Teiginys apie laboratorijoje pažabotą Saulę prieš 25 metus buvo paneigtas. Tai kodėl gi vyriausybės ir investuotojai vėl pinigų upeliais gaivina šią išdžiuvusią vagą? Mokslas neapsiėjo be savo gėdingų momentų. Tarkime, Piltdown žmogus, trūkstama žmogaus evoliucijos grandis po 40 metų pasirodė esantis apgaulė. Arba Allan Hills meteoritas, kurio atradimu JAV prezidentas Bilas Klintonas pasidžiaugė televizijos pranešime 1996 metais, su galimais Marso gyvybės pėdsakais – tik kad ten tikriausiai jų nėra.
Teiginys apie laboratorijoje pažabotą Saulę prieš 25 metus buvo paneigtas. Tai kodėl gi vyriausybės ir investuotojai vėl pinigų upeliais gaivina šią išdžiuvusią vagą?
Mokslas neapsiėjo be savo gėdingų momentų. Tarkime, Piltdown žmogus, trūkstama žmogaus evoliucijos grandis po 40 metų pasirodė esantis apgaulė. Arba Allan Hills meteoritas, kurio atradimu JAV prezidentas Bilas Klintonas pasidžiaugė televizijos pranešime 1996 metais, su galimais Marso gyvybės pėdsakais – tik kad ten tikriausiai jų nėra.
Bet nedaugelis mokslo kliurkų nutvilkė tokiu karščiu, kaip šaltoji sintezė. 1989 metais Jutos valstijos universiteto chemikas Stanley'is Ponsas ir Martinas Fleischmannas paskelbė, kad jie laboratorijoje, kambario temperatūroje, pažabojo žvaigždėms energiją tiekiantį procesą: branduolių sintezę. Tai būtų sunkai įsivaizduojamo dydžio technologinis šuolis. Bet rezultatų patikimai ar bent patenkinamai pakartoti niekam nepavyko. Be įtikinamos teorijos, kuria galėtų paremti savo stebėjimus, Ponsas ir Fleischmannas tapo atstumtaisiais. Šaltoji sintezė – ir visi dar likę šios srities siekiai – užšalo galutinai.
©Julian Pacaud
Persikelkime nuo tų dienų ketvirtį amžiaus į ateitį, ir ore sklando atodrėkio nuojauta. Neišgirsite frazės „šaltoji sintezė“, bet nemenkos pinigų sumos patylomis teka į sritį, dabar vadinamą mažos energijos branduoline reakcijomis, kitaip LENR. Anksčiau šiais metais, JAV Atstovų Rūmų Ginkluotųjų pajėgų komitetas paskelbė „žinantis apie LENR vystymo nesenus teigiamus poslinkius“ ir pabrėžė jų potencialą „gaminti itin švarią, nebrangią atsinaujinančią energiją“ bei jų „stiprias implikacijas nacionaliniam saugumui“. Pabrėždamas Rusijos, Kinijos, Izraelio ir Indijos interesus, komitetas teigė, kad JAV negali sau leisti likti užnugaryje, ir pareikalavo, kad Gynybos sekretorius rugsėjo 22 dieną surengtų mokslo susitikimą. Atrodo, šaltoji sintezė grįžta į šilumą – bet kodėl?
Vyraujančios krypties fizikai tikintiems šaltąja sinteze ilgai turėjo paprastą atsakymą: tai neįmanoma. Norint vykdyti branduolių sintezę ir sujungti atomų branduolius į sunkesnį branduolį, reikia įveikti labai galingą elektrostatinę stūmą tarp branduolių. Tam naudojama milijonų kelvinų karštis ir slėgis. Karštosios sintezės siekiama vyraujančio mokslo pastangomis: pavyzdžiui, „International Thermonuclear Experimental Reactor“ (ITER) Prancūzijos pietuose ir daugybėje kitų projektų.
Tačiau būrelis niekad nenustojo tikėti šaltąja sinteze. JAV Naval Research Lab (NRL) tyrėjai Vašingtone, ilgai skyrė nedidelį biudžetą ir laisvą laiką, siekdami išsiaiškinti, ar branduolinės reakcijos išties gali vykti kambario temperatūroje. Ten savo veiklą pradėjo Grahamas Hubleris, kuris dabar yra direktorius Misurio universiteto Kolumbijoje Sidney Kimmel Branduolinio renesanso institute, šaltosios sintezės laboratorijoje, įkurtoje 2012 metais už filantropų skirtų 5,5 milijonų dolerių finansavimą. „Esame įsitikinę, kad čia yra kažkoks energijos šaltinis, – sako jis. – Nebūčiau ėmęsis šio darbo, jei taip nemanyčiau.“
Tas energijos šaltinis glūdi deuteryje, sunkiojoje vandenilio formoje (D). Šios sunkiojo vandenilio natūraliai yra jūros vandenyje, jo branduolyje, be protono yra dar ir vienas neutronas. Dauguma šaltosios sintezės bandymų yra vienokios ar kitokios Ponso ir Fleischmanno originalo inkarnacijos: paimamas paladžio strypas, panardinamas į kibirą sunkiojo vandens, per kibire esančią platinos vielos spiralę paleidžiama silpna srovė. Idėja – ši srovė kažkokiu būdu deuterį spaudžia į paladžio atominę gardelę taip stipriai, kad deuterio branduoliai ima jungtis, ir taip išlaisvinama energija. Atlikite viską teisingai ir iš kubinio metro jūros vandens galėsite gauti energijos, kaip iš 10 barelių naftos.
Paklauskite Davido Nagelo, kito anksčiau NRL dirbusio mokslininko, ar tokios „karščio anomalijos“, kurias kambario temperatūroje atliekamuose eksperimentuose teigia stebėję Ponsas, Fleishmannas ir kiti, yra tikros, ir jis žodžių nevynioja į vatą. „Taip, velniai rautų, taip“, – sako jis. Nagelas dabar dirba George Washington universitete Vašingtone, ir neseniai įkūrė ne pelno siekiančią LENR lobistų asociaciją LENRIA. „Nebūčiau to atlikęs, jei nemanyčiau, kad tai tikra ir svarbu, – sako jis. – Rezultatai yra ir žmonės juos ignoruoja.“
Patikimumas ir tulžingumas
Cinikas galėtų pasakyti, kad juos visus pernelyg lengva ignoruoti. „NRL per pirmuosius du metus atlikome 120 eksperimentų ir negavome absoliučiai nieko“, – sako Hubleris. Tačiau pernai NRL komanda atliko kelis pakeitimus ir sukūrė šešis anomalaus karščio įvykius. Hubleris pripažįsta, kad vos 5 procentų sėkmės lygis garbės neteikia, bet dabar tvirtina pažįstantis tyrėjus, kurių eksperimentų atkuriamumo lygis daug didesnis.
Tokių teiginių dažniausiai negalima patikrinti: dėl numanomo komercinio tokios informacijos jautrumo, bandymų atkūrimai dažniausiai vyksta už uždarų durų. „Daugelio besidarbuojančių šioje srityje žmonių akyse galima įžiūrėti dolerio ženkliuką“, – sako Hubleris.
Tai atsiliepia ir jei tulžingumas būtų tyrimų patikimumo matas, šaltosios sintezės naujojoje bangoje kažko esama. Tarkime, italas LENR tyrėjas Andrea Rossi ir jo „Leonardo Corporation“. Keletą metų Rossi bandė įtaisą, kurį vadina Energijos katalizatoriumi, trumpiau „E-Cat“, pastaruoju metu ir sulaukęs rimto finansinio užnugario. Tom Darden, $2,2 mlrd privataus akcijų fondo „Cherokee Investment Partners“ vykdantysis direktorius, per dukterinę „Industrial Heat“ įmonę, besidominčią LENR technologijomis, investavo >$10 mln į „Leonardo“.
Šių metų balandį reikalai pabjuro. Rossi pateikė Floridos teismui ieškinį prieš „Industrial Heat“, kuriame teigiama, kad Dardenas ir kiti verslo partneriai „kruopščiai ir sistemingai apgaudinėjo“ jį ir jo kompaniją, besistengdami „pasigviešti“ jo intelektinės nuosavybės teises. „Industrial Heat“ pateikė priešieškinį, kuriame teigiama, kad vienas Rossio „E-cat“ testas buvo „kruopščiai parengta apgaulė“. Abi pusės bet kokius kaltinimus neigia.
Ši saga atnaujino šaltosios sintezės kritikų amuniciją JAV ir Europoje. Tačiau Japonijoje reikalai vyko tyliau – iš pradžių mintyje turint ne energijos gamybą. 2002 metais Japonijos tarptautinės „Mitsubishi Heavy Industries“ (MHI) tyrėjai teigė panaudoję LENR technikas toksiškų, radioaktyvių elementų, tarkime, tokių, kokie susidaro įprastiniuose branduoliniuose reaktoriuose, „transmutavimui“ į kitus, mažiau pavojingus elementus. Šis darbas tebevyksta. „MHI nori sukurti branduolinių atliekų išvalymo techniką“, – sako Jirohta Kasagi iš Tohoku universiteto Švarios energijos tyrimų laboratorijos.
2013 metais „Toyota Central Research and Development Laboratories“ tyrėjai pranešė sėkmingai pakartoję pradinį eksperimentą. Pernai gruodį išspausdintoje techninėje apžvalgoje, „Mitsubishi“ teigia, kad „buvo stebėta cezio (Cs) transmutacija į prazeodimį (Pr), bario (Ba) – į samarį (Sm), stroncio (Sr) – į molibdeną (Mo), etc.“. Procesai, aiškus reikalas, buvo patentuoti. Japonijos vyriausybė, siekianti išvalyti Fukushimos branduolinio reaktoriaus avarijos vietą, dabar šiek tiek remia akademinius LENR tyrimus.
Prieš dešimtmetį NRL tyrėjai bandė atkurti „Mitsubishi“ rezultatus, ir nusiuntė komandą į Japoniją iš pirmų rankų išmokti elementų transmutavimo. Davidui Kidwellui iš NRL, atlikusiam bandymus „Mitsubishi“ laboratorine įranga, nebuvo leista su „New Scientist“ bendrauti tiesiogiai, bet NRL dokumentuose, patvirtintuose viešinimui, pateikiamas kitoks rezultatų paaiškinimas: tarša. Jie teigia, kad „MHI aplinkos tyrimais, kuriuos atliko NRL ir MHI, prazeodimio rasta įvairiose laboratorijos vietose“ ir „prazeodimio buvimą galima paaiškinti kitaip, nei transmutacija iš Cs“. „Mitsubishi“ komandai vadovavęs Yasuhiro Iwamura, atmeta NRL aiškinimą ir laikosi teiginių apie eksperimentą.
Po Fukushimos, Japonijoje irgi kilo susidomėjimo banga LENR panaudojimu energijos generavimui, – „Mitsubishi“, „Toyota“ ir „Nissan“ investavo į tai. Japonijos vyriausybės Naujos energijos ir pramonės technologijų vystymo organizacija paskelbė „Energy and the Environment New Leading Technology“ programą, kuri, be visa kita, ragino tyrinėti technologijas, kuriose karščio gamybai panaudojamos metalų reakcijos su vandeniliu. Hideki Yoshino, kalbos mokyklų magnatas, įkūrė „Clean Planet“ kompaniją, ieškodamas būdų „patenkinti mūsų energijos poreikius švaresniais, saugesniais, ir gausesniais ištekliais, tokiais kaip Saulės, geoterminė, LENR (dar vadinamos šaltąja sinteze), ir vėjo energija“.
„Clean Planet“ yra varomoji jėga „Tohuku Clean Energy Research Lab“, kur dirba Kasagi. Kasagis tikisi anomalųjį karštį gaminantį aparatą parengti rinkai iki Tokijo Olimpiados 2020. „Tikėtina karščio išeiga bus kelios dešimtys vatų ar daugiau“, – sako jis. Ko kas jis nežino, kaip patikimai skirsis šiluma, bet jis kuria teorijas, galinčias padėti pagerinti efekto atkuriamumą. „Esu kuo labiausiai suinteresuotas išsiaiškinti, kaip gali vykti branduolinė reakcija“, – pabrėžia jis.
Ko gero tai ir lieka didžiausia kliūtimi: paaiškinti, kaip LENR turėtų veikti, kai fizikai teigia, kad jis veikti negali. „Daugumą teorijų atmetu iš karto“, – sako Hubleris. Nagelas antrina. „Svarbiausia, nėra teorijos, kuri apimtų pakankamai eksperimentinių duomenų“, – sako jis.
Kai kurios idėjos nėra visiškai negyvybingos. Peter Hagelstein iš MIT pasiūlė idėją, kad deuteriu prisotinto paladžio kristalinėje gardelėje yra vakansijos, kur gali įsisprausti du deuterio atomai, ir kartais susilieti.
Kitą idėją iškėlė Allanas Widomas, fizikos teoretikas iš Šiaurės Rytų universiteto Bostone, ir Lewisas Larsenas, fizikos teoretikas ir dabar – kompanijos, siekiančios sukurti veikiantį LENR įrenginį, „Lattice Energy“, vykdantysis direktorius. Vadinamoji Widomo-Larseno teorija teigia kai ką įdomaus apie šaltąją sintezę: tai nėra sintezė.
Anomalios šilumos generavimas vyksta, nes apsuptas deuterio ir gal dar kitų priemaišų, paladžio paviršius kuria kintamą elektromagnetinį lauką, judina elektronus ir išlaisvina neutronus. Šiuos sugeria gretimi atomai, kurie transmutuoja ir išspinduliuoja gama fotonus, kuriuos sugeria kiti elektronai, išspinduliuojantys papildomą energiją šilumos pavidalu.
Joseph Zawodny iš NASA Langley tyrimų centro Virdžinijoje, mano, kad ši teorija yra „vertinga koncepcija“ galinti būti labai vaisinga. „LENR yra tik vienas iš galimų jos pritaikymų,“ sako jis. Ji nesiremia nauja fizika, ir pateikia labai konkrečias prognozes – nors jos dar kaip reikiant nepatikrintos. Zawodny darbavosi šioje srityje, tačiau pripažįsta, jo pastangos buvo „trumpos ir mažo biudžeto“. Tebesitęsianti Rossi'io „E-Cat“ kontroversija apsunkino tolesnių eksperimentų finansavimą, pažymi jis.
Be Zawodny'o negalutinių rezultatų, Widomas ir Larsenas turi grafikus, kurie turėtų parodyti atitikimą tarp jų teorinių spėjimų ir eksperimentinių stebėjimų, kokia sparta susidaro įvairių transmutacijų produktai. Bet kritikus tai nelabai įtikina, mat tai yra konroversiškų eksperimentų, vykdytų prieš kelis metus, duomenų pritaikymas „po fakto“.
George Miley iš Ilinojaus universiteto Urbana-Champaign atliko šiuos eksperimentus. Nors dabar jau emeritas, tebevykdo aktyvią veiklą. Jis 2012 metais patentavo „dislokacijų vietų formavimo“ procesą. Jame aprašomas vandenilio izotopų įkrovimas ir iškrovimas iš plonų juostų, taip vykdant, be viso kito, „branduolinių reakcijų procesus“. Miley teigia turintis veikiančią LENR technologiją, tiekiančią šimtus vatų energijos, tačiau nenori nieko daugiau sakyti apie tai. „Dar per anksti bent kiek detaliau aptarinėti šį naująjį darbą,“ sako jis.
Kas nerizikuoja…
Toks atžarumas skepticizmo išsklaidyti nepadeda, apgailestauja Zawodny. „Šaltosios sintezės stigma tebelieka, nors ir silpnesnės formos,“ sako jis. „Esame nusivylę,“ sako Hubleris. „Jei gautume bent vieną tūkstantąją pinigų, skiriamų karštajai sintezei…“
Toks palyginimas nelabai teisingas. Tiesa, karštosios sintezės stovykloje irgi niekur pernelyg neskubama. ITER iš visų pusių apgultas atidėliojimais ir viršytais kaštais, ir neveiks visu pajėgumu iki ketvirtojo dešimtmečio, o kiti projektai irgi nuo starto linijos pernelyg nenutolo. Tačiau bent jau žinome kodėl ir kaip veikia termobranduolinė sintezė – galų gale, taip energiją išgauna ir Saulė. Pažaboti šį procesą Žemėje yra monumentali inžinerijos problema.
Neišsakyta Hublerio viltis – finansuojama fundamentaliosios fizikos programa, kuri metodiškai išnagrinėtų šaltosios sintezės eksperimentus ir išsiaiškintų, kas vyksta tuose įdomiuose 5 %. Kol kas pernelyg daug aklo badymo pirštu eksperimentų ir beprotiškiausių spekuliacijų teoretikų, dažnai ignoruojančių jau atliktų eksperimentų detales, ir kartais, žinomus fizikos dėsnius.
Zawodny mato tris svarbiausias užduotis. Pirmiausia, nepriklausomas egzistuojančių anomalaus karščio kūrimo metodų patikrinimas. Antra, teoriškai paaiškinti kuo daugiau atvejų (pageidautina, viena teorija). Trečia, eksperimentiškai patikrinti tinkamos teorijos prognozes. „Manau, reikia visų trijų,“ sako jis. Jo nuomone, labiausiai kliūna, kad daugelis, prieš duodami lėšų tyrimams, nori aiškių, pakartojamų efekto tikrumo įrodymų. „Be rizikos didelio atpildo tikėtis sunku“, – pažymi jis.
Kai kas mano, kad verta mesti šį reikalą. Nors „Cherokee“ nutraukė investicijas į Rossi'o technologiją, „Woodford Investment Management“ iš Oksfordo, JK, neseniai pervedė £35 mln į „Industrial Heat“. Kompanija pripažįsta, kad tai „labai rizikinga sritis“, bet sako porą metų atidžiai stebėjusi ir nori sukurti kelias LENR technologijas su tuo, ką regi kaip gerbiamiausią šios srities žmogų. „Analizavome daugybę įvairiausių mokslininkų pranešimų, o taip pat kelių šalių vyriausybinių departamentų tyrimų medžiagą“, – sakė atstovas „New Scientist“.
„Woodfordo“ strategija – pasirinkti kandidatus, demonstruojančius tikrus sėkmės įrodymus, vystyti juos ir optimizuoti, ir tada gauti nepriklausomos trečiosios šalies patvirtinimą. „Ši sritis buvo sutikta su dideliu skepticizmiu ir mes, aišku, negalime to nematyti, – sako atstovas. – Kaip bebūtų, iki šiol matyti įrodymai kartu su potencialia nauda, rodo mums, kad šią sritį verta toliau tyrinėti.“
Akivaizdu, Ginkluotųjų pajėgų komitetas mano panašiai, bet Gynybos sekretoriaus pranešimas buvo atidėtas. Reikia dar luktelėti ir pažiūrėti, (ar) kokius šiltus žodžius jis tars.
