Tiedetöppäysjoulukalenteri: 8. Kylmäfuusio

Su, 12/08/2019 - 11:23 Jari Mäkinen
Stanley Pons (vas) ja Martin Fleischmann (oik).

Huhtikuussa 1989 kerrottiin mullistava uutinen: Utahin yliopiston tutkijat Stanley Pons ja Martin Fleischmann ilmoittivat onnistuneensa saamaan aikaan kylmäfuusion. Maailman energiaongelmat oli ratkaistu kertaheitolla!

Nykyisin ydinvoimalat toimivat siten, että raskaat atomit hajoavat ja hajoamisessa vapautuu energiaa. Kyse on fissiosta.

Vetypommissa ja Auringossa (sekä muissakin tähdissä) tapahtuu kuitenkin fuusioreaktio, missä kevyet atomiytimet yhtyvät tuottaen energiaa. Fissioon verrattuna fuusio olisi paljon parempi, koska raaka-aineita on kätevämmin saatavilla, tuloksena ei ole juurikaan radioaktiivista jätettä ja kaikki häiriöt reaktiossa pyrkivät sammuttamaan reaktion.

Fuusio olisi periaatteessa huippukätevä tapa tuottaa lähes rajattomasti energiaa.

Ongelmana vain on se, että fuusiota ei ole saatu toimimaan vielä kunnolla siinä mittakaavassa, että siitä olisi energialähteeksi. Reaktion aloittaminen vaatii paljon energiaa, ja tuloksena on ollut parhaimmillaan vain hieman enemmän energiaa mitä reaktion synnyttäminen vaati. 

Ranskaan ollaan rakentamassa ensimmäistä teollisen mittakaavan koevoimalaa, ITERiä, ja erilaisia pienempiäkin ratkaisuita tutkitaan ympäri maailman.

Mikään näistä ei kuitenkaan perustu Fleischmannin ja Ponsin vallankumoukselliseen kokeeseen. Mikä meni pieleen?

John Bockrisin kylmafuusiolaite

Fleischmann ja Pons väittivät saaneensa aikaan ydinfuusion yksinkertaisesti laboratoriossaan pöydälle mahtuvalla koejärjestelyllä, missä oli raskasta vettä (deuteriumoksidia), palladiumia ja platinaa.

Palladiumpuikko oli upotettu raskaaseen veteen, joka oli lasiastiassa, jonka reunalla oli platinasta tehty anodi. Kun anodin ja katodin välille kytkettiin sähkövirta, alkoi raskaassa vedessä tapahtua elektrolyysi – deuteriumia alkoi kerääntyä katodille ja kuplia ulos astiasta.

Sähkövirtaa ylläpidettiin yhtäjaksoisesti useita viikkoja, ja raskas vesi vaihdettiin aina välillä uuteen. 

Suurimman osan ajasta koelaitteen lämpötila pysyi ennalta arvattavasti tasaisessa noin +30 °C:ssa, mutta välillä lämpötila nousi äkillisesti +50 °C:een ilman, että laitteeseen syötettyä tehoa lisättiin.

Nämä korkeamman lämpötilan vaiheet kestivät kaksi päivää tai kauemminkin ja toistuivat useita kertoja, kun sellainen kerran oli tapahtunut.

Tutkijakaksikko teki varsin nopeasti johtopäätöksen: ylimääräinen energia ei voinut olla peräisin kemiallisesta reaktiosta, vaan syynä oli ydinreaktio. He julkistivat löytönsä 23. maaliskuuta 1989 ja kertoivat onnistuneensa synnyttämään fuusioreaktion lähes huoneenlämmössä ja ”lukiotason välineillä”.

Kuten aina tieteessä, muut tutkijat riensivät toistamaan Fleischmannin ja Ponsin koetta. Se osoittautui kuitenkin hankalaksi. Tai kokeen tekeminen ei ollut hankalaa, mutta reaktiosta ei saatu missään enempää energiaa kuin siihen laitettiin. Fuusiota, tai mitään muuta ylimääräistä lämpöä tuottavaa reaktiota ei saatu aikaan. 

Fleischmann ja Pons selittivät tätä olettamalla, ettei muilla ollut samanlaista koeympäristöä kuin heillä. He eivät kuitenkaan halunneet auttaa muita toistamaan koettaan, mikä herätti luonnollisesti epäilyksiä 

Kaikista yrityksistä huolimatta kylmäfuusiosta ei ole olemassa ainuttakaan todennettua ja toistettavaa koejärjestelyä, joten Fleischmannin ja Ponsin väitteet olivat joko huijausta – tai sitten he töppäsivät mittauksissaan, jokin koejärjestelyn laite sai aikaan lämpötilan nousua tai jokin tuntematon reaktio tuotti energiaa, eivätkä rohjenneet tunnustaa tätä.

Ei ihan ilmasta temmattu idea

Ajatus kylmäfuusiosta on peräisin 1800-luvulta. Wikipedia kertoo, että Thomas Graham osoitti, että palladium voi sitoa itseensä runsaasti vetyä. 

Itävaltalaissyntyiset kemistit Friedrich Paneth ja Kurt Peters väittivät 1920-luvun lopulla, että vety muuttuisi spontaanisti heliumiksi, kun se absorboituu huoneenlämpötilassa hienojakoiseen palladiumiin. Myöhemmin he itse peruuttivat väitteensä todettuaan, että heidän havaitsemansa helium oli peräisin ympäröivästä ilmasta.

Ruotsalaiskemisti John Tandberg väitti puolestaan vuonna 1927, että hän olisi saanut vedyn fuusioitumaan heliumiksi sähkö­kemiallisessa parissa, jossa elektrodit olivat palladiumia. Järjestely oli siis varsin samankaltainen kuin Fleischmannilla ja Ponsilla, mutta utahilaistutkijat eivät olleet tietoisia Tandbergin tutkimuksista.

Sana "kylmäfuusio", eli "cold fusion" tuli käyttöön vuonna 1956, kun New York Times kertoi  Luis W. Alwarezin aihetta koskeneista kokeista.

Kylmäfuusio on ollut esillä ihan viime aikoinakin, sillä Google päätti yrittää kylmäfuusion synnyttämistä vuonna 2015. Yhtiö käytti kymmenen miljoonaa dollaria tutkimusohjelmaan, jonka tulos oli hyvin selvä: kylmäfuusiosta ei löytynyt minkäänlaista näyttöä.

Periaatteessa fuusioreaktio voitaisiin saada aikaan muutenkin kuin vain korkeassa lämpötilassa, mutta mitkään tiedossa olevat ja koetetut menetelmät eivät ole tuottaneet energiaa enempää kuin reaktion käynnistäminen ja ylläpito vaativat.

-

Yllä olevassa kuvassa on Texas A&M -yliopistossa kylmäfuusiokoetta yrittäneen John Bockrisin laitteisto. Vaikka aluksi koe näytti tuottaneen ylimääräistä lämpöä, näin ei ollutkaan.

Tiedetöppäysjoulukalenteri

Tiedetuubin joulukalenteri vuonna 2019 esittelee tieteellisiä töppäyksiä sekä erehdyksiä: tietoisia huijauksia, puhtaita vahinkoja ja myös varsin onnekkaiksi osoittautuneita epäonnistumisia. Ne auttavat myös ymmärtämään miten tiede toimii – ja että tutkijatkin ovat ihmisiä.

Kaikki avautuneet luukut ovat täällä.