Niedrigenergetische Kernreaktionen in kondensierter Materie

Das Studium des Fleischman & Pons-Effekts in der Entwicklung der Materialwissenschaft

Der Fleischmann- und Pons-Effekt (FPE) ist die Erzeugung großer Wärmemengen bei der elektrochemischen Beladung von Palladiumkathoden mit Deuterium, die nicht auf chemische Reaktionen zurückzuführen sind. Energiedichten, die während eines Energieüberschusses gemessen werden, sind zehn-, hundert- und sogar tausendmal größer als die maximale Energie, die mit einem bekannten chemischen Prozess verbunden ist. Nach heutigem Kenntnisstand kann die große Energiemenge nur einem nuklearen Prozess zugerechnet werden. Der Effekt findet mit Deuterium und nicht mit Wasserstoff statt; in diesem Fall handelt es sich bei dem angenommenen Mechanismus um eine Kernreaktion zwischen Deuteronen in das Palladiumgitter.

Das faszinierendste Merkmal des Phänomens ist das erhebliche Fehlen zu erwartender Kernemissionen, die einem Deuterium-Deuterium-Kernfusionsprozess zugeschrieben wird, der mit der übermäßigen Stromerzeugung verbunden ist. Eine mögliche Erklärung ist ein modifizierter Kernzerfallskanal für die D-D-Reaktion in die kondensierte Materie. ENEA, SRI und NRL waren an Überprüfungsprogrammen in den USA und in Italien beteiligt. Die Hauptaufgabe bestand darin, anhand von Signalen, die weit über den Messunsicherheiten liegen, und mit einer Gegenprüfung das Vorhandensein eines Übermaßes an Wärmeerzeugung während der elektrochemischen Belastung von Deuterium in Palladiumkathoden nachzuweisen. Das Ziel wurde erreicht und das Vorliegen des Effekts ist nicht mehr zu bezweifeln. Die vollständige Reproduzierbarkeit des Effekts und die Amplitude der Signale sind noch nicht unter Kontrolle, da für dieses Ziel die Definition des Phänomens erforderlich sein wird. Neuere Daten in der zugänglichen Literatur zeigen, dass in der kondensierten Materie (d. H. Pd, Ti, PdO) der Wirkungsquerschnitt der Deuterium-Fusionsreaktion bei niedriger Energie einige Größenordnungen höher ist als der erwartete Wert. In diesem Fall werden die typischen Reaktionsprodukte beobachtet, es wird jedoch eine neue Schirmwirkung in der Größenordnung von mehreren hundert eV beobachtet.

Um die Vielfalt der Phänomene zu berücksichtigen, kann die untersuchte Disziplin nun als Niedrigenergetische Kernreaktion in kondensierter Materie (LENR) und kondensierte Materie (CMNS) definiert werden.

Die Rolle der Materialforschung in aufstrebenden Energietechnologien

Abbildung 3.4.1
500 mW Energieüberschuss, die von einem entwickelten Material ausgeht

Die experimentellen Beweise haben gezeigt, dass die Materialwissenschaft für die Entwicklung einer solchen Energietechnologie von entscheidender Bedeutung ist. Eine bessere Kontrolle des Effekts wurde durch einen materialwissenschaftlichen Ansatz erreicht. Das Materialdesign führte, wenn auch auf einer vorläufigen Ebene, zu einer verbesserten Kontrolle bei der Reproduktion der Phänomene. Der Status des Materials, der die Wahrscheinlichkeit erhöht, den Effekt zu beobachten, kann in drei Punkten zusammengefasst werden:

• Der Überschuss an Energieerzeugung ist ein Effekt, der durch den Schwellwert der D-Konzentration bewirkt wird. Aus diesem Grund wurde eine geeignete Metallurgie identifiziert, um den Deuterium-Massentransfer und die Löslichkeit in das Pd-Gitter zu verbessern und das atomare Schwellwertverhältnis D / Pd → 0,9 zu erreichen.
• Die Kristallorientierung (100) auf der Oberfläche der Palladium-Kathoden korrelierte auch mit dem Auftreten des Effekts.
• Die richtige Morphologie, die durch die Verteilung der Oberflächenrauheit definiert wird, korreliert auch mit der Wahrscheinlichkeit, den Effekt zu erzielen.

Diese Merkmale wurden als notwendige Bedingungen zur Beobachtung des Phänomens identifiziert. Der Nachweis, dass identische Beobachtungen eines Überschusses an Energie von verschiedenen Instituten unter Verwendung der Palladiumkathoden (die zu derselben Materialcharge gehören) durchgeführt wurden, erhöhte die Aufmerksamkeit für einen solchen Ansatz. Die Materialwissenschaft ist der Schlüssel zum Verständnis, da einige Materialeigenschaften einige Prozesse unterstützen und andere nicht. Die Hauptvorteile der LENR-Technologie sind:

• Die Energiequelle ist unbegrenzt und überall verfügbar.
• Hohe Leistungsdichte.
• Keine Auswirkungen auf die Umwelt.

Abbildung 3.4.1 zeigt einen Leistungsüberschuss von 500 mW, der von einem entwickelten Material erzeugt wird. Das Diagramm der Temperaturentwicklung zeigt einen Anstieg der Elektrolyttemperatur, der mit dem Auftreten des vom Kalorimeter festgestellten Wärmeüberschusses korreliert. Die Verzögerung zwischen dem Überschuss an Energieabgabe und dem Anstieg der Elektrolyttemperatur ist auf die Zeitkonstante des Kalorimeters zurückzuführen.

Abbildung 3.4.2
Oberflächenmorphologie einer entwickelten Probe

Abbildung 3.4.2 zeigt die Oberflächenmorphologie nach dem Ätzen einer entwickelten Probe (meist 100 orientiert).