Fusión fría: ¿se está enfriando?
Por otro lado, el calor inicial ha ido enfriándose durante los dos últimos meses. Quizás ahora se pueda analizar el problema desde un punto de vista más tranquilo, ya que se ha frenado el ambiente cálido e incentivador provocado por la impronta y la sorpresa inicial. En estas páginas queremos ofrecer al lector vasco tres opiniones sobre este tema. Por un lado, transitaremos una nota histórica publicada por el físico Bertil Wilner en la revista Nature. Por otro lado, hemos acudido a la Facultad de Química de San Sebastián y Pedro Mª. Hemos pedido opinión al físico Etxenike y al electroquímico Toribio Fernández.
No nuevas fusiones bajo el sol
Bertil Wilner
( Nature , 18/5/1989, p. 180)
La fusión electroquímica es un tema de discusión conocido. No es un tema nuevo. En Nature, el número 27 de abril, se dio a conocer la reivindicación de Fritz Paneth y Kurt Peters en la década de 1920. Según ellos, el hidrógeno común, absorbido en el paladio, formaba helio 1. En el mismo número, Steven Dickman hace referencia al trabajo de Tandberg en los laboratorios Electrolux de Estocolmo. Este trabajo se asemeja al actual debido a la presencia de células electroquímicas y el despilfarro de calor. Mi padre, Torsten Wilner, trabajó con Tandberg en esta investigación nuclear y otras. Aún tengo sus observaciones y hay muchas perspectivas diferentes y fascinantes.
Tandberg entró en este trabajo de forma transversal. En 1925 comienza a buscar los metales adecuados para confinar hidrógeno en frigoríficos. Se interesó por el paladio, pero buscaba características opuestas (permeabilidad y capacidad de absorción de hidrógeno). El trabajo de Paneth y Peters (que querían crear helio para llenar las esceppelinas, con la “catalisis nuclear espontánea” de los átomos de hidrógeno producidos por el paladio, esperaban también la generación de calor, aspecto que no les interesaba) tuvo una gran influencia en él. En la nota de Dickman se dice que el helio fue espectroscópico. El helio era atmosférico y no producido por reacciones nucleares.
Se siguió este trabajo, Tandberg, para concentrar hidrógeno en la superficie del paladio mediante la electrólisis (pretendiendo alcanzar una alta presión de hidrógeno, según él mismo lo indica). La principal consecuencia fue la generación de energía. El título original de la solicitud de patente, realizada por Tandberg en 1927, era “Método de extracción de energía atómica”, aunque posteriormente se le dio el siguiente nombre: “Un método para obtener helio”. Fue una concesión a la oficina de patentes.
La patente no fue aceptada. La principal razón que se dio fue: Tandberg no pudo responder a la objeción más grande de la oficina: “¿Qué es el hidrógeno más concentrado?”. El mecanismo de extracción de energía necesitaba una mejor explicación y la explicación que se daba no era suficientemente completa para que una persona pudiera utilizar la invención. Tras el descubrimiento del deuterio en 1932, Tandberg y Wilner repetieron el experimento con agua pesada, probablemente proporcionada por Niels Bohr.
Se incendió la fusión y ambos comenzaron a experimentar. Se utilizaron hilos de explosión, que actualmente se utilizan en algunos laboratorios para acelerar los iones y tomar la energía necesaria para superar la repulsión de Coulomb. Los condensadores de alta tensión fueron descargados electroquímicamente a través de pequeñas varillas de paladio cargadas de deuterio. El primer día de descarga, Tandeberg pidió a mi padre que lo abandonara para que le informara de lo ocurrido en caso de explosión nuclear. No ocurrió nada espectacular, aunque el ruido generado por las descargas se hizo habitual en el laboratorio. No se obtuvieron resultados claros y decisivos, quizás por la falta de técnicas analíticas adecuadas. Observaciones que describen los experimentos, si todavía tengo varillas de paladio y agua pesada.
Tandberg y Wilner siguieron los experimentos en el sótano de la casa de mi padre. El famoso experimento de Cockroft y Walton (transformación artificial de dos partículas alfa mediante protones acelerados del isótopo 7 Li) fue repetido. En algunos experimentos posteriores, al bombardear una lámina de paladio saturada por deuterio con deuterio acelerado, se observó la reacción nuclear (d + d = 3 He + n) que ha suscitado interés. Los neutrones creados se amortiguan con cera de parafina y se detectan por activación de la plata.
Opinión de Toribio Fernández
Desde hace más de cien años es conocida la gran capacidad de absorción de hidrógeno de los metales 2. En la bibliografía hay muchos ejemplos de ello. Por ejemplo, cuando se trata de evitar procesos de corrosión, cuando el hierro se polariza de forma catódica, la polarización excesiva produce hidrógeno. El hidrógeno es absorbido por el hierro, en el interior del metal se forman burbujas de hidrógeno, la tensión aumenta y el metal se hace frágil. Deterioro de toda la malla metálica.
La idea original se mencionaba hace tiempo en la bibliografía. Dado que los metales pueden absorber gran cantidad de hidrógeno, se pensó que el deuterio se blanqueara. El deuterio tiene un neutrón y al estar sumergidos y empaquetados en el paladio, los núcleos de los átomos de deuterio superan la fuerza de repulsión de Coulomb y aumenta la posibilidad de interactuar, es decir, puede producirse una fusión.
Por otro lado, cuando la electrólisis del agua se realiza en condiciones especiales, es conocida desde hace tiempo la generación de energía sobrante. La cantidad es baja y requiere mediciones de alta precisión para su detección. Para que las cantidades de calor sean medibles, se necesitan al menos unas veinticuatro horas y los que tenemos poca experiencia calorimétrica sabemos lo difícil que es mantener un sistema cerrado sin intercambio de calor durante 24 horas. Este es el primer problema.
El segundo problema es que si el calor sobrante se debe a la fusión nuclear hay que generar neutrones y rayos gamma. Debido a que la energía que está pasando y el calor que se genera son pequeñas, el número de neutrones y la radiación también son pequeñas. Para llevar a cabo este trabajo es necesario contar con expertos de alto nivel en medidas calorimétricas y de radiación para obtener buenos resultados. Las críticas más crueles de Fleischmann se han llevado a cabo a través de la radiación cósmica que está midiendo y de la mala medición calorimétrica.
Los físicos norteamericanos han sido muy exigentes. Puede haber envidia. De hecho, en los últimos años se han gastado cientos de miles de millones de dólares para conseguir la fusión nuclear y no les gusta que un “jabonero” en el oria, como ellos dicen, se gaste tan sólo 20.000 dólares.
Por otro lado, Fleischmann es un personaje de primer orden entre los electroquímicos. Es el creador del mayor y más sólido grupo que trabaja en electroquímica. La mayoría de los electroquímicos que actualmente trabajan en el mundo han pasado por su equipo. Siempre ha trabajado en la última investigación, ha desarrollado nuevas metodologías de trabajo y ha resuelto muchas preguntas planteadas desde la antigüedad. Pons, por su parte, ha sido estudiante de Fleischmann y goza de gran prestigio a pesar de su curiosa historia. Empezó a trabajar en Norteamérica. Quería volver a la universidad, pero no lo aceptaban porque dejó pasar su oportunidad. Llegó a Inglaterra con Fleischmann.
La verdad es que yo soy escéptico. El sistema está ahí. Desde la década de 1920 se ha analizado cuatro o cinco veces. Ocurre algo que la gente no sabe explicar. Hay que dejar que las aguas se calienten. Hay que dejar que ocho o diez grupos mundiales analicen seriamente el problema. Luego los futuros. Yo estoy dispuesto a trabajar en ese mismo yo, si después de los exámenes teóricos se ve que el trabajo será fructífero y útil.
Creo que si las cosas siguen como están, la fusión fría no solucionará los problemas energéticos del mundo. La cantidad de energía que se genera es muy pequeña y el tiempo es muy largo. Si sumamos dos calorías desde el punto de vista teórico y obtenemos 20, es enorme. Sin embargo, si necesitamos cuatro días para introducir estas dos calorías y otras cuatro para sacar las veinte, el sistema de producción de energía no puede funcionar así. De momento se debe dejar ‘remojo’ el uso práctico.
Perspectiva de los físicos: Pedro Mª Etxenike
Creo que todo el problema es algo extraño. No se han seguido los canales habituales de difusión del conocimiento científico. Son mucho más prudentes. Por ejemplo, en el caso de la superconductividad a alta temperatura, los datos permanecieron primero cerrados, los referee estudiaron 3 y finalmente se publicaron. En este caso, aunque los resultados experimentales se publican en el Journal of Electrochemistry, publicado por la academia escandinava, se han realizado principalmente en periódicos de propaganda.
A mí me parece difícil que haya una reacción nuclear, como d + d = 3 He + n. La cantidad de neutrones que se generan en este tipo de reacciones nucleares es mortal para los experimentadores. En este caso, por su bien, los experimentales están vivos.
Entre ambas reivindicaciones, las de Jones 4 y las de los demás son muy diferentes. Los resultados de Jones son mil millones de veces menores.
Teóricamente es muy difícil que el paladio juegue lo suficientemente duro como para producir la fusión. El problema de la fusión es la repulsión coulombiana de dos cargas eléctricas del mismo signo. Dos cargas del mismo signo no se pueden sumar porque la posibilidad de superar la barrera coulombiana es muy pequeña. El paladio puede cambiar este potencial de repulsión, pero muy poco. Eso es lo que estamos estudiando aquí Jesús Ugalde y yo.
El paladio puede variar la probabilidad de una manera diferente. Modificando la masa efectiva de los electrones. Esto modifica la probabilidad de que un electrón se aproxime a otro. Esto se conocía hace tiempo, ya que en el caso de los muones ocurre más dramáticamente. Si la molécula de hidrógeno se formase en muones en lugar de en electrón, con un radio atómico 207 veces menor, la probabilidad aumentaría enormemente. A esto se le llama fusión por muón. La idea es muy antigua, Luis Alvarez y Sajarov han mencionado este tipo de ideas.
En este caso, aunque la masa efectiva del electrón varía mucho con la red iónica y la interacción con otros electrones hace difícil pensar en los electrones que son 207 veces más pesados.
Otra forma de reducir la interacción es reducir la repulsión coulombiana. Según hemos calculado Ugalde y yo, la probabilidad de que un protón encuentre a otro es de diez a minus 54 (curva roja de la figura 1). Si el apantallamiento cambia mucho, es decir, si se tiene en cuenta que otros electrones hacen que su repulsión sea menor, la probabilidad es de diez a minus 46 (curva azul). El cambio es enorme, cien millones, pero como hemos empezado muy bajo...
Es la forma habitual de explicar la fusión. La probabilidad de superar la barrera energética es la integral de la figura 1. Se define gráficamente como la superficie comprendida entre la curva de la figura 1 y la línea recta horizontal. Al ir de la curva roja al azul es evidente el gran cambio. Al pasar del punto b al punto c en la curva (la energía del punto c es mayor que la del punto b), la superficie disminuye considerablemente y la probabilidad aumenta. Por eso en la fusión siempre se elige un método duro, es decir, altas temperaturas y mucha energía.
En la figura 2 se puede ver lo que ocurre en el Sol. En las ordenadas se representa la temperatura a la izquierda y a la derecha la energía. La densidad en abscisas. La curva correspondiente al sol es la que está en amarillo y representa las condiciones en las que se produce la fusión. Requiere altas temperaturas y energías. La fusión fría viene representada por la parte roja, que representa las bajas temperaturas y energías. La probabilidad es muy baja. Cuando hasta ahora han tratado de hacer fusión nuclear, han trabajado en la zona marrón y morada de la imagen. El morado corresponde al método denominado ‘plasma confinado magnéticamente’ (MCP) y el marrón al llamado ‘plasma confinado por ionización’ (ICP).
En la fusión nuclear fría no salen cuentas. Hay algo muy interesante, pero no es una fusión fría. Todo el revuelo se debe a que los datos no confirmados se han puesto muy pronto ante el público. Además, el artículo de Fleischmann es oscuro y sorprendente, porque es científico de primer orden. El artículo de Jones, por ejemplo, se ha publicado en Nature porque ha respondido a las preguntas planteadas por los referee. Esto no ha ocurrido en el caso de Fleischmann. Por otro lado, las energías que reivindica Jones están dentro de la fusión fría y, aunque estén en un extremo, están dentro de la teoría.
- Paneth y Peters fueron dos físicos alemanes que anunciaron en 1926 la creación de helio a partir del hidrógeno como catalizador del paladio. Ocho meses después, rechazaron lo dicho cuando se dieron cuenta de que hubo varios errores experimentales.
- Hay que tener en cuenta que la fusión fría se produce en el paladio saturado.
- Los referee son expertos que juzgan la calidad de los artículos que se envían a revistas científicas.
- Jones, físico norteamericano, ha realizado un experimento similar al realizado por Fleischmann y Pons, pero sus resultados (generación de calor y flujo de neutrones) no son tan brillantes como los de éstos.
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