Горячие страсти вокруг холодного синтеза

Несмотря на то, что холодный ядерный синтез пока принято считать не существующим, в мире довольно много ученых, не прекращающих свои исследования в этой сомнительной области. Некоторые из них в количестве пятидесяти человек собрались в конце августа в большом конференц-зале Массачусетского технологического института , чтобы обсудить три тысячи публикации последнего времени, в которых содержались скромные, но обнадеживающие, по мнению собравшихся, результаты.

О холодном ядерном синтезе (cold fusion) мир впервые услышал 21 марта 1989 года из пресс-релиза, выпущенного университетом штата Юта ( The University of Utah ). В пресс-релизе сообщалось, что профессор Мартин Флейшман ( Martin Fleischmann ) из университета Саутгемптона и профессор Стэнли Понс ( Stanley Pons ) из университета Юта наблюдали в химической лаборатории университета Юта устойчивую реакцию ядерного синтеза при комнатной температуре; в связи с чем пресс-релиз сообщал о «прорыве в сфере энергетики». Отмечалось что в лабораторной установке используется процесс электролиза , что один из электродов изготовлен из палладия и что для приготовления электролита использовалась тяжелая вода. В пресс-релизе подчеркивалось, что в ходе эксперимента количество выделившееся энергии превышало количество расходуемой — что и дало основания заявить говорить о новом источнике энергии. Один из результатов Флейшмана и Понса состоял в том, что количество выделившейся энергии возрастало с увеличением размеров палладиевого электрода. Этот факт они рассматривали как указание на то, что реакция синтеза каким-то образом связана с палладием.

Нетрудно понять, почему авторы пресс-релиза назвали эксперимент Флейшмана и Понса «прорывом в области энергетики». Перспективы решения энергетической проблемы человечества во многом связываются с возможным решением проблемы управляемого термоядерного синтеза . Такая реакция сопровождается выделением гигантского количества энергии; именно она идет, например, во взрывающейся водородной бомбе , внутри Солнца и других звезд. Там она протекает в неуправляемом режиме. В одной из наиболее распространенных разновидностей реакции термоядерного синтеза в качестве «реагентов» выступают ядра атомов дейтерия (изотоп водорода). В одном случае в процессе реакции происходит синтез атомов гелия, в другом — синтез атомов трития (также изотоп водорода). Существует также вариант, при котором из атомов дейтерия синтезируется изотоп гелия He-3. Добавим к этому, что существенной особенностью реакций синтеза является образование побочных продуктов: в первом случае это гамма-излучение, во втором — нейтроны.

Дейтерий — изотоп водорода, водород же можно легко получить из воды, имеющейся на Земле фактически в неограниченном количестве; именно поэтому с термоядерным синтезом связывают обычно перспективу в решении энергетической проблемы человечества. Синтез не случайно именуется «термоядерным»: ядра атомов дейтерия (протон + нейтрон) должны иметь достаточно большую энергию, чтобы преодолеть расталкивающую электростатическую силу и сблизиться на расстояние, при котором между ними начнет действовать внутриядерные силы сильного взаимодействия , и станет возможным образование ядер более тяжелых элементов. Температура плазмы во время неуправляемой реакции термоядерного синтеза достигает миллионов градусов — этим в значительной мере объясняются трудности с реализацией управляемой термоядерной реакции. Легко представить степень недоверия, с которым научное сообщество встретило новость из университета Юты.

Если допустить, что в экспериментах Флейшмана-Понса действительно наблюдалась реакция синтеза, то и отсутствие высокой температуры надо каким-то образом объяснять. Некий таинственный механизм должен был обеспечить то, что обычно достигается за счет высоких скоростей ядер разогретой плазмы. Кажется естественным допустить в этом случае, что такой механизм должен быть связан с особыми свойствами палладия, из которого, напомню, были изготовлены электроды в электролитических ячейках. В электролите, представлявшим собой раствор инертной соли в тяжелой воде (отличающейся от обычной тем, что атомы водорода в ней заменены на атомы дейтерия) происходит диссоциация атомов дейтерия, разделяющихся на ядро (протон + нейтрон) и электрон. Палладий же обладает специфической способностью абсорбировать большое количество водорода (а в равной степени и дейтерия), а внутри кристаллической решетки палладия ядра атомов дейтерия обладает аномально высокой подвижностью. Предполагается, что именно высокая подвижность и делает возможной реакцию синтеза.

Чтение пресс-релиза сегодня вызывает довольно сложные чувства: кажется, что его авторы ясно представляя себе скептицизм, который вызовут в научном сообществе содержащиеся в нем результаты. Поэтому авторы изо всех сил превозносили высокий профессиональный статус Флейшмана и Понса, ссылались на их академические заслуги и большое число публикаций в престижных научных журналах. В отношении же Флейшмана особо подчеркивалось, что он считается одним из ведущих электрохимиков мира.

Авторы пресс-релиза сообщали, кроме того, что эксперименты Флейшмана и Понса в области холодного ядерного синтеза продолжаются уже более пяти лет, однако умолчивали о том, что у Флейшмана и Понса были предшественники: похожие исследования выполнил Стивен Джонс ( Steven Jones ) из университета Биргхема Янга ( Brigham Young University ). Ещё в июле 1987 года Джонс опубликовал в Scientific American статью под названием «Холодный ядерный синтез» (Cold Nuclear Fusion), в которой обратил внимание на необычно высокие концентрации He-3 в окрестности вулканов, и предположил, что как его появление, так и выделение тепла во внутренних слоях Земли могут обеспечиваться реакцией ядерного синтеза. При этом фактор высокой температуры вероятно заменяется на фактор сверхвысокого давления. Между Джонсом и тандемом Флейшмана-Понса существовала устная договоренность о том, что свои статьи с описанием экспериментов в области холодного ядерного синтеза они направят для опубликования в журнала Nature в один и тот же день. Но за день до назначенного срока Флейшман и Понс нарушили договоренность и провели пресс-конференцию. Более того, за десять дней до пресс-конференции в университете Юта Флейшман и Понс, не поставив в известность Джонса, направили статью со своими результатами в Journal for Electroanalytical Chemistry . Узнав о таком вероломстве, Джонс немедленно отправил факсом статью в Nature .