Знание-сила, 2008 № 07 (973)

Холодный синтез 1989 - 2007 - ?

О том, что ядерный синтез может происходить при комнатной температуре, научное сообщество впервые услышало 21 марта 1989 года. В этот день университет штата Юта выпустил пресс-релиз, в котором сообщалось, что профессор Мартин Флейшман (представлявший университет Саутгемптона в Великобритании) и профессор Стэнли Понс (работающий в университете Юта), совершили открытие, свидетельствующее, согласно пресс-релизу, о «прорыве в сфере энергетики». Изучая процесс электролиза с помощью лабораторной установки, в которой один из двух электродов был изготовлен из палладия, а при изготовлении электролита использовалась тяжелая вода, Флейшман и Понс пришли к выводу, что в их установке происходит устойчивая реакция ядерного синтеза. Согласно пресс-релизу, в ходе эксперимента выделившаяся энергия превысила затраченную. Основываясь на этом обстоятельстве, пресс-релиз утверждал, что Флейшман и Понс приблизились к открытию нового источника энергии. Еще одно важное обстоятельство: с увеличением размеров палладиевого электрода возрастало и количество выделяющейся энергии. Ссылаясь на этот факт, авторы эксперимента утверждали, что реакция синтеза связана с палладием.

О прорыве в области энергетики авторы пресс-релиза упомянули не случайно. Дело в том, что создание термоядерного реактора, в котором реакция термоядерного синтеза будет управляемой, рассматривается многими экспертами как радикальное решение энергетической проблемы человечества. «Управление» термоядерной реакцией связано с рядом причин, причем одна из основных — это крайне высокая температура плазмы. Именно поэтому, кстати, реакция получила название «термоядерной». Дело в том, что синтез ядер более тяжелого элемента из ядер более легкого может происходить, лишь если эти ядра сблизятся на такое расстояние, при котором между ними «включится» сильное взаимодействие. Сближению же ядер мешают силы электростатического отталкивания; чтобы преодолеть их, ядра должны обладать большой энергией, и именно по этой причине реакция неуправляемого термоядерного синтеза (на Солнце или в водородной бомбе) происходит при температурах в миллионы градусов. Легко поэтому представить степень недоверия, с которым научное сообщество встретило новость из университета Юты.

На первом плане Мартин Флейшман и Стэнли Понс

Если Флейшману и Понсу на самом деле удалось получить реакцию синтеза при комнатной температуре, то должен был существовать некий фактор, заменяющий высокую температуру плазмы. Напомним, что в качестве электролита Флейшман и Понс использовали раствор инертной соли в тяжелой воде, а электроды были изготовлены из палладия. С атомами дейтерия в электролите происходил процесс диссоциации, они разделялись на положительно заряженные ядра (протон + нейтрон) и электроны. Палладий же способен абсорбировать большое количество водорода (а также и дейтерия). Попадая внутрь кристаллической решетки палладия, ядра атомов дейтерия становятся аномально подвижными. Было высказано предположение, что именно высокая подвижность является тем самым условием, которое делает принципиально возможной реакцию синтеза при комнатной температуре.

Вполне естественно, что авторы пресс-релиза отчетливо представляли себе уровень скепсиса в научном сообществе при получении известия о сенсационных экспериментах. Именно поэтому пресс-релиз подчеркивал, что Флейшман и Понс являются авторами большого числа статей в авторитетных научных изданиях; о Флейшмане даже было сказано, что он принадлежит к числу ведущих электрохимиков мира.

Сообщая о том, что Флейшман и Понс исследуют холодный ядерный синтез (ХЯС) уже более пяти лет, пресс-релиз, однако, ничего не сообщал об их предшественнике Стивене Джонсе из университета Биргхема Янга. Еще в июле 1987 года в журнале Scientific American была опубликована его статья «Холодный ядерный синтез». Джонса заинтересовал тот факт, что вблизи вулканов зафиксированы повышенные концентрации He-3; согласно его гипотезе, в недрах Земли могут протекать реакции ядерного синтеза, а существующее там сверхвысокое давление может быть тем самым фактором, который «заменяет» фактор высокой температуры.

Флейшман и Понс, с одной стороны, и Джонс — с другой заключили устную договоренность, что свои статьи про ХЯС они отправят в один и тот же журнал, Nature, и сделают это одновременно. Однако Флейшман и Понс, не дожидаясь оговоренного срока, провели самостоятельную пресс-конференцию.., более того, еще до пресс-конференции они, не сообщая об этом Джонсу, направили свои результаты для опубликования в «Журнал электроаналитической химии». Узнав об этом, Джонс немедленно направил собственную статью в журнал Nature.

Эксперимент с погружением электродов из палладия в тяжелую воду

Научное сообщество реагировало на происходящее чрезвычайно активно; исследователи из разных университетов мира попытались получить в своих лабораториях реакцию холодного ядерного синтеза. В течение десяти месяцев по тематике ХЯС было опубликовано свыше ста сорока статей. Более чем в пятидесяти процентах статей идея ХЯС отвергалась, примерно четверть статей содержала в целом позитивные оценки. В остальных случаях авторы публикаций не подтверждали и не опровергали результаты Понса и Флейшмана.

Весьма активной была реакция на происходящее правительства США. Уже в апреле 1989 года в десяти национальных лабораториях начались работы в области ХЯС. В августе того же года было начато государственное финансирование специально созданного Национального института по холодному синтезу в Солт-Лейк-Сити. Министерство энергетики США провело собственный опрос экспертов, и большинство из опрошенных негативно отнеслось к исследованиям Флейшмана и Понса. Ситуацию усугубил сам Флейшман, отказавшийся разрешить экспертам познакомиться с его лабораторными журналами. В итоге уже в июне 1991 года институт в Солт-Лейк-Сити был официально закрыт, а в 1992 году у Флейшмана и Понса закончился срок контракта в университете Юта. Они уехали из США и продолжили свои исследования по ХЯС во Франции, получая финансовую поддержку от частных фондов и некоторых японских корпораций.

Десять лет назад в истории с холодным синтезом начался новый этап. Станислав Шпак и Памела Мозье-Босс, работавшие в Департаменте прикладных наук в Центре космических и морских военных систем ВМФ США в Сан-Диего, объявили о том, что в процессе электрохимических опытов наблюдали образование трития. Свои результаты Мозье-Босс и Шпак опубликовали в различных рецензируемых журналах, одним из которых был весьма известный в научном сообществе Naturwissenschaften. На страницах этого издания в разные годы публиковали свои статьи нобелевские лауреаты Альберт Эйнштейн, Конрад Лоренц и Вернер Гейзенберг.

Новые исследования по ХЯС не остались незамеченными, и в 2002 году был опубликован доклад морского ведомства США, авторы которого утверждали, что в отношении реальности ХЯС появились принципиально новые доказательства. Наступает 2005 год, и Мозье-Босс и Шпак заявляют, что в их экспериментах возникают новые химические элементы... При этом в их экспериментах методика Флейшмана и Понса подвергается существенной модификации. Вместо палладия для изготовления электродов используется никель или золото, а в качестве электролита — раствор хлорида палладия и хлорида лития в тяжелой воде. В ходе электролиза происходит выделение на электроде одновременно и палладия, и дейтерия, вследствие чего процесс «упаковки» — который ранее занимал несколько дней — происходит всего лишь за несколько секунд.

Еще одна существенная деталь: в новых экспериментах их авторы, стремясь «завербовать» как можно больше сторонников, обращают максимальное внимание на способ регистрации тех частиц, которые сопровождают реакции синтеза. Этим они принципиально отличаются от Флейшмана и Понса, которые в качестве главного аргумента ссылались на положительный энергетический баланс исследуемых процессов. Детектор, который используют Шпак и Мозье-Босс, хорошо известен физикам-ядерщикам, и поэтому собранные с его помощью данные не вызывали у экспертов настороженности. Треки, оставляемые в детекторе при попадании в него протонов или ядер атомов трития, можно изучать с помощью микроскопа.

Рабочая область усовершенствованного реактора

В частности, при расположении детектора в непосредственной близости от электрода было обнаружено неравномерное распределение треков по поверхности детектора: около электрода треков было больше, в то время как вдали от него их вообще не было. Если же в эксперименте использовался электролит без солей палладия, то на детекторе обнаруживались только лишь несколько треков в случайных местах, и в их расположении нельзя было увидеть никакой закономерности. Шпак и Мозье-Босс даже предположили, что такие треки обусловлены фоновым радиоактивным излучением.

Научное сообщество, как и в случае Флейшмана и Понса, продолжает оставаться расколотым на два лагеря. Представители разных лагерей по-разному интерпретируют показания детектора. Так, Лоуренс Форсли, президент JWK Technologies (эта организация является партнером центра в Сан-Диего), полагает, что показания детектора не отличаются от следов, которые оставляют обычно заряженные частицы, то есть детектор фиксирует именно попадание заряженных частиц, а не результат неких химических реакций. С ним согласен и Гарри Филипс, причем и Филипс, и Форсли известны как опытные физики-ядерщики.

Представители другого лагеря полагают, что детектор на самом деле выявляет уровень радиоактивного загрязнения лабораторной установки. Есть и экстравагантные объяснения: треки, зафиксированные детектором, связаны с воздействием на детектор космических лучей. Однако главная проблема для Шпака и Мозье-Босс — это проблема воспроизводимости полученных ими данных в других лабораториях. И хотя на съезде Американского физического общества в марте 2007 года прозвучал доклад Уинтропа Уильямса из Калифорнийского университета в Беркли, подтвердившего результаты Шпака и Мозье-Босс, общее отношение экспертного сообщества остается в целом скептическим. В то же время правительственные чиновники проявляют, судя по всему, осторожный интерес к новому этапу истории с ХЯС. Дэвид Нагель, физик, представляющий университет Джорджа Вашингтона, заметил корреспонденту журнала New Scientist, что министерство энергетики США вполне может оказать экспериментам некоторую финансовую поддержку.

События вокруг ХЯС происходят уже без малого два десятилетия. Тем больший интерес представляют мнения по этому поводу авторитетных в научном мире людей. Так, максимально широко попытался взглянуть на ситуацию знаменитый писатель-фантаст Артур Кларк. В 2000 году, выступая на Десятом фестивале науки, организуемым Британской ассоциацией, он заметил, что общество нуждается в принципиально новых источниках энергии и что эта потребность может быть удовлетворена либо холодным синтезом, либо иными «аномальными источниками энергии». Несколько раньше Артура Кларка — и существенно конкретнее — по поводу ХЯС высказался нобелевский лауреат по физике Юлиус Швингер. По его словам, вся история с холодным ядерным синтезом показывает, что мы далеки от понимания того, как на самом деле происходит макроскопическое воздействие на те процессы, которые протекают «на микроуровне». В этой ситуации научному сообществу остается только одно: внимательно следить за развитием ситуации и, насколько это возможно, поддерживать беспристрастность и профессионализм экспертных оценок.

Нашему журналу присуждена Литературная премия имени Александра Беляева (Беляевская премия) 2008 года за, как сказано в дипломе, «традиционные жанровое разнообразие и широту тематики публикуемых материалов» в номинации «Журналу — за наиболее интересную деятельность в течение предшествующего года».

Нам очень приятна эта почетная награда.

Елена Съянова