Külm tuumasüntees: mõiste, ajalugu ja teaduslik vaidlus

Külm tuumasüntees ehk inglise keeles "cold fusion" tähendab ideed, et tuumasüntees võiks toimuda toatemperatuuril ja normaalsel rõhul, st ilma kõrgete temperatuuride ja survega, mida tavaliselt termotuumasünteesi jaoks nõutakse. Tuumasüntees on protsess, mille käigus paljud aatomi tuumad — aatomi keskosa, mis sisaldab prootoneid ja neutroneid — on sunnitud ühinema, et moodustada raskem tuum ja selle protsessi käigus vabaneb energia. Tavapärases termotuumasünteesis on vaja väga kõrgeid temperatuure ja/ või suuri radasid, et ületada tuumade vahel elektrostaatiline tõrje; seejärel sekkub lühikese ulatusega, kuid tugev tuumajõud, mis tuumasid kokku tõmbab.

Miks on see vastuoluline?

Tuumasünteesi toimumiseks peab olema võimalik ületada prootonite vahel toimivat elektrostaatilist tõrjet (Coulomb’i barjääri). Selleks on traditsiooniliselt vajalik tohutu energiakogus, et suruda tuumad nii lähedale, et tugev tuumajõud pääseb mõjule. Väide, et sama protsess võib toimuda toatemperatuuril ja normaalsel rõhul, seab väljakutse tuntud tuumafüüsika teoreetilisele raamistikule ja nõuab väga veenvaid andmeid ning reproduktsiooniuksust — mida enamikeks teadusuuringuteks peetakse.

Historia ja tuntud juhtum

1989. aastal avaldasid kaks teadlast, Stanley Pons ja Martin Fleischmann, ajakirjas Nature artikli, milles nad teatasid, et on elektroolüütilises seadmes (plii-disum palladiumelektrodis vees, milles on deuteerium) täheldanud "liigsoojuse" ehk energiahulka, mida nad tõlgendasid kui külma tuumasünteesi tunnust. See avaldus tekitas kiire ja laialdase huvi, kuid paljudes sõltumatutes taaskatsetustes neid tulemusi ei korratud.

Empiirilised kriteeriumid ja probleemid

Kui tuumasüntees oleks tõesti toimunud, peaksid sellega kaasnema kindlad tuumakalda läbinäitajad (nn signatuurid). Uurijad on otsinud järgmisi tunnuseid:

• ülejääksoojus (excess heat) — rohkem vabanenud soojust kui võimalik oleks olnud keemiliste protsesside kaudu;
• tuumaliste produktide teke — näiteks heelium, tritium, neutronid, gammakiirgus;
• radioaktiivsuse ja osakeste emissioonid vastavalt tuumareaktsioonide kriteeriumitele.

Probleem on see, et vahendajate aruanded tihti näitasid kas ainult väikest ja ettearvamatut liigsoojust ilma korrelatsioonita oodatud nukleaarsete produktidega, või olid signaalid nii nõrgad ja ebakindlad, et neid sai seletada mõõtmisvigade, keemiliste protsesside või eksperimentaalsete artefaktidega. Seetõttu puudub üldine kokkulepe, et oleks esitatud ülekaalukas ja korduv tõestus.

Teaduslik reaktsioon ja ülevaated

Põhjalikud ülevaated ja ametlikud ekspertiisid (sealhulgas USA Energiaosakonna läbivaadangud ja paljude sõltumatute ekspertide töörühmad) on jõudnud järelduseni, et tõendid külma tuumasünteesi kohta ei ole veenvad ega reprodutseeritavad piisava kindlusega. Pärast 1989. aastat leidus mõningaid uurimisrühmi ja nn alternatiivseid uurimissuundi, mis jätkasid seda valdkonda; nad kasutasid ka terminit LENR (low-energy nuclear reactions — madalad energiad tuumareaktsioonid) enda töö kirjeldamiseks. Kriitikud rõhutavad siiski, et teadustulemused peavad olema korratavad ja vastavuses tuntud tuumafüüsikaseadustega.

Mõned eristused

Oluline on eristada külma tuumasünteesi väiteid reaalselt eksisteerivatest protsessidest, mis võivad toimuda madalatel temperatuuridel, kuid mille mehhanismid on erinevad ja sageli eksperimendile keerukad. Näiteks muonidega katalüüsitud tuumasüntees on reaalne nähtus, kus elektronide asemel asendatakse need muonitega, mis võimaldab tuumadel lähemale jõuda. Kuid muonite tekitamine nõuab suurt energiakulu, mistõttu see lahendus ei paku praktilist jaotust külma tuumasünteesi sarnase vabaenergiaallikana.

Tänane olukord ja tulevik

Enamik akadeemilist tuuma- ja füüsikakogukonda on külma tuumasünteesi suhtes jätkuvalt skeptiline, peamiselt reproducibility ja teoreetilise raamistikunõrkuse tõttu. Samas jätkub piiratud hulgal uurimistööd ning korduvad konverentsid (nt International Conference on Cold Fusion/ LENR) ja mõned ajakirjad avaldavad valdkonda käsitlevaid artikleid. Mõned ettevõtted ja erauuringud on samuti investeerinud alternatiivsetesse ideedesse, kuid need järeldused on seni vastuolulised ja tihti vaidlustatud.

Kui see osutub õigeks

Kui kunagi tõestataks veenvalt ja korduvate sõltumatute katsete kaudu, et tavalistel tingimustel vabaneb tuumalistest protsessidest oluline ja kontrollitav energiakogus, oleks sellel põllumajanduslik tähtsus: potentsiaalselt odav, väheste kasvuhoonegaasidega ja hajutatud energiaallikas. Kuid sellise tõestuse tõestamiseks peaksid olema olemas selged ja korratavad eksperimentaalsed andmed, mõõdetavad tuumalised produktid ja usaldusväärne teoreetiline kirjeldus, mis seletab, kuidas Coulomb’i barjäär ületatakse ilma kõrgete temperatuurite või suurte jõudeta.

Kokkuvõte

Külm tuumasüntees on endiselt vaieldav ja enamiku teadlaste poolt mitteaktiivselt aktsepteeritud idee: pärast 1989. aasta kärgatut avaldust ei ole esitatud üldtunnustatud ja korduvaid tõendeid, mis näitaksid, et toatemperatuuril ja normaalsel rõhul toimuksid praktilised tuumareaktsioonid, mis annaksid suure hulga energiat. Uurimine jätkub vähestes keskustes, kuid kuni ilmnevad veenvad, sõltumatult korratavad ja teoreetiliselt mõjusad tulemused, jääb teema teaduskondades kahtluse alla.

Küsimused ja vastused

K: Mis on külm termotuumasüntees?

K: Mis toimub tuumasünteesi käigus?

K: Kas külm termotuumasüntees võib olla Maa tulevane energiaallikas?

K: Millised jõud on seotud tuumasünteesi toimimisega?

K: Kuidas toimivad tuumasünteesiga seotud jõud?

K: Kes väitis 1989. aastal, et on loonud külma termotuumasünteesi?

K: Miks ei ole külm termotuumasüntees praegu teadlaste poolt üldiselt aktsepteeritud?

Otsing