Kylmäfuusio

Kylmäfuusio tarkoittaa fuusioreaktion aikaansaamista ilman suuria lämpötiloja. Fuusiossa energiaa vapautuu samalla kun kaksi atomiydintä yhdistyy (eli fuusioituu) yhdeksi ytimeksi. Normaalisti ydinfuusio vaatii miljoonien celsiusasteiden lämpötilan. Käyttökelpoisimpana fuusiona pidetään lähinnä deuterium- tai tritiumytimien fuusioitumista heliumiksi.

Kylmäfuusiosta puhuttaessa viitataan yleensä kahden kemistin, Stanley Ponsin ja Martin Fleischmannin väitteeseen hyvin yksinkertaisilla laitteilla toteutetusta fuusioreaktiosta. Kylmäfuusioksi voidaan kuitenkin lukea myös muut, enemmän tai vähemmän tieteellisesti hyväksytyt yritykset saada aikaan hallittu fuusioreaktio ilman korkeiden lämpötilojen käyttöä. Kylmäfuusiotutkimusta harjoitetaan edelleen ympäri maailman, erityisesti Japanissa. Siitä ei ehkä ole kaupalliseen energiantuotantoon, mutta toimivana kylmäfuusio voisi esimerkiksi tuottaa neutroneja lääketieteen tarpeisiin.

Ponsin ja Fleischmannin kylmäfuusio

Kylmäfuusio nousi maailman tietoisuuteen 23. maaliskuuta 1989, kun kemistit Stanley Pons ja Martin Fleischmann Utah'n yliopistosta väittivät saaneensa aikaan fuusioreaktion lähes huoneenlämmössä ja ”lukiotason välineillä”.

Kokeessa palladium-elektrodi upotettiin raskaaseen veteen. Tästä kehittyi lämpöä, neutroneja ja gammasäteilyä.

Väite herätti paljon huomiota, mutta yksikään toinen tutkija ei pystynyt toistamaan koetta. Fleischmannin ja Ponsin mukaan tämä johtui siitä, että testausympäristö ei ollut täysin yhdenpitävä heidän kokeensa kanssa. Kuitenkaan he eivät halunneet avustaa muiden tutkijaryhmien testeissä todistaakseen teoriansa. Koko väite onkin leimattu uutisankaksi ja huijausyritykseksi. Fleischmannin ja Ponsin laitteiden esittämien ”kiistattomien todisteiden” epäillään olevan aivan luonnollista taustasäteilyä tai peräisin jostakin koetilassa olleesta laitteesta.

Francesco Piantellin kylmäfuusio

Italialainen professori Francesco Piantelli on tutkinut nikkelin ja vedyn välistä kylmäfuusiota vuodesta 1989 lähtien. Hänelle myönnettiin eurooppalainen patentti ( EP2368252 / EPO, European Patent Office) menetelmästä energian tuottamiseksi nikkelin ja vedyn välisten ydinreaktioiden avulla 16. tammikuuta 2013.

Andrea Rossin kylmäfuusio

Italialainen insinööri Andrea Rossi on vuosien ajan kehitellyt nikkelin ja vedyn väliseen kylmäfuusioon perustuvaa reaktoria, jota hän kutsuu nimellä E-Cat (energiakatalysaattori). 20. toukokuuta 2013 julkaistiin puolueeton tutkimusraportti, joka vahvistaa, että E-Cat on tehokas reaktori, jonka energiatiheys on vähintään kertaluokkaa suurempi kuin kemiallisten energianlähteiden. Samalla todettiin, että vaikka kyseessä lienee ydinreaktion tapainen ilmiö, minkäänlaista ydinsäteilyä ympäristöön ei siitä aiheudu. On lisäksi merkittävää, että E-Cat toimii kilowattien (kW) luokkaa olevilla tehoilla, jolloin mahdollisuudet energianlähteeksi käytännön tarpeisiin ovat olemassa.

Mosier-Bossin kylmäfuusio

Vuonna 2009 kalifornialaisen SPAWAR-tutkimuslaitoksen Pamela Mosier-Boss ja hänen kollegansa kertoivat havainneensa kokeessaan korkeaenergisiä neutroneita, joiden he uskovat olevan peräisin deuteriumin ja tritiumin fuusiosta.

Muut kylmäfuusion tyypit

Tämänhetkinen fysiikan tuntemus ei kiistä, etteikö fuusioreaktiota voitaisi aikaansaada myös muilla keinoin kuin korkeassa lämpötilassa. Keskeisin kysymys onkin, saavutetaanko muilla menetelmillä riittävää hyötysuhdetta reaktion ylläpitämiseen käytetyn energian ja siitä saatavan energian välillä. Tähän mennessä hyötysuhde on ollut huono.

Erityyppisiä kylmäfuusiotekniikoita:

• Myonikatalysoitu fuusio. Deuteriumytimet (tai tritium-) saadaan ohjattua lähekkäin korvaamalla ydintä kiertävä elektroni myonilla. Myoni vastaa sähköisiltä ominaisuuksiltaan elektronia (negatiivinen alkeisvaraus), mutta on painavampi ja näin kiertää lähempänä ydintä, jolloin atomin koko pienenee ja fuusioreaktioon osallistuvat ytimet saadaan lähemmäs toisiaan. Ongelmana on kuitenkin myonien tuotanto, johon vaadittava energia laskee hyötysuhdetta niin paljon, että myonikatalysoidun fuusion mahdollisuuksia energiantuotannossa ei pidetä lupaavina ainakaan ilman teknologisia läpimurtoja.

• Pyroelektrinen fuusio. Vuonna 2005 UCLA:n ryhmä raportoi saaneensa aikaan fuusioreaktion pyroelektrisessä kiteessä. Kiteen sisälle synnytettiin erittäin voimakas sähkökenttä (noin 25 GV/m), jolla kiihdytettiin ja törmäytettiin deuteriumydin deuteriumia sisältävään materiaaliin. Koe on tämän jälkeen toistettu onnistuneesti muissa laboratorioissa. Energiantuotantoon siitä ei kuitenkaan ole, sillä prosessi vaatii enemmän energiaa kuin tuottaa.

• Antimaterialla aikaansaatu fuusioreaktio. Tässä menetelmässä käytetään pieni määrä antimateriaa aloittamaan fuusioreaktiopulssi. Menetelmä on kuitenkin kaukana ratkaisusta energiaongelmiin jo antimaterian tuotantokustannusten vuoksi. Aihetta onkin tutkittu lähinnä avaruussovellukset mielessä.

• Kuplafuusio. Vuonna 2002 Rusi P. Taleyarkhan kertoi saaneensa aikaan kylmäfuusion sonoluminesenssin avulla. Menetelmässä synnytetään ääniaaltojen avulla lyhytikäisiä kuplia nesteeseen. Kuplat romahtavat nopeasti syntymisensä jälkeen synnyttäen hetkellisesti ja paikallisesti erittäin korkean lämpötilan, jossa fuusioreaktio voisi tapahtua. Tiedeyhteisön suhtautuminen kuplafuusioon ei ole yksimielistä, ja koetta toistaneet tutkijat ovat antaneet ristiriitaisia raportteja.

Aiheesta muualla

• Muonic Hydrogen WWW Home Page (englanniksi)
• UCLA Pyrofusion (englanniksi)
• Bubble Fusion at Physics Today (englanniksi)
• Kylmäfuusio (suomeksi)