American Physical Society – Kernfusionsreaktionen in deuterierten Metallen: Unterschied zwischen den Versionen
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Nuclear fusion reactions of D–D are examined in an environment comprised of high density cold fuel embedded in metal lattices in which a small fuel portion is activated by hot neutrons. Such an environment provides for enhanced screening of the Coulomb barrier due to conduction and shell electrons of the metal lattice, or by plasma induced by ionizing radiation (<math>\gamma</math> quanta). We show that neutrons are far more efficient than energetic charged particles, such as light particles (<math>e^−, \, e^+</math>) or heavy particles (<math>p, \, d, \, \alpha</math>) in transferring kinetic energy to fuel nuclei (D) to initiate fusion processes. It is well known that screening increases the probability of tunneling through the Coulomb barrier. Electron screening also significantly increases the probability of large vs small angle Coulomb scattering of the reacting nuclei to enable subsequent nuclear reactions via tunneling. This probability is incorporated into the astrophysical factor <math>S(E)</math>. Aspects of screening effects to enable calculation of nuclear reaction rates are also evaluated, including Coulomb scattering and localized heating of the cold fuel, primary D–D reactions, and subsequent reactions with both the fuel and the lattice nuclei. The effect of screening for enhancement of the total nuclear reaction rate is a function of multiple parameters including fuel temperature and the relative scattering probability between the fuel and lattice metal nuclei. Screening also significantly increases the probability of interaction between hot fuel and lattice nuclei increasing the likelilhood of Oppenheimer-Phillips processes opening a potential route to reaction multiplication. We demonstrate that the screened Coulomb potential of the target ion is determined by the nonlinear Vlasov potential and not by the Debye potential. In general, the effect of screening becomes important at low kinetic energy of the projectile. We examine the range of applicability of both the analytical and asymptotic expressions for the well-known electron screening lattice potential energy <math>U_e</math>, which is valid only for <math>E \gg U_e</math> (<math>E \,</math> is the energy in the center of mass reference frame). We demonstrate that for <math>E \leq U_e</math>, a direct calculation of Gamow factor for screened Coulomb potential is required to avoid unreasonably high values of the enhancement factor <math>f(E)</math> by the analytical – and more so by the asymptotic – formulas. | Nuclear fusion reactions of D–D are examined in an environment comprised of high density cold fuel embedded in metal lattices in which a small fuel portion is activated by hot neutrons. Such an environment provides for enhanced screening of the Coulomb barrier due to conduction and shell electrons of the metal lattice, or by plasma induced by ionizing radiation (<math>\gamma</math> quanta). We show that neutrons are far more efficient than energetic charged particles, such as light particles (<math>e^−, \, e^+</math>) or heavy particles (<math>p, \, d, \, \alpha</math>) in transferring kinetic energy to fuel nuclei (D) to initiate fusion processes. It is well known that screening increases the probability of tunneling through the Coulomb barrier. Electron screening also significantly increases the probability of large vs small angle Coulomb scattering of the reacting nuclei to enable subsequent nuclear reactions via tunneling. This probability is incorporated into the astrophysical factor <math>S(E)</math>. Aspects of screening effects to enable calculation of nuclear reaction rates are also evaluated, including Coulomb scattering and localized heating of the cold fuel, primary D–D reactions, and subsequent reactions with both the fuel and the lattice nuclei. The effect of screening for enhancement of the total nuclear reaction rate is a function of multiple parameters including fuel temperature and the relative scattering probability between the fuel and lattice metal nuclei. Screening also significantly increases the probability of interaction between hot fuel and lattice nuclei increasing the likelilhood of Oppenheimer-Phillips processes opening a potential route to reaction multiplication. We demonstrate that the screened Coulomb potential of the target ion is determined by the nonlinear Vlasov potential and not by the Debye potential. In general, the effect of screening becomes important at low kinetic energy of the projectile. We examine the range of applicability of both the analytical and asymptotic expressions for the well-known electron screening lattice potential energy <math>U_e</math>, which is valid only for <math>E \gg U_e</math> (<math>E \,</math> is the energy in the center of mass reference frame). We demonstrate that for <math>E \leq U_e</math>, a direct calculation of Gamow factor for screened Coulomb potential is required to avoid unreasonably high values of the enhancement factor <math>f(E)</math> by the analytical – and more so by the asymptotic – formulas. | ||
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DOI: [https://doi.org/10.1103/PhysRevC.101.044609 https://doi.org/10.1103/PhysRevC.101.044609] | DOI: [https://doi.org/10.1103/PhysRevC.101.044609 https://doi.org/10.1103/PhysRevC.101.044609] | ||
Version vom 3. Oktober 2020, 11:50 Uhr
Der folgende Kommentar zur APC-Veröffentlichung findet sich auf coldreaction.net, Update 25.12.2019:
Die Argumentation, eine Kalte Fusion sei unmöglich, weil nur mit extrem hohen Temperaturen die Coulomb-Barriere überwunden werden kann, ist wissenschaftlich nicht mehr haltbar. Wenn es eine Instanz gibt, die so etwas behaupten kann und darf, dann ist das die Amerikanische Physikalische Gesellschaft:
„Die Veröffentlichungen der APS dienen der internationalen Physik-Gemeinschaft mit begutachteten Forschungszeitschriften, Nachrichten und Kommentaren zu den neuesten Forschungsergebnissen, die in den Journalen der Physical Review veröffentlicht werden, Nachrichten über und für Mitglieder, Informationen über die Physik und ihren Platz in der Welt sowie Blogs, die sich mit Wissenschaftspolitik sowie unterhaltsamen und erziehungswissenschaftlichen Nachrichten befassen.“ Quelle: aps.org/publications
Die Überschrift besagt nicht mehr und nicht weniger, als dass in einem akzeptierten Aufsatz (peer reviewed) bestätigt ist, dass in mit Deuterium angereicherten Metallen nukleare Fusionsreaktionen stattfinden. … Man darf wohl annehmen, dass sich die APS der Tragweite dieser Veröffentlichung durchaus bewußt ist. Sie bedeutet in den Endkonsequenzen nämlich:
- Dass die Beobachtung von Überschussenergie in Deuterium-geladenen Metallen keineswegs auf Fehlmessungen beruhte, sondern eine reale wisschaftliche Grundlage hat;
- dass die Milliarden-teuren Versuche zur sog. Heißen Fusion obsolet sind;
- dass die weltweiten Bemühungen zur wirtschaftlichen Nutzbarmachung von LENR eine reale Grundlage haben;
- dass mittel- und langfristig die Nutzung von LENR die Klimadiskussion mit all ihren Konsequenzen „auf den Kopf stellt“;
- dass die „Inkasso-Modelle“ der Tanksäulen, Gaszähler, Stromzähler usw. über kurz oder lang ihre Macht, wirtschaftlich und geopolitisch, verlieren.
Nach meiner Einschätzung werden die nüchternen Worte der o.g. Veröffentlichung die Welt verändern.
Nuclear fusion reactions in deuterated metals
Phys. Rev. C 101, 044609 – Published 20 April 2020
Vladimir Pines, Marianna Pines, Arnon Chait, Bruce M. Steinetz, Lawrence P. Forsley, Robert C. Hendricks, Gustave C. Fralick, Theresa L. Benyo, Bayarbadrakh Baramsai, Philip B. Ugorowski, Michael D. Becks, Richard E. Martin, Nicholas Penney and Carl E. Sandifer II
Abstract
Nuclear fusion reactions of D–D are examined in an environment comprised of high density cold fuel embedded in metal lattices in which a small fuel portion is activated by hot neutrons. Such an environment provides for enhanced screening of the Coulomb barrier due to conduction and shell electrons of the metal lattice, or by plasma induced by ionizing radiation ([math]\gamma[/math] quanta). We show that neutrons are far more efficient than energetic charged particles, such as light particles ([math]e^−, \, e^+[/math]) or heavy particles ([math]p, \, d, \, \alpha[/math]) in transferring kinetic energy to fuel nuclei (D) to initiate fusion processes. It is well known that screening increases the probability of tunneling through the Coulomb barrier. Electron screening also significantly increases the probability of large vs small angle Coulomb scattering of the reacting nuclei to enable subsequent nuclear reactions via tunneling. This probability is incorporated into the astrophysical factor [math]S(E)[/math]. Aspects of screening effects to enable calculation of nuclear reaction rates are also evaluated, including Coulomb scattering and localized heating of the cold fuel, primary D–D reactions, and subsequent reactions with both the fuel and the lattice nuclei. The effect of screening for enhancement of the total nuclear reaction rate is a function of multiple parameters including fuel temperature and the relative scattering probability between the fuel and lattice metal nuclei. Screening also significantly increases the probability of interaction between hot fuel and lattice nuclei increasing the likelilhood of Oppenheimer-Phillips processes opening a potential route to reaction multiplication. We demonstrate that the screened Coulomb potential of the target ion is determined by the nonlinear Vlasov potential and not by the Debye potential. In general, the effect of screening becomes important at low kinetic energy of the projectile. We examine the range of applicability of both the analytical and asymptotic expressions for the well-known electron screening lattice potential energy [math]U_e[/math], which is valid only for [math]E \gg U_e[/math] ([math]E \,[/math] is the energy in the center of mass reference frame). We demonstrate that for [math]E \leq U_e[/math], a direct calculation of Gamow factor for screened Coulomb potential is required to avoid unreasonably high values of the enhancement factor [math]f(E)[/math] by the analytical – and more so by the asymptotic – formulas.
Received 15 October 2018 — Revised 8 February 2019 — Accepted 10 December 2019
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevC.101.044609
Published by the American Physical Society
Zusammenfassung
In hochdichten Wasserstoffisotopen-(Brennstoff-)Kernen wurden Kernfusionsreaktionen untersucht, die in Metallgitter eingebettet sind, in denen ein kleiner Teil der Brennstoffkerne durch energiereiche Photoneutronen erhitzt wird. Eine solche Einstellung unterstützt eine verbesserte Abschirmung der Coulomb-Barriere zwischen den Brennstoffionen durch Leitungs- und Hüllenelektronen des Metallgitters und Compton-Elektronen durch die Photobestrahlung. Die Elektronenabschirmung erhöht die Wahrscheinlichkeit einer großwinkligen Coulomb-Streuung der reagierenden Kerne gegenüber einer kleinwinkligen, um nachfolgende Kernfusionsreaktionen durch Tunneln zu ermöglichen, um mehrere Größenordnungen. Diese erhöhte Wahrscheinlichkeit ist in den astrophysikalischen Faktor [math]S(E)[/math] integriert. Durch die gleichmäßige negative Verschiebung [math]-U_e[/math] der Coulomb-Barriere [math]U_C(r)[/math] erhöht die Elektronenabschirmung auch die Wahrscheinlichkeit für das Quanten-Tunneling. Die Elektronenabschirmung sorgt aufgrund von Oppenheimer-Phillips-Stripping-Prozessen auch für eine signifikante Erhöhung der Wahrscheinlichkeit einer Wechselwirkung zwischen heißem Brennstoff und Gitterkernen bei viel niedrigeren Projektilenergien, wodurch potenzielle Wege zur Reaktionsvervielfachung eröffnet werden. In dieser Arbeit wird die Anwendbarkeit der Potentialenergie [math]U_e[/math] der Elektronenabschirmung zur Berechnung des Anreicherungsfaktors [math]f(E)[/math] auf den Kernfusionsquerschnitt untersucht. Außerdem wird der Term [math]U_e[/math] unter Verwendung des vereinheitlichten Konzepts einer Abschirmungslänge [math]\lambda{sc}[/math] für den allgemeinen Abschirmungsprozess abgeleitet. Es wurde festgestellt, dass energiereiche Neutronen, verglichen mit der Erwärmung durch energiereiche geladene Teilchen, die effektivste Erwärmung von Brennstoffionen zur Einleitung von Kernfusionsreaktionen in kondensierter Materie bieten. Die oben genannten Konzepte wurden in eine Gesamtanalyse eines Kernfusionsprozesses integriert, die als theoretische Grundlage für das Verständnis, die Auslegung und die Optimierung von Experimenten verwendet werden kann, wie dies in Teil 2 beispielhaft dargestellt wird.