmal schienen ihre Experimente jedoch mehr Energie zu produzieren, als sie von chemischen Reaktionen erwarteten; zu anderen Zeiten entdeckten sie Spuren potenzieller Fusionsreaktionsprodukte, was darauf hindeutet, dass einige zuvor unbekannte physikalische Effekte am Werk sein könnten.

Die Beweise für eine neue Physik bauen sich seit Jahren auf, sagt Peter Hagelstein, außerordentlicher Professor für Elektrotechnik und Informatik am MIT, der im vergangenen August den Vorsitz der zehnten Internationalen Konferenz über Kalte Fusion in Cambridge hatte. Experimente, die unter richtig kontrollierten Bedingungen durchgeführt werden, produzieren zuverlässig mehr Wärme, als die Standardtheorie vorhersagt. Nuklearprodukte tauchen in ungefähr der richtigen Menge auf, um dieser überschüssigen Wärme Rechnung zu tragen. Es sind Muster aufgetaucht, die frühere Anomalien erklären. Als Hagelstein bei der Sitzung im August sah, wie Teile des Puzzles zusammenpassten, forderte er das Energieministerium auf, ein Gebiet zu überdenken, das kurz nach ihrer Geburt aus der orthodoxen Wissenschaft verbannt worden war.

In den letzten 15 Jahren haben Enthusiasten etwa 3.000 Manuskripte zur Kalten Fusion erstellt, aber nur sehr wenige wurden jemals in wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht. Viele Ergebnisse verflüchtigten sich unter externer Prüfung, und die Befürworter förderten Freie-Energie-Schemata, die eher nach Perpetuum mobile als nach Physik klangen. Die meisten dieser Manuskripte seien nicht hilfreich, sagt Hagelstein, ein Theoretiker mit weitreichenden Interessen in Optik, Energie und Kernphysik. Aber etwa 50 zeigen interessante, reproduzierbare Effekte. Die Wärmewirkung wurde vielfach repliziert, Hagelstein. Es funktioniert nur, wenn Deuterium in Palladiumzellen geladen wird, und niemals, wenn anstelle des schweren Isotops normaler Wasserstoff verwendet wird. Exakte Messungen mit Wärmemessgeräten haben Kritik an den ursprünglichen Experimenten beantwortet. Überschüssige Wärme wurde über das hinaus gemessen, was Hagelstein für jeden begründeten Zweifel hält.

Experimente, die überschüssige Wärme erzeugen, haben auch Helium-4, ein potenzielles Produkt der Verschmelzung zweier Deuteriumkerne, in Mengen geliefert, die mit der überschüssigen Wärme korrelieren. Die Theorie sagt voraus, dass die Fusionsreaktion 24 Millionen Elektronenvolt (MeV) Energie pro Helium-4-Kern erzeugen sollte. Eine Analyse von Michael McKubre von SRI International ergab eine Energie von 31 MeV – eine Übereinstimmung innerhalb der experimentellen Unsicherheit von plus oder minus 13 MeV. Skeptiker hatten bezweifelt, dass die Reaktion möglich war, aber Hagelstein sagt, dass McKubres Analyse der Experimente, die beim letztjährigen Kaltfusionstreffen berichtet wurde, zeigt, dass die Fusion von zwei Deuterium zu Helium-4 nicht so nussig ist, wie es zunächst schien.

McKubre hat auch festgestellt, dass die scheinbare Inkonsistenz bei der experimentellen Wärmeerzeugung aus Unterschieden in der Deuteriummenge, die in die Palladiumelektrode gepackt ist, herrührt. Immer wenn die Zahl der in das Metall geladenen Deuteriumatome der Zahl der Palladiumatome entsprach oder diese überstieg, wurde überschüssige Wärme erzeugt. Mit etwas weniger Deuterium beladenes Palladium führte zu inkonsistenten Ergebnissen, und wenn der Deuteriumspiegel stark reduziert wurde, wurde überhaupt keine überschüssige Wärme erzeugt. Die Deuteriumladung war schwer zu kontrollieren und durch die Festigkeit des Metalls begrenzt. Leider ist die Palladiumstärke schwer vorherzusagen oder zu kontrollieren und wird durch Reinigung nicht verbessert; tatsächlich brach das reinste Palladium bei niedrigeren Beladungen, und die höchste Festigkeit wurde nur in einer unreinen Charge beobachtet.

Die zunehmenden Beweise haben den Fusionsphysiker George Miley von der University of Illinois in Urbana-Champaign davon überzeugt, dass wichtige physikalische Phänomene auftreten. Skeptiker ändern ihre Meinung nicht, aber er glaubt, dass zuvor neutrale Beobachter empfänglicher für die Möglichkeit werden, dass bei diesen Experimenten ein echtes Phänomen auftritt. Doch während Forscher der Kalten Fusion nicht mehr denken, dass sie Rauch riechen, sondern Wärme fühlen, ist immer noch nicht klar, was wirklich vor sich geht. Dieses Feld wird experimentell geführt. Wir müssen die Theorien dahin bringen, wo sie anfangen, die Experimente zu leiten, sagt Miley.

Die Herausforderung für Theoretiker wie Hagelstein besteht darin, die gähnende Lücke zwischen traditioneller Kerntheorie und Experimenten der kalten Fusion zu schließen. Er vermutet, dass die Schwierigkeit in einer sehr starken Näherung liegt, die den Wurzeln von 70 Jahren Kernphysik zugrunde liegt – dass alle nuklearen Wechselwirkungen zwischen zwei Teilchen im Vakuum stattfinden. Er glaubt, dass die Annahme bei der Kalten Fusion zusammenbricht, bei der die wechselwirkenden Teilchen dicht in einem Metallgitter gepackt sind. Seine Idee ist, dass die Deuteriumkerne mit den umgebenden Palladiumatomen Schwingungsenergie oder Phononen austauschen. Dieser Austausch könnte Kernwechselwirkungen verstärken, die sonst verschwindend gering wären, sodass die Reaktionen mit den Geschwindigkeiten ablaufen können, die von Experimenten der kalten Fusion impliziert werden. Hagelsteins Theorie befindet sich noch in der Entwicklung, erreicht aber einen Punkt, an dem er überprüfbare Vorhersagen machen kann – ein wichtiger Schritt, um die Kalte Fusion zu einer glaubwürdigen Wissenschaft zu machen. Mit der Zeit werden wir hoffentlich mehr von dem Rätsel lösen, sagt er.

Eine positive Überprüfung des Energieministeriums würde die Tür zu dringend benötigter Forschungsunterstützung öffnen, aber selbst wenn die Realität der Physik festgestellt werden kann, bleiben große Fragen offen. Ist der Kaltfusionseffekt stark genug, um für die praktische Energiegewinnung genutzt zu werden? Wenn ja, wird es wahrscheinlich nicht direkt mit der heißen Fusion konkurrieren, sagt Miley, die an beiden arbeitet. Kalte Fusion funktioniert im kleinen Maßstab, daher könnte sie in kleinen dezentralen Kraftwerken ein Zuhause finden. Die natürliche Heimat der Hot Fusion liegt in der Sonne; Wenn es auf unserem Planeten kontrollierbar wäre, würde es in großen Reaktoren sein, die Strom ins Netz einspeisen.

Aber diese Ziele liegen noch in weiter Ferne. Im Moment hofft die kleine Gemeinschaft von Kaltfusionsforschern, dass sie nach 15 Jahren des Kampfes an der Schwelle zur Validierung steht.

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