Kylmäfuusio – määritelmä, historia ja nykyinen tutkimus

Kylmäfuusio – määritelmä, historia ja nykyinen tutkimus: kattava katsaus väitteisiin, kiistoihin ja uusimpiin kokeellisiin löydöksiin potentiaalisesta tulevaisuuden energialähteestä.

Kylmäfuusio tarkoittaa väitettä, että ydinfuusio tapahtuisi huoneenlämmössä ja normaalipaineessa. Ydinfuusio on prosessi, jossa monet ytimet, eli atomin ydin, joka sisältää protoneita ja neutroneita, yhdistyvät muodostaen raskaamman ytimen ja samalla vapautuu energiaa. Tavallisessa fuusiossa, kuten tähtien sisällä, tämä vaatii erittäin korkean lämpötilan ja paineen, jotta sähköstaattinen hylkimisvoima (protonien välinen Coulombin este) voidaan voittaa ja ytimet päästä lähelle toisiaan niin, että lyhytkantoinen vahva ydinvoima voi sitoa ne yhteen.

Määritelmä ja periaate

Perinteisen ydinfusion aikaansaamiseksi tarvitaan merkittävä määrä energiaa, jolla hiukkaset työnnetään riittävän lähelle toisiaan. Kun Coulombin hylkimisvoima on voitettu ja ytimet ovat riittävän lähellä, vahva ydinvoima vetää ytimet yhteen. Kylmäfuusion väitteiden mukaan jokin mekanismi voisi mahdollistaa fuusion tapahtumisen ilman tähtimäisiä olosuhteita, eli alhaisissa lämpötiloissa ja paineissa. Tällöin toivottu lopputulos olisi, että vapautuva energia olisi huomattavasti suurempi kuin yhteenpainamiseen käytetty energia.

Pons, Fleischmann ja 1989

Vuonna 1989 kaksi kemianprofessoria, Stanley Pons ja Martin Fleischmann, julkaisivat lehdessä Nature artikkelin, jossa he väittivät havainneensa kylmäfuusiolle viittaavaa ylimääräistä lämpöä elektrolyyttisissä kokeissaan. Uutinen sai suuren julkisen ja tieteellisen huomion. Pian useat ryhmät yrittivät toistaa kokeita, mutta suurin osa ei kyennyt saamaan vastaavaa ilmiötä tai esittämään selkeitä, riippumattomasti varmistettuja mittaustuloksia. Tämä epäonnistuminen toistettavuudessa johti siihen, että Ponsin ja Fleischmannin tulokset menettivät nopeasti uskottavuutensa laajassa tiedeyhteisössä.

Mitä kokeissa on raportoitu

• Joissain kokeissa on raportoitu niin kutsuttua ”ylimääräistä lämpöä” (excess heat), jota ei voitu helposti selittää tunnetuilla kemiallisilla prosesseilla.
• Harvoin on raportoitu pienten määrien neutroni- tai gammasäteilyä tai uusia alkuaineita (transmutaatioita), mutta nämä havainnot ovat yleensä olleet heikosti toistettavissa ja tilastollisesti epävarmoja.
• Jotkut tutkijat ovat raportoineet korrelaation ylimääräisen lämmön ja helium-4:n muodostumisen välillä, mikä olisi klassinen merkki fuusiosta, mutta tällaiset havainnot eivät ole saaneet laajaa, riippumatonta vahvistusta.

Miksi skeptisyys on suurta

Useita syitä tekee kylmäfuusioväitteistä vaikeasti hyväksyttäviä:

• Ilmiö näyttäisi rikkoa hyvin vahvoja ja laajasti testattuja ydinfysiikan periaatteita tai vaatisi uuden, selittämättömän mekanismin.
• Kokeelliset tulokset ovat olleet huonosti toistettavia. Riippumaton ja toistettava demonstraatio on tieteen perusedellytys.
• Odotettavissa olisi selkeitä, mitattavissa olevia tuotevirtoja (esim. neutroneja, gammasäteilyä, tiettyjä ydinjäännöksiä), joita ei ole johdonmukaisesti havaittu suhteessa väitettyyn energiamäärään.
• Monissa raportoiduissa tapauksissa mittaus- ja kalibrointivirheet, liiallinen tulkinta tai kontrolloidun kokeilun puute ovat voineet selittää havainnot.

Tieteellinen arviointi ja historia tutkimusyhteisössä

1989 Yhdysvaltain energiministeriö (DoE) teki arvion, jonka lopputulema oli varovaisen kriittinen: alkuhavaintojen perusteella ei löytynyt riittävää näyttöä hyväksyttäväksi ilmiötä. Myöhemmin tehtyjä arviointeja ovat myös pitäneet useimmat tiedeyhteisön edustajat riittämättöminä. Kuitenkin joidenkin vuosien jälkeen osa arvioista suositti rajoitettuja tutkimusohjelmia uusien mittausmenetelmien ja tarkempien protokollien kehittämiseksi; esimerkiksi 2004 DoE -arvio käsitteli ilmiötä uudelleen ja totesi tutkimuksen jatkamisen perustelluksi tietyin ehdoin, vaikka se ei vahvistanut kylmäfuusiota.

Nykyinen tutkimus (LENR) ja käytännön näkymät

Monet tutkijat ja harrastajaryhmät ovat jatkaneet tutkimusta, ja alalla käytetään usein termiä LENR (low-energy nuclear reactions). On olemassa kansainvälisiä konferensseja (esim. ICCF, International Conference on Condensed Matter Nuclear Science), joissa tutkijat esittelevät kokeitaan ja tuloksiaan. Jotkut yksittäiset ryhmät raportoivat toistettavia ilmiöitä tietyissä olosuhteissa, mutta riippumattoman yhteisön laajamittainen hyväksyntä puuttuu.

Tutkimukseen on liittynyt myös kaupallempia väitteitä ja yrityksiä, joiden laitteita on esitelty ja joiden väitetään tuottavan energiaa. Nämä väitteet ovat herättäneet suurta kiinnostusta mutta myös kriittisyyttä, koska riittävää riippumatonta validointia ei ole esitetty.

Mahdolliset vaikutukset, jos ilmiö osoittautuisi todelliseksi

Jos kylmäfuusio tai jokin LENR-mekanismi todettaisiin luotettavasti ja toistettavasti, vaikutukset olisivat valtavat: puhdas, rajaton energianlähde ilman hiilidioksidipäästöjä tai suuria radioaktiivisia jätteitä muuttaisi energiantuotannon perusteita. Tällainen läpimurto vaatisi kuitenkin selkeän teknisen replikoinnin, turvallisuustarkasteluja ja teollisen skaalaamisen mahdollisuuksien arviointia.

Yhteenveto

Kylmäfuusio on kiistanalainen aihe: se herätti 1989 paljon toivoa, mutta alkuperäisten tulosten toistettavuusongelmat ja teoreettiset vaikeudet johtivat laajaan skeptisyyteen. Siitä huolimatta osa tutkijoista jatkaa ilmiön tutkimista modernimmilla mittausmenetelmillä ja tiukemmilla protokollilla. Tieteellinen yhteisö edellyttää edelleen riippumatonta, toistettavaa näyttöä ja selkeitä ydinreaktioiden merkkejä, ennen kuin kylmäfuusio voidaan hyväksyä energialähteeksi tai luonnonilmiöksi.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä on kylmäfuusio?

K: Mitä ydinfuusion aikana tapahtuu?

K: Voisiko kylmäfuusio olla maapallon tuleva energianlähde?

K: Mitä voimia ydinfuusioon liittyy?

K: Miten ydinfuusioon osallistuvat voimat toimivat?

K: Kuka väitti luoneensa kylmäfuusion vuonna 1989?

K: Miksi tiedemiehet eivät tällä hetkellä yleisesti hyväksy kylmäfuusiota?

Hae kirjaimella