Anwendungen der Quantenmechanik: Schwarzlicht-Energie und die Widom-Larsen-Theorie von LENR

Defense Threat Reduction Agency, Amt für erweiterte Systeme und Konzepte Berichtsnummer ASCO 2010 014, Vertragsnummer DTRA01-03-D-0017, T.I. 18.08.04 Edward Toton, TOTON Incorporated George Ullrich, Science Applications International Corporation März 2010

Die hier geäußerten Ansichten sind die der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die offizielle Politik oder Position der Defense Threat Reduction Agency, des Verteidigungsministeriums oder der Regierung der Vereinigten Staaten wider. Dieser Bericht ist zur Veröffentlichung freigegeben. Eine Verteilung ist unbeschränkt. Ein Großteil der Informationen in dieser Zusammenfassung stammt aus verschiedenen Veröffentlichungen und Briefings, die im Internet veröffentlicht und von Lattice Energy, LLA, urheberrechtlich geschützt sind. Die Informationen werden mit ausdrücklicher Genehmigung von Dr. Lewis Larsen, President und CEO von Lattice Energy LLC, verwendet.

Zusammenfassung der Widom-Larsen-Theorie von LENR und einige ihrer Implikationen

Das Fehlen überprüfbarer Theorien für (LENRs) ist ein Haupthindernis für die Akzeptanz experimenteller Behauptungen. Für den Nachweis (vorgelegt) ist entweder ein überprüfbares theoretisches Modell oder eine technische Demonstration eines autarken Systems erforderlich.
2004 DOE LENR-Überprüfungsausschuss

Das theoretische Dilemma der Kalten Fusion

• Am 23. März 1989 enthüllten Pons und Fleischman in einer Pressekonferenz, dass sie eine thermonukleare Fusion (D-D) in einer elektrochemischen Zelle bei normalem Druck und normaler Temperatur erreicht hatten.

• D-D-Reaktionen und deren Verzweigungsverhältnisse

D + D → ³He (0,82 MeV) + n⁰ (2,45 MeV) (etwas weniger als 50% der Zeit)

D + D → T (1,01 MeV) + n⁰ (3,02 MeV) (etwas weniger als 50% der Zeit)

D + D → ⁴He (0,08 MeV) + γ (23,77 MeV) (weniger als 1% der Zeit)

• Die Pons & Fleischman-Ergebnisse zeigten jedoch weder Neutronenemissionen mit zu erwartenden Raten an, noch zeigten sie Hinweise auf γ-Emissionen.

• Spätere Experimente haben, obwohl sie weiterhin überzeugende Beweise für Kernreaktionen liefern, die Kernfusion als den zugrundeliegenden verantwortlichen physikalischen Mechanismus weitgehend verdrängt.

• Wahrscheinlich waren einige andere Niedrigenergetische Kernreaktionen (LENR) im Spiel.

Eine neue Theorie wurde benötigt, um „LENR“ zu erklären.

Beobachtungen bei LENR-Experimenten

• Makroskopische „Überhitzung“ kalorimetrisch gemessen

Nur in geringem Maße wiederholbar und äußerst umstritten

Richard Garwin sagt: „Ruf mich an, wenn du eine Tasse Tee kochen kannst“

• Erzeugung von gasförmigen Heliumisotopen

Schwierige Ermittlung von Zuverlässigkeit und Kontaminationswahrscheinlichkeit

Von nur wenigen Forschern beobachtet, aber die meisten beruhen nicht auf der Suche nach Helium

• Geringe Erzeugung von MeV-Alpha-Partikeln und Protonen

Reproduzierbar und von einer Reihe von Forschern gemeldet

• Herstellung eines breiten Spektrums von transformierten Elementen

Wiederholbarer als übermäßige Hitze, aber immer noch Streit über mögliche Verunreinigungen

Schwierig, gegen kompetente Massenspektroskopie zu argumentieren

Die Widom-Larsen-Theorie

• Die Widom-Larsen (W-L)-Theorie bietet einen selbstkonsistenten Rahmen für die Behandlung vieler langjähriger Fragen zu LENR.

Die Überwindung der Coulomb-Barriere – der bedeutendste Stolperstein für die Befürworter der thermonuklearen „Kalten Fusion“.

Keine signifikanten Emissionen energiereicher Neutronen.

Keine großen Emissionen von Gammastrahlen.

• Die W-L-Theorie postuliert keine neue Physik und ruft keine Ad-hoc-Mechanismen auf, um eine Vielzahl von LENR-Beobachtungen zu beschreiben, einschließlich

der Quelle der überschüssigen Wäremenergie in elektrochemischen Leicht- und Schwerwasserzellen,

der Transmutationsprodukte, die typischerweise in H- und D-LENR-Versuchsaufbauten zu sehen sind,

des variablen Flusses weicher Röntgenstrahlen in einigen Experimenten,

der kleine Flüsse energiereicher Alpha-Partikel in bestimmten LENR-Systemen

Widom-Larsen-Theorie – Die Grundlagen

• Elektromagnetische Strahlung auf eine Metallhydridoberfläche erhöht die Masse der Oberflächenplasmonelektronen (ẽ^-).

• Oberflächenplasmonpolariton (SPP)-Elektronen mit hoher Masse reagieren mit Oberflächenprotonen (p⁺) oder Deuteronen (d⁺), um Neutronen mit extrem niedrigem Impuls (ULM) und ein Elektronenneutrino (ν) zu erzeugen.

• ULM-Neutronen werden leicht von nahegelegenen Atomkernen (Z, A) eingefangen, was zu einer Zunahme der Atommasse (A) um 1 führt, wodurch ein schwereres Massenisotop (Z, A + 1) erzeugt wird.

• Wenn das neue Isotop instabil ist, kann es einen Beta-Zerfall erleiden, wodurch die Ordnungszahl um 1 erhöht wird und ein neues umgewandeltes Element (Z + 1, A + 1) zusammen mit einem Beta-Teilchen (e^-) und einem Anti-Neutrino (ν_e) erzeugt wird.

• Die Energie, die während des Beta-Zerfalls freigesetzt wird, manifestiert sich als „überschüssige Wärme“.

Die Widom-Larsen-Theorie ruft viele Teilcheneffekte auf

Es ist nicht nur eine Zwei-Teilchen-Kollision

• Bestimmte hydridbildende Elemente, z. B. Pd, Ni, Ti, W, können mit H, D oder T beladen werden, die ionisieren und ihre Elektronen an das Meer der freien Elektronen im Metall abgeben.

• Einmal gebildet, wandern Ionen von Wasserstoffisotopen zu bestimmten interstitiellen Strukturstellen im metallischen Volumengitter, sammeln sich in Vielteilchen und oszillieren kollektiv und kohärent (ihre QM-Wellenfunktionen sind effektiv verschränkt), was die Grundlage für einen lokalen Zusammenbruch in der Born-Oppenheimer-Näherung bildet.

• Dies wiederum ermöglicht es den Wasserstoffionenfeldern, sich elektromagnetisch an das nahe Meer von kollektiv oszillierenden SSP-Elektronen zu koppeln.

• Die Kopplung erzeugt starke lokale elektrische Felder (> 1011 V/m), die die Masse der SSPs über der Schwelle für die ULM-Neutronenproduktion wieder normalisieren können.

• ULM-Neutronen haben im Vergleich zu thermischen Neutronen enorme DeBroglie-Wellenlängen und extrem große Einfangquerschnitte mit Atomkernen.

Lattice Energy LLC hat den Querschnitt der ULM-Neutronenspaltung für U²³⁵ auf ~ 1 Million Barns gegenüber ~ 586 Barns für thermische Neutronen geschätzt.

Einsichten der Widom-Larsen-Theorie

Einsicht 1: Überwindung der Coulomb-Energiebarriere

• Der primäre LENR-Prozess wird durch Kerne angetrieben, die ULM-Neutronen absorbieren, für die es keine Coulomb-Barriere gibt.

Einsicht 2: Unterdrückung von Gammastrahlenemissionen

• Die Compton-Streuung von schweren SSP-Elektronen erzeugt weiche Photonen.

• Die Erzeugung schwerer SSP-Elektronen-Loch-Paare in LENR-Systemen weist Energieverteilungen im MeV-Bereich auf, gegenüber nominalen Verteilungen im eV-Bereich für normale Bedingungen in Metallen, wodurch die Absorption von Gammastrahlen und die Umwandlung in Wärme ermöglicht werden.

Einsicht 3: Entstehung von Wärmeüberschuss

• Der ULM-Neutroneneinfangprozess und die anschließende Relaxation der Kerne durch radioaktiven Zerfall oder Gamma-Emission erzeugen überschüssige Wärmeenergie.

- Alpha- und Betateilchen übertragen durch Streuung kinetische Energie auf das umgebende Medium.

- Gammastrahlen werden in Infrarotphotonen umgewandelt, die von nahegelegener Materie absorbiert werden.

Einsicht 4: Elementare Transmutation

Miley-Daten mit Leichtwasser-P-F-Elektrolysezellen

Ertrag vs. Massenzahl

• Fünf-Peak-Transmutationsprodukt-Massenspektren, von denen mehrere Forscher berichtet haben

- Ein Forscher (Miley) vermutete, dass diese Peaks Spaltprodukte von sehr neutronenreichen Verbindungskernen mit Atommassen von 40, 76, 194 und 310 (ein vermutetes superschweres Element) waren. (Siehe Abbildung „Miley-Daten mit Leichtwasser-P-F-Elektrolysezellen“.)

• Nach der W-L-Theorie führen aufeinanderfolgende Runden der Erzeugung und des Einfangens von ULM-Neutronen zu Elementen mit höherer Atommasse, was mit Beobachtungen übereinstimmt.

- Das optische W-L-Neutronenpotentialmodell der ULM-Neutronenabsorption durch Kerne sagt Häufigkeitsspitzen voraus, die den beobachteten Daten sehr nahe kommen. (Siehe Abbildung „Ertrag vs. Massenzahl“.)

Widom-Larsen-Theorie – Transmutationswege für Iwamura-Experimente

Japanese Journal of Applied Physics
Volume 41 (2002) Part 1 No. 7A

• Transmutationsdaten von Iwamura (Mitsubishi Heavy Industries)

- Experimente umfassten die Permeation eines D2-Gases durch einen Pd:Pd/CaO-Dünnfilm mit Cs- und Sr-Keimelementen auf der äußersten Oberfläche.

- Das ₅₅Cs¹³³-Ziel umgewandelt in ₅₉Pr¹⁴¹; ₃₈Sr⁸⁸ umgewandelt in ₄₂Mo⁹⁶.

- In beiden Fällen wuchsen die Kerne um 8 Nukleonen.

(Siehe Abbildung „Japanese Journal of Applied Physics Volume 41 (2002) Part 1 No. 7A“)

• Die W-L-Theorie postuliert den folgenden plausiblen Nukleosyntheseweg.

13355Cs + 1 ulmn → 13455Cs + γ (Q = 6.9 MeV; hl = 2.1 yrs; σthermal = 140b)

13455Cs + 1 ulmn → 13555Cs + γ (Q = 8.8 MeV; hl = 2.3 × 106 yrs; σthermal = 8.9b)

13555Cs + 1 ulmn → 13655Cs + γ (Q = 6.8 MeV; hl = 13.2 days; σthermal = ?)

13655Cs + 1 ulmn → 13755Cs + γ (Q = 8.3 MeV; hl = 30.1 yrs; σthermal = 0.25b)

13755Cs + 1 ulmn → 13855Cs + γ (Q = 4.4 MeV; hl = 33.4 min; σthermal = ?)

13855Cs + 1 ulmn → 13955Cs + γ (Q = 6.6 MeV; hl = 9.3 min; σthermal = ?)

13955Cs + 1 ulmn → 14055Cs + γ (Q = 4.4 MeV; hl = 64 sec; σthermal = ?)

14055Cs + 1 ulmn → 14155Cs + γ (Q = 5.5 MeV; hl = 25 sec; σthermal = ?)

14155Cs zerfällt 100% via β- → 14156Ba + γ (Q = 5.3 MeV; hl = 18.3 min)

14156Ba zerfällt 100% via β- → 14157La + γ (Q = 3.2 MeV; hl = 3.9 hrs)

14157La zerfällt 100% via β- → 14158Ce + γ (Q = 2.5 MeV; hl = 32 days)

14158Ce zerfällt 100% via β- → 14159Pr + X-rays (Q = 580 keV; stabil)

8838Sr + 1 ulmn → 8938Sr + γ (Q = 6.4 MeV; hl = 50.5 days)

8938Sr zerfällt 100% via β- → 8939Y + X-rays (Q = 1.5 MeV; stabil)

8939Y + 1 ulmn → 9039Y + γ (Q = 6.9 MeV; hl = 64 hrs; σthermal = 6.5b)

9039Y + 1 ulmn → 9139Y + γ (Q = 7.9 MeV; hl = 59 days; σthermal = ?)

9139Y + 1 ulmn → 9239Y + γ (Q = 6.5 MeV; hl = 3.5 hrs; σthermal = ?)

9239Y + 1 ulmn → 9339Y + γ (Q = 7.5 MeV; hl = 10.2 hrs; σthermal = ?)

9339Y zerfällt 100% via β- → 9340Zr + γ (Q = 2.9 MeV; hl = 1.5 × 106 yrs; σthermal = <4b)

9340Zr + 1 ulmn → 9440Zr + γ (Q = 8.2 MeV; stabil; σthermal = 0.05b)

9440Zr + 1 ulmn → 9540Zr + γ (Q = 6.5 MeV; hl = 64 days; σthermal = ?)

9540Zr zerfällt 100% via β- → 9541Nb + X-rays (Q = 1.1 MeV; hl = 35 days; σthermal = <7b)

9541Nb + 1 ulmn → 9641Nb + γ (Q = 6.9 MeV; hl = 23.4 days; σthermal = ?)

9641Nb zerfällt 100% via β- → 9642Mo + γ (Q = 5.3 MeV; stabil)

- Neutronenreiche Isotope bauen sich über Neutroneneinfangstellen auf, die mit dem β-Zerfall durchsetzt sind.

- Das Einfangen von Neutronen auf stabilen oder instabilen Isotopen setzt erhebliche nukleare Bindungsenergie frei, hauptsächlich in Form von Gamma-Emissionen, die in IR umgewandelt werden.

Einsicht 5: Transmutationsstellen korrelieren mit Oberflächenschäden

W. Zhang und J. Dash:
„Reproduzierbarkeit des Überschusses an Wärmeenergie und Nachweis anomaler Elemente nach Elektrolyse in Pd/D₂O und H₂SO₄ -Elektrolysezellen“
13. Internationale Konferenz über Kondensierte Kernmaterie, Sotschi, Russland 2007

• Mit Pd als Zielelement in einer Elektrolysezelle wird Silber (Ag) an der Stelle von Mikrokratern auf der Pd-Kathode beobachtet.

• Die W-L-Theorie legt nahe, dass dies das Ergebnis von ULM-Neutronenfängen auf Pd mit β-Zerfällen in Ag-Isotopen ist, was zu lokal hohen Wärmeströmen führt.

• Die Strukturgröße stimmt mit dem theoretischen Maßstab der oszillierenden Bereiche von Protonen, Deuteronen und Tritonen überein.

Einsicht 6: „Schwache nukleare Wechselwirkungen“ sind in Bezug auf die Energiefreisetzung nicht schwach

Repräsentative Beispiele von Kaskaden des β-Zerfalls

• Neutronenreiche Isotope zerfallen hauptsächlich durch eine Reihe schneller β-Kaskaden.

• β-Partikel erzeugen Wärme, indem sie kinetische Energie auf die umgebende Materie übertragen.

• Die freigesetzte Energie ist vergleichbar mit D-D- und D-T-Fusionsreaktionen.

• Zerfallskaskaden enden in der Erzeugung stabiler höherer Z-Elemente.

Einsicht 7: LENR-Experimente erzeugen nur wenige langlebige radioaktive Isotope

• In Oberflächenbereichen, in denen große Flüsse von ULM-Neutronen auftreten, bilden sich Populationen von sehr neutronenreichen „Halo“-Kernen.

• Die Halbwertszeiten dieser Kerne sind größer als bei einer Isolierung, da sie keine β-Elektronen abgeben oder Neutronen in nicht besetzte Zustände im lokalen Kontinuum abgeben können.

• Die Einstellung der ULM-Neutronenerzeugung wird serielle Kaskaden schneller β-Zerfälle von neutronenreichen zu stabilen Isotopen auslösen.

• Nach Ablauf dieses Prozesses verbleiben wenige langlebige Radioisotope.

Einblick 8: Erzeugung von Helium

• Mehrere LENR-Forscher (z. B. McKubre, Miles, Arata und Zhang, Lipson, Karabut) haben für einige ihrer Experimente von nachweisbaren Niveaus an He⁴ und He³ berichtet.

• Von vielen als aussagekräftige Signatur der D-D-Kernfusionsreaktion angesehen, kann He⁴ durch andere Kernreaktionen erzeugt werden, einschließlich kleinerer alternativer Verzweigungen von Neutronenfängen und verschiedener Zerfälle von Alpha-Teilchen (z. B. bei Verwendung von Lithium als Kraftstoff).

Li6 + n0 → Li7

Li7 + n0 → Li8

Li8 → Be8 + e- + νe

Be8 → He4 + He4

• Viele Isotope haben kleinere (n, α) Zerfallskanäle mit kleinen Querschnitten, die zumindestens einem Alpha-(He⁴)-Partikel führen würden.

• Instabile Isotope von Elementen mit einer Ordnungszahl >83 zerfallen gewöhnlich über einen α-Zerfall.

Möglicher Weg zur He⁴-Produktion unter Verwendung von Palladium als Keimkern

• Pd dient nicht nur als Medium zur Herstellung von ULM-Neutronen, sondern kann auch potenziell ULM-Neutronen einfangen.

- Alle stabilen Pd-Isotope haben große ULM-Neutroneneinfangquerschnitte.

10246Pd, 10446Pd, 10546Pd, 10646Pd, 10846Pd, 11046Pd sind stabil.

10246Pd + 1 ulmn → 10346Pd + γ (Q = 7.6 MeV; hl = 17 days; Qα = 5.3 MeV)

10346Pd + 1 ulmn → 10446Pd + γ (Q = 10.0 MeV; stabil; Qα = 7.4 MeV)

10446Pd + 1 ulmn → 10546Pd + γ (Q = 7.1 MeV; stabil; Qα = 4.2 MeV)

10546Pd + 1 ulmn → 10646Pd + γ (Q = 9.6 MeV; stabil; Qα = 6.3 MeV)

10646Pd + 1 ulmn → 10746Pd + γ (Q = 6.5 MeV; hl = 6.5 × 106 yrs; Qα = 3.0 MeV)

10746Pd + 1 ulmn → 10846Pd + γ (Q = 9.2 MeV; stabil; Qα = 5.4 MeV)

10846Pd + 1 ulmn → 10946Pd + γ (Q = 6.2 MeV; hl = 13.7 hrs; Qα = 2.1 MeV)

10946Pd + 1 ulmn → 11046Pd + γ (Q = 8.8 MeV; stabil; Qα = 4.4 MeV)

11046Pd + 1 ulmn → 11146Pd + γ (Q = 5.7 MeV; hl = 23.4 min; Qα = 1.2 MeV)

11146Pd + 1 ulmn → 11246Pd + γ (Q = 8.4 MeV; hl = 21 hrs; Qα = 3.3 MeV)

11246Pd + 1 ulmn → 11346Pd + γ (Q = 5.4 MeV; hl = 93 sec; Qα = 161 keV)

11346Pd + 1 ulmn → 11446Pd + γ (Q = 7.9 MeV; hl = 2.4 min; Qα = 1.9 MeV)

11446Pd + 1 ulmn → 11546Pd + γ (Q = 5.0 MeV; hl = 25 sec; Qα = none)

11546Pd + 1 ulmn → 11646Pd + γ (Q = 7.6 MeV; hl = 12 sec; Qα = 727 keV)

Hinweis: Das Einfangen von Neutronen auf 10546Pd hat einen gemessenen Qα-Querschnitt von 0,5 μbarns für 10646Pd → 10246Ru + He4

• Der ULM-Einfang auf Pd-Isotopen kann erhebliche Mengen an Bindungsenergie freisetzen.

• Alpha-Zerfälle von Pd-Isotopen haben einen kleinen Querschnitt, aber positive Q-Werte.

Verzweigungen des β-verzögerten Isotopenzerfalls

• LENR-Systeme weisen eine sehr dichte Besetzung lokaler fermionischer Zustände auf, die den β-Zerfall (eine Fermion) von neutronenreichen Zwischenisotopen gegenüber dem von isolierten Kernen verzögern kann.

• Dies bietet eine viel größere Auswahl an Abklingkanälen, wie z. B. die Beta-verzögerte Emissionen von Gammas, Neutronen, Alpha-Partikeln, Tritonen und Deuteronen.

- Produktionsquerschnitte für solche Emissionen sind typischerweise klein, aber bestimmte Isotope weisen wesentliche β-verzögerte Verzweigungen auf, z. B. emittieren 12 Prozent der N¹⁸-Zerfälle Alphas.

- Es ist bekannt, dass über 100 Isotope β-verzögerte Zerfallswege aufweisen.

• Abhängig von den LENR-Nukleosynthesewegen können Zielkeime signifikante Mengen an He⁴ produzieren, ohne dass Lithium vorhanden ist oder D-D-Kaltfusionsprozesse erforderlich sind.

ULM-Neutronen-katalysiertes LENR-Netzwerk

(Die Übersetzung der nachfolgenden Grafik folgt.)

Zusammenfassung der Widom-Larsen-Theorie

• Vom allgemeinen Verständnis über LENR unterscheidet sich die Widom-Larsen (W-L)-Theorie darin, dass der Regelungsmechanismus für LENR vermutlich von der schwachen Kraft der Standardtheorie dominiert wird, anstatt von der starken Kraft, die die Kernspaltung und -fusion beherrscht.

- Die Annahme schwacher Wechselwirkungen führt zu einem theoretischen Rahmen für den LENR-Energiefreisetzungsmechanismus, der mit der beobachteten Erzeugung großer Energiemengen über einen langen Zeitraum bei moderaten Temperatur- und Druckbedingungen ohne Freisetzung energetischer Neutronen oder Gammastrahlung übereinstimmt.

• Die W-L-Theorie baut auf der etablierten Theorie von der elektroschwachen Wechselwirkung und der kollektiven Vielteilcheneffekte auf.

• Die W-L-Theorie erklärt die Beobachtungen aus einer Vielzahl von LENR-Experimenten, ohne auf neue Physik oder Ad-hoc-Mechanismen zurückzugreifen.

- Bisher widerspricht kein experimentelles Ergebnis schwerwiegend den Grundsätzen der W-L-Theorie.

- Tatsächlich wurde eine zunehmende Anzahl von LENR-Anomalien von W-L erklärt.

- In einem Fall lieferte die W-L-Theorie eine plausible Erklärung für eine anomale Beobachtung der Transmutation in einem Explosionsdrahtexperiment aus dem Jahr 1922.

• Könnte die W-L-Theorie der Durchbruch sein, der erforderlich ist, um LENR als eine wichtige Quelle für kohlenstofffreie, umweltfreundliche und kostengünstige Kernenergie zu positionieren?

Der aktuelle Stand von LENR

• Die Widom-Larsen-Theorie hat wenig dazu beigetragen, die LENR-Forschungsgemeinschaft zu vereinheitlichen oder zu fokussieren.

• Wenn überhaupt, scheint dies die Entschlossenheit der Befürworter der starken D-D-Fusion in ihrer Wagenburg verstärkt zu haben.

• LENR ist ein Forschungsgebiet auf der Ebene von TRL-1 (Technology Readiness Level), aber die Community ringt bereits darum, eine wettbewerbsfähige TRL-8-Position zu erreichen, was den normalen wissenschaftlichen Prozess weiter behindert.

• Ohne eine Theorie, die die Forschung lenkt, bleibt LENR in einem beständigen Kochkursmodus, der einige verlockende Ergebnisse hervorbringt, um Risikokapitalinvestitionen voranzutreiben, die Wissenschaft aber nur wenig voranbringt.

• Die DTRA muss aufpassen, dass sie nicht in die Politik von LENR verwickelt wird und als ehrlicher Makler fungiert.

- Nutzen Sie einige Gemeinsamkeiten, z. B. Materialien und Diagnostik.

- Suchen Sie die Auseinandersetzung zwischen Widom-Larsen- und Cold-Fusion-Befürwortern.

- Bilden Sie ein Experten-Überprüfungsgremium, um die DTRA-finanzierte LENR-Forschung zu leiten.