Erwartungen an die LENR-Theorien

Journal of Condensed Matter Nuclear Science 26 (October 2018) 15-31, © 2018 ISCMNS
Expectations of LENR Theories
David J. Nagel, The George Washington University and NUCAT Energy LLC, 725 23rd Street NW, Washington DC 20052, USA
nagel@gwu.edu

Zusammenfassung

Die Mechanismen, die Gitteraktivierte (oder Niederenergetische) Kernreaktionen (LENR) hervorrufen, sind immer noch nicht verstanden, auch wenn aus empirischer Sicht viel über LENR bekannt ist. Wir stellen hier eine Liste von 24 Beobachtungen aus fast drei Jahrzehnten von LENR-Experimenten zur Verfügung. Diese Beobachtungen bedürfen einiger theoretischer Erklärungen. Dieser Artikel befasst sich mit zwei Aspekten der vielen Theorien zu den verschiedenen Mechanismen. Der erste Aspekt betrifft die Theorien selbst, d. h. ihre Eigenschaften und Ergebnisse. Die wenigen Dutzend verfügbaren Theorien über die LENR-Mechanismen sind vielfältig und komplex. Ihre Substanz, einschließlich aller Annahmen und Implikationen, könnte nur in einem ausführlichen Dokument sachgerecht zusammengefasst werden. Eine solch gründliche Revision der existierenden LENR-Theorien durchzuführen, wäre eine Herausforderung. An dieser Stelle wird lediglich auf Übersichtsarbeiten und andere Informationsquellen zu LENR-Theorien hingewiesen. Der zweite Aspekt dieses Dokumentes besteht darin, den Entwicklungsstand der LENR-Theorien zu erfassen, insbesondere die Vollständigkeit ihrer Ausarbeitung. Es ist durchaus möglich, im Detail darzustellen, was von Experimentalphysikern, Lehrern, Studenten, Entwicklern und anderem interessierten Personal von den LENR-Theoretikern erwartet wird. Es werden zehn Fragen an LENR-Theoretiker zur Beschreibung (Merkmale) und zum Status (Entwicklung) ihrer Ideen gestellt und diskutiert. Die fast drei Jahrzehnte an theoretischer Arbeit über LENR haben zu erstaunlich wenigen gut entwickelten Theorien geführt. Keine von ihnen ist bislang ausreichend getestet und allgemein anerkannt worden. Für einige Theoretiker besteht daher die große Herausforderung, ein Grundverständnis von LENR zu entwickeln. Dieses Verständnis würde die Kommerzialisierung dieser neuen, sauberen, vielversprechenden und dringend benötigten Energiequelle ermöglichen und sogar beschleunigen.

1. Einführung

Auf dem Fachgebiet LENR gibt es zwei große Chancen für Ruhm und Reichtum: Verständnis und Ausschöpfung. Sobald ein wissenschaftliches Verständnis über LENR entwickelt worden ist, werden die Mechanismen, die zur Erzeugung von LENR führen, sowie ihre Eigenschaften, insbesondere ihre Quoten, bekannt sein. Es ist davon auszugehen, dass die Person oder das Team, die bzw. das dieses Verständnis letztendlich liefert, für ihre Leistung gefeiert werden wird.

Experimente haben gezeigt, dass mit LENR hohe Leistungs- und Energiegewinne erzielt werden können, wobei aus den LENR-Zellen wesentlich mehr Wärmeenergie austritt, als elektrisch in die Zellen eingespeist wird. Darüber hinaus erzeugt der Betrieb von LENR keine sofortige gefährliche Strahlung, keinen signifikanten radioaktiven Abfall und keine Treibhausgase. Kommerzielle LENR-Generatoren werden voraussichtlich relativ klein sein, so dass sie dezentral und unabhängig vom Stromnetz betrieben werden können. Ihr Einsatz in Privathaushalten würde den Verbrauchern die Kontrolle über ihre Energieerzeugung ermöglichen, so wie sie heute ihren Energieverbrauch kontrollieren. Solche Generatoren würden keinen Spannungsabfällen, Stromausfällen oder anderen netzbedingten Problemen ausgesetzt sein. Aufgrund ihrer Energiegewinne und anderer vorteilhafter Eigenschaften sollten sichere und zuverlässige Generatoren auf der Basis von LENR für die Kunden sehr kosteneffizient und attraktiv sein. Daher sollte die kommerzielle Nutzung der Leistungsmerkmale von LENR sehr lukrativ sein. Aus diesem Grunde arbeiten derzeit mehr als 20 kleinere Unternehmen in mindestens neun Ländern an der Entwicklung von Prototypen von LENR-Generatoren, und zwar noch bevor die Mechanismen, die zur Strom- und Energieerzeugung führen, vollständig aufgeklärt sind.

Da das Verständnis von LENR ein derzeit bestehendes schwerwiegendes wissenschaftliches Rätsel lösen wird, und da dieses Verständnis eine frühzeitigere und erfolgreichere Kommerzialisierung befördern wird, konzentrieren wir uns in diesem Artikel auf die Theorien über LENR. Der Abschnitt 2 fasst viele der empirischen Beobachtungen zusammen, die aus über einem Vierteljahrhundert an Experimenten stammen. Es ist durchaus möglich, dass einige dieser Beobachtungen entweder falsch oder irrelevant sind. Die meisten dieser Beobachtungen werden dem Test jedoch auf Dauer standhalten. Das gesamte empirische Wissen zwingt die Theoretiker dazu, ihre Bemühungen zu beschränken und zu überprüfen. Mit anderen Worten: Die im folgenden Abschnitt aufgeführten Punkte hinterfragen jene theoretischen Entwicklungen, die auf das Verständnis von LENR abzielen.

Der Abschnitt 3 enthält eine Zusammenfassung früherer Übersichten über die tatsächlichen Inhalte der LENR-Theorien. Bei diesen Studien handelt es sich um bedeutende Meilensteine auf dem Weg zum letztendlichen Verständnis von LENR. Der Abschnitt 4 bildet den Hauptteil dieses Artikels. Er liefert und diskutiert die 10 Fragen an LENR-Theoretiker. Mit diesen Fragen wird versucht, die Merkmale und den Status der verschiedenen Theorien zu bestimmen. Der Abschnitt 5 gibt eine Zusammenfassung der Kernpunkte dieses Artikels und fügt einige Kommentare darüber hinzu, was zur Beschleunigung des theoretischen und quantitativen Verständnisses von LENR erforderlich ist. Im Anhang A findet sich zudem ein mögliches Szenario für Korrelationen zwischen Wärme- und Heliumerzeugung, die über die konventionellen Einzelschritt-Fusionsreaktionen hinausgehen.

2. Empirische Beobachtungen der Eigenschaften von LENR

Die Wissenschaftsgeschichte kennt Fälle, in denen es Jahrzehnte gedauert hat, bis Ideen verifiziert und Beobachtungen erklärt werden konnten. So brachte Wegner 1912 die Idee von der Plattentektonik vor, aber es dauerte etwa vierzig Jahre, bis durch entsprechende Beobachtungen Beweise für ihre Richtigkeit erbracht wurden. Einstein veröffentlichte 1917 die Gleichungen für die stimulierte Emission. Doch erst mit der Demonstration des MASER durch Townes im Jahr 1954 wurde experimentell nachgewiesen, dass diese Gleichungen korrekt waren. In beiden Fällen einer Theorie-vor-Beobachtung erwiesen sich die Kernideen als relativ simpel, für die die erforderlichen Beobachtungs- oder Labortechniken erst noch entwickelt werden mussten. Auch der umgekehrte Fall kommt vor. Onnes entdeckte die Supraleitung 1911, aber erst 1957 wurde sie verstanden. Dieses Phänomen wurde in den Jahrzehnten zwischen seiner ersten Entdeckung und seiner Aufklärung in vielen Materialien festgestellt. Das Kernproblem war jedoch relativ einfach, wie nämlich der elektrische Widerstand bei entsprechend niedrigen Temperaturen gegen Null gehen konnte. Bei LENR erscheint die Situation komplexer, da sehr viele unterschiedliche Experimente durchgeführt wurden und es unterschiedliche Ergebnisse gab. Die wichtigsten Beobachtungen lassen sich jedoch auf einfache Weise erklären. Darauf wird im Rest dieses Abschnitts eingegangen.

Die zentrale Erkenntnis aus Tausenden von LENR-Experimenten aus fast 30 Jahren ist die folgende: Es ist möglich, chemische Energien in der Größenordnung von Elektronenvolt zu benutzen, um Kernenergien im Bereich von Mega-Elektronenvolt freizusetzen. Es muss hervorgehoben werden, dass die Fähigkeit zur Freisetzung von Kernenergien mittels chemischer Energien hohe Gewinne an Energie ermöglicht. Das bedeutet, dass es konzeptionell möglich ist und experimentell auch nachgewiesen wurde, dass aus einem LENR-Experiment viel mehr thermische Energie gewonnen werden kann, als zur Herbeiführung der Kernreaktionen eingespeist wird. Der Gewinn ist definiert als das Verhältnis von abgegebener thermischer Energie zu zugeführter elektrischer Energie. Die LENR-Gewinne wurden in einer kürzlich erschienenen Arbeit zusammengefasst. Es gibt überzeugende experimentelle Beweise für Gewinne von bis zu 26. Der größte berichtete LENR-Gewinn, der weder verifiziert noch reproduziert ist, beträgt 800.

Abbildung 1. Oben: Schematische Darstellung der Flüsse von Materie und Energie in und aus einer Reaktion, entweder chemisch oder nuklear. Unten: Schematische Darstellung der Energieniveaus für die Reaktanten (R) in ihren Anfangs- und Übergangszuständen (T) sowie des Energieniveaus der resultierenden Produkte (P). Wie bereits erwähnt, ist die Energieskala für Kernreaktionen etwa eine Million mal größer als die Energieskala für chemische Reaktionen.

Abbildung 1 zeigt schematisch die Reaktionsschwellen und sowohl chemische als auch nukleare Energiegewinne. Bei den chemischen Reaktionen befindet sich die Schwellenenergie der Reaktionsenergie in der Größenordnung von Elektronenvolt. Die Schwelle ergibt sich aus der Energie, die benötigt wird, um die vorhandenen Reaktantenmoleküle zu zerlegen und die neuen Anordnungen in den Produkten herzustellen. Bei Kernreaktionen beträgt die Schwelle einen beträchtlichen Bruchteil eines Mega-Elektronenvolts, und die Reaktionsenergie beträgt üblicherweise mehr als ein Mega-Elektronenvolt. Zurückzuführen ist diese Schwelle auf die elektrostatische Abstoßung zweier positiver Kerne, die so genannte Coulomb-Barriere. Der erstaunliche und immer noch geheimnisvolle Aspekt von LENR besteht darin, dass es durch chemische Energien möglich ist, Kernreaktanten in Kernprodukte umzuwandeln.

Selbst bescheidene LENR-Gewinne, sagen wir unter 10, würden große Auswirkungen haben. Die Stromproduktion ist aufgrund der zahlreichen notwendigen Arbeitsschritte nicht wirtschaftlich. Gegenwärtig wird die chemische Energie in den fossilen Brennstoffen zunächst in thermische Energie, dann in mechanische Energie und schließlich in Elektrizität umgewandelt. Jeder Schritt weist aufgrund verschiedener Verluste, wie Leitungsverluste und Reibung, zusätzlich zu den unvermeidlichen thermodynamischen (Carnot-)Verlusten, Unwirtschaftlichkeiten auf. Nur etwa 40% der Energie in Kohle und Gas kann in Elektrizität umgewandelt werden. Darüber hinaus geht ein erheblicher Teil der elektrischen Energie bei der Übertragung von den großen Kraftwerksanlagen zu den Verbrauchern verloren. Die Verluste bei der Stromübertragung betragen in den USA durchschnittlich 7 bis 8 Prozent. In den USA gibt es derzeit über 7000 Elektrizitätskraftwerke. Folglich geht durch die Ineffizienz der Übertragung die Energie verloren, die etwa 500 von ihnen produziert haben. Die Fähigkeit von LENR, (a) signifikante Gewinne aus (b) kleinen dezentralen Wärme- und Stromgeneratoren zu erzielen, würde die elektrische Energie wesentlich kosteneffizienter gestalten.

Am Rande sei erwähnt, dass mit dem derzeit größten Experiment zur Heißen Fusion ein Gewinn von 10 angestrebt wird. Im Süden von Frankreich wird für über 20 Milliarden Dollar der Internationale Thermonukleare Versuchsreaktor (ITER) errichtet. Das Projekt wird voraussichtlich über 20 Jahre in Anspruch nehmen. Es wird nicht notwendigerweise zur Konstruktion eines großen und kostspieligen einsatzfähigen Kraftwerks führen. Vor der Vermarktung von Strom aus der Heißen Fusion wird noch ein weiteres, gleichermaßen großes Experiment erforderlich sein. Die endgültigen Fusionskraftwerke werden groß und teuer sein und Übertragungsverluste aufweisen. Eine Investition in Forschung und Entwicklung von LENR in Höhe von auch nur 10 Prozent der für die Heiße Fusion bereitgestellten Mittel könnte zu Verständnis und Kommerzialisierung innerhalb eines Zeitrahmens führen, der nicht einmal die Hälfte der Zeit für den Bau und die Erprobung des ITER ausmacht.

Über das für LENR wesentliche Merkmal des Gewinns hinaus gibt es viele weitere empirische Beobachtungen, die von LENR-Theoretikern berücksichtigt werden müssen. Auflistungen der empirischen Beobachtungen wurden von mehreren Autoren erstellt. Das Buch von Storms aus dem Jahr 2007 enthält eine Liste von 12 Beobachtungen. Die Organisatoren des ICCF-14 legten 10 hochrangige Berichte zu den Ergebnissen vieler LENR-Experimente vor. Kürzlich stellte Hubler eine weitere Liste von experimentellen LENR-Beobachtungen bereit, die nach einer Erklärung verlangen. Es gibt noch weitere Listen, aber diese drei decken die meisten der herausragenden Beobachtungen ab. Die folgende Liste umfasst jene Aussagen, die von den genannten und weiteren Autoren getroffen wurden, in unseren Worten.

1. Kernreaktionen (MeV-Output) können unter Nutzung chemischer Energien (eV-Input) hervorgerufen werden.
2. Es gibt viele Möglichkeiten, LENR zu erzeugen und ihre Ergebnisse zu messen.
3. Es ist erwiesen, dass verschiedene feste Materialien LENR erzeugen können (Pd, Ni, Ti, Legierungen usw.).
4. Sowohl Protonen als auch Deuteronen können unter bestimmten Umständen an LENR beteiligt sein.
5. Viele Zustände können zu LENR führen, mit Gittern in Flüssigkeiten oder Gasen.
6. Die Initiierungszeiten für die Erzeugung von LENR variieren bei den verschiedenen Experimenten stark.
7. Ungleichgewichtsbedingungen mit hohen Protonen- oder Deuteronenflüssen begünstigen LENR.
8. Manche LENR treten in kleinen und ausgeprägten Bereichen auf oder nahe der Oberfläche von Materialien.
9. Einige wenige Messungen haben gezeigt, dass LENR in Zeiträumen von unter einer Millisekunde auftreten kann.
10. In verschiedenen Experimenten wurden hohe Leistungs- und Energiegewinne gemessen.
11. Hohe Leistungs- und Energiedichten sowie Werte für Energie pro Atom sind möglich.
12. Hohe Temperaturen sind nicht erforderlich, um LENR zu erzeugen, aber die Raten steigen mit der Temperatur.
13. Bei elektrochemischen Experimenten wird LENR von hohen Verhältnissen der Deuteronen zu Pd-Atomen begünstigt.
14. Eine Überschussleistung wurde auch bei niedrigeren Verhältnissen der Deuteronen zu Pd-Atomen gemessen.
15. Kathodenoberflächentextur, Rauheit und Verunreinigungen beeinflussen LENR signifikant.
16. Die Anwendung von Laserlicht, Magnetfeldern und einigen anderen Effekten verstärkt LENR.
17. Verschiedene Ergebnisse von LENR-Experimenten sind mit unterschiedlichen Instrumenten messbar.
18. Die Erzeugung großer Hitze, von Tritonen und von Helium deutet darauf hin, dass Kernreaktionen stattfinden.
19. Wärme zu Tritium zu Neutronen, so dass LENR nicht auf die konventionelle D-D-Fusion zurückzuführen ist.
20. Fe, Zn und Cu sind die häufigsten Transmutationsprodukte (Findet eine Spaltung statt?)
21. Einige Nachweise belegen, dass lebende Organismen nukleare Transmutationen bewirken können.
22. Manchmal korreliert die Wärmeproduktion mit Nuklearprodukten, insbesondere mit Helium.
23. Von LENR gehen praktisch keine radioaktive Strahlung und kein radioaktiver Abfall und nahezu keine Treibhausgase aus.
24. LENR könnte, wenn es verstanden, reproduzierbar und steuerbar ist, die Grundlage für neue, saubere, kommerzielle, kostengünstige, dezentrale Energiegeneratoren bilden.

Es muss darauf hingewiesen werden, dass einige dieser empirischen Beobachtungen nicht konsistent miteinander sind. Die Punkte 13 und 14 zur Beladung von Deuteronen (D) in Palladium (Pd) bieten hierfür ein Beispiel. Es wurde eindeutig nachgewiesen, dass das Erzielen eines hohen D/Pd-Verhältnisses für die Erzeugung von LENR-Energie notwendig (aber nicht ausreichend) ist. Im Gegensatz dazu stellte Storms jedoch fest, dass „… überschüssige Energie unabhängig vom D/Pd-Verhältnis und dem zugeführten elektrolytischen Strom ist und ausschließlich von der Temperatur abhängig ist“. Diese Aussagen und die Vielfalt der gesamten Liste empirischer Ergebnisse sind eine Herausforderung für diejenigen, die sich darum bemühen, LENR zu verstehen. Wahrscheinlich wird es viele Jahre brauchen, um diese Beobachtungen und ihr quantitatives Verständnis vollständig zu verifizieren.

Ein sachkundiger und sorgfältiger Rezensent könnte jede der zwei Dutzend oben aufgeführten Beobachtungen aufgreifen und eine Sammlung von Publikationen erstellen, um jede einzelne Beobachtung zu untermauern. Das heißt, es handelt sich bei diesen empirischen „Fakten“ nicht um das Ergebnis von einzelnen Aufsätzen oder anderen Berichten. Diese Liste, die das Ergebnis von mehr als einem Vierteljahrhundert sorgfältiger Experimente ist, stellt für die LENR-Theoretiker eine sehr ernste Herausforderung dar.

Stellen Sie sich eine Matrix vor, die jede der oben genannten 24 empirischen Beobachtungen gegen jede der Dutzenden von LENR-Theorien auflistet. Viele der Theorien (die meisten???) würden durch eine oder mehrere der aufgelisteten Beobachtungen ausgeschlossen werden. Viele LENR-Theorien scheitern bedauerlicherweise auf konzeptioneller Ebene, wie in Abschnitt 3 erörtert wird.

3. Meilensteine bei der Evaluierung von LENR-Theorien

Darüber, was LENR hervorruft, gibt es Dutzende von Theorien. Die meisten sind mit den übrigen LENR-Konzepten unvereinbar. Letztendlich stehen die Theorien im Wettbewerb miteinander. Das Verstehen und Bewerten der Merkmale und des Status jeder einzelnen Theorie stellt einen wichtigen ersten Schritt bei der Auswahl der Theorien dar. Der vorliegende Aufsatz ist durch diese Ziele motiviert.

Seit der Verlautbarung von Fleischmann und Pons im Jahr 1989 hat es einige mehr oder weniger gründliche Überprüfungen von LENR-Theorien gegeben. Diese Übersichtsarbeiten fassen Abhandlungen über die LENR-Theorie und ihren Inhalt zusammen. Im Rest dieses Abschnitts werden die wenigen derartigen Übersichtsarbeiten aufgeführt.

3.1. Artikel von Fleischmann, Pons und Preparata aus dem Jahr 1994

Die Initiatoren des Fachgebietes LENR hatten ein starkes und beständiges Interesse an einer Erklärung dessen, was sie und andere gemessen haben. Aus diesem Grund entwickelten sie eine enge Zusammenarbeit mit Preparata, einem führenden LENR-Theoretiker. Dieses Dokument ist das Ergebnis ihrer gemeinsamen Interessen und ihrer Zusammenarbeit. Das Dokument enthält einen Überblick zur Energetik der Zerlegung von Wasserstoffisotopen in Palladium. Es enthält eine Liste von sieben Beobachtungen, welche bereits im letzten Abschnitt erwähnt wurden und die durch die LENR-Theorien erklärt werden müssen. Die Autoren liefern für jedes dieser sieben Phänomene eine Liste mit Typen „möglicher Modelle“ und „unmöglicher Modelle“. Hier die Zusammenfassung des Dokuments:

• Wir gehen auf einige der wichtigsten Fakten in der Phänomenologie der Pd-Hydride ein, die gewöhnlich als „Kalte Fusion“ bezeichnet werden. Wir kommen zu dem Schluss, dass alle theoretischen Versuche, die sich nur auf Wenig-Körper-Wechselwirkungen, sowohl elektromagnetische als auch nukleare, konzentrieren, wahrscheinlich nicht ausreichen, um solche Phänomene zu erklären. Andererseits finden wir deutliche Hinweise darauf, dass Theorien über kollektive, kohärente Wechselwirkungen zwischen elementaren Bestandteilen, welche zu makroskopischen quantenmechanischen Effekten führen, zur Gruppe der möglichen Theorien dieser Phänomene gehören.

Es ist festzuhalten, dass sich dieses Papier zwar auf viele der bestehenden LENR-Theorien aus dem Jahr 1994 bezieht, es jedoch keine Überprüfung dieser Theorien darstellt. Vielmehr zeigt es angesichts der festgestellten Beobachtungen Einschränkungen der LENR-Theorien auf.

3.2. Übersichtsarbeit von Chechin und anderen aus dem Jahr 1994

Bei diesem Dokument handelte es sich tatsächlich um eine Überprüfung der LENR (CF)-Theorien durch theoretische Physiker. Hier die Zusammenfassung der Arbeit:

• Wir fassen kurz die berichteten anomalen Effekte in deuterierten Metallen bei Umgebungstemperatur zusammen, die gemeinhin als „Kalte Fusion“ (CF) bezeichnet werden, mit dem Schwerpunkt auf den wichtigsten Experimenten sowie der theoretischen Grundlage der Einwände gegen ihre Interpretation als einer kalten Fusion. Anschließend werden mehr als 25 theoretische Modelle zur Kalten Fusion eingehend untersucht, darunter auch ungewöhnliche nukleare und exotische chemische Hypothesen. Dabei kommen wir zu dem Schluss, dass diese die vorliegenden Daten nicht erklären.

Die Autoren waren in ihrer Kritik gegenüber den bestehenden LENR-Theorien sehr deutlich. So schrieben sie in ihrem Abschnitt „Schlussfolgerungen“ Folgendes:

• Wir kommen zu dem Schluss, dass es trotz erheblicher Anstrengungen keiner theoretischen Ausarbeitung zur CF gelungen ist, die vorgelegten experimentellen Ergebnisse quantitativ oder auch nur qualitativ zu beschreiben. Jene Modelle, die behaupten, dieses Rätsel gelöst zu haben, scheinen weit davon entfernt, dieses Ziel tatsächlich erreicht zu haben. Vielleicht besteht ein Teil des Problems ja darin, dass nicht alle Experimente gleichermaßen valide sind, und man nicht immer weiß, welches davon welches ist. Wir sind der Auffassung, dass es in dem Maße, wie die Experimente durch eine bessere Ausrüstung usw. zuverlässiger werden, gelingen wird, die Phänomene zu etablieren, die umstrittenen Theorien einzugrenzen und sich auf einen geeigneten theoretischen Rahmen zu konzentrieren; oder die CF zu verwerfen. Es besteht immer noch eine große Unsicherheit bezüglich der Eigenschaften und der Natur der CF.
  Natürlich ist das Gütesiegel einer jeden guten Theorie die Übereinstimmung mit dem Experiment. Wegen der großen Unsicherheit in den experimentellen Ergebnissen waren wir bisher jedoch weitgehend darauf beschränkt, die Konsistenz der Theorien gegenüber den fundamentalen Naturgesetzen sowie ihre innere Selbstkonsistenz zu untersuchen. Eine Reihe dieser Theorien erfüllt nicht einmal diese grundlegenden Kriterien. Einige der Modelle basieren auf so exotischen Annahmen, dass sie nahezu unüberprüfbar sind, auch wenn sie möglicherweise selbstkonsistent sind und nicht gegen die bekannten Gesetze der Physik verstoßen. Für eine Theorie, die als physikalische Theorie betrachtet werden will, ist es zwingend erforderlich, dass sie nachprüfbar ist.

Es würde sich lohnen, jede der 25 von Chechin und anderen in der Rezension betrachteten Theorien erneut aufzugreifen, um (a) zu sehen, welche von ihnen nicht mehr aktiv entwickelt werden, und um (b) den Status jeder dieser seit 1994 weiterentwickelten Theorien zu erfahren.

3.3. Die Bücher von Storms aus den Jahren 2007 und 2014

Beide Bücher von Storms über LENR enthalten Kapitel zu theoretischen Ideen. Diese sind aus der Perspektive eines nachdenklichen Experimentalphysikers und nicht aus der eines Theoretikers formuliert. Kapitel 8 des Buches von 2007 enthält eine Liste mit vier Einschränkungen, die für die LENR-Theorien gelten. Anschließend werden „Plausible Modelle und Erwartungen“ für die Wärmeproduktion, Helium und Transmutationsprodukte diskutiert. Dieses Dokument verweist auf viele der Ideen zur Erklärung von LENR, deckt aber nicht alle davon ab. Storms betrachtete dann einige mögliche Ansätze zur Fusion unter Einbeziehung von Deuteronen sowie andere Reaktionen mit Protonen. Er schliesst dieses Kapitel mit der Feststellung, nach der „alle Theorien eine oder mehrere wesentliche Schwachstellen aufweisen“.

Kapitel 4 in Storms' Buch von 2014 beinhaltet eine systematischere Klassifizierung und Überprüfung der LENR-Theorien. Storms listete sieben Klassen von LENR-Theorien auf. Es sind dies (in Klammern die Anzahl an Theorien pro Klasse): Clusterbildung (5), Resonanzen (6), Neutronenreaktionen (4), spezielle Elektronenstrukturen (3), Transmutationen (2), Tunnelbildung (1) sowie Risse und spezielle Strukturen (2). Die 23 Theorien umfassen die meisten, aber nicht alle Ideen, die um das Verständnis von LENR konkurrierten und noch immer konkurrieren. Insgesamt stellt dieses Kapitel die beste Zusammenfassung von LENR-Theorien in einer einzigen Quelle in den letzten Jahren dar und ist sehr nützlich.

3.4. Die auf der ICCF-14 im Jahr 2008 vorgestellte Matrix der Theorien

Der Tagungsbericht zur ICCF-21 enthält eine Matrix der 22 theoretischen Präsentationen, die auf dieser Konferenz gehalten wurden, und stellt sie den Merkmalen dieser Theorien gegenüber. Siehe Tabelle 1. Die Merkmale der Theorien wurden als Antwort auf die folgenden Fragen vermerkt:

1. Welche Form der Reaktion(en) wird berücksichtigt?
2. Befasst sich das Dokument mit der Coulomb-Barriere?
3. Befasst sich das Dokument mit energiereichen Teilchen?
4. Worin besteht die konzeptionelle Grundlage der Theorie?
5. Ist das Konzept auf Gleichungen reduziert worden?
6. Wurden numerische Ergebnisse geliefert?
7. Wurden die Ergebnisse angewandt?

Dieses Format soll eine einfache Möglichkeit bieten, die unterschiedlichen Ideen über den/die Mechanismus(en) hinter LENR zu vergleichen. Es wäre nützlich, diese Matrix um Theorien zu erweitern, die auf dieser Konferenz nicht vorgetragen wurden, sowie um zusätzliche Merkmale, wie z. B. die Berechnung der LENR-Raten.

Tabelle 1. Merkmale der auf der ICCF-14 vorgestellten Theorien

Autoren	Welches LENR?	Coulomb-Barriere	Hochenergetische Teilchen	Konzeption	Gleichungen?	Numerische Ergebnisse	Nutzung der Ergebnisse
Adamenko und Vysotskii	Transmutation	n/a	n/a	Magnetic monopoles	ja	Approx. bounds	nein
Alexandrov	[math]e + P \to N + \nu[/math]	Neutronen	nein	Band theory, effective mass	ja	ja	Applied to semicond.
Bass und Swartz	D-Fusion	nein	nein	Control theory	Computer simulation	ja	Future work
Breed	[math]4D \to \alpha + \ldots[/math]	ja	ja	Band theory, effective mass, resonance	ja	nein	n/a
S. Chubb	[math]D + D \to \; ^4He \; + \;[/math]Wärme	ja	ja	Nonlocal quantum effects, resonance	ja	ja	nein
T. Chubb	Verschiedene	ja	ja	„Ion band states“	nein	nein	n/a
Cook	Transmutation	nein	n/a	Lattice model of nuclei	ja	ja	Compared with expt.
Dufour u. a.	[math]Pd + D, \; D + D[/math]	ja	indirekt	New force	nein	nein	n/a
Fou	[math]D+D[/math] -Fusion	ja	nein	Neutron exchange, electrostatic fields	nein	nein	n/a
Frisone	D-Plasma- Schwingungen	ja	n/a	Gamow and Preparata Theory	ja	ja	nein
Godes	[math]e + P \to N + \nu[/math]	Neutronen	nein	verschiedene	nein	nein	n/a
Hagelstein and Chaudhary	[math]D + D \to \; ^4He + 24 \; MeV[/math]	ja	ja	Coupling two-level systems to phonons	ja	Qualitative	n/a
Hagelstein, Melich and Johnson	Verschiedene	ja	ja	verschiedene	n/a	n/a	n/a
Hagelstein u. a.	Verschiedene	nein	nein	Existing theory	ja	nein	n/a
Kim	[math]D + D \to \; ^4He + \;[/math]Wärme	ja	ja	Bose–Einstein condensate	ja	ja	ja
Kozima	Nicht angegeben	nein	nein	Cellular automata, recursion equations	nein	nein	n/a
Kozima and Date	Transmutation	Neutronen	nein	„Neutron drops“	nein	nein	n/a
Li u. a.	[math]P + D + e \to \; ^3He + e + \nu + \nu^-[/math]	Neutronen	indirekt	Resonance, tunneling	ja	ja	nein
Sinha and Meulenberg	D-Fusion	ja	nein	Screening via local [math]e^-[/math] pairs	ja	ja	nein
Swartz	D-Fusion	nein	nein	Relations between operating parameters	ja	Approximately	ja
Swartz and Forsley	D-Fusion	nein	nein	Relations involving operating parameters	Computer calculations	Qualitative	ja
Takahashi	[math]4D \to \; ^8Be^* \to 2\alpha[/math]	ja	nein	“Tetrahedrally symmetric clusters”	ja	ja	ja

3.5. Rezension von Krivit und Marwan aus dem Jahr 2009

Dieses Dokument enthält eine Historie der Erforschung von LENR sowie einen Überblick über Experimente und Ergebnisse. Es umfasst auch einen Überblick über dreizehn LENR-Theorien und erwähnt einige weitere. Die Autoren fassen ihren Überblick über die LENR-Theorien wie folgt zusammen: „Es mangelt nicht an Bemühungen, LENR zu erklären. Es gibt auch nur sehr wenige umfassende qualitative Bewertungen der LENR-Theorien.“ Sie stellen außerdem fest, dass „in den Auffassungen, die versucht haben, LENR zu erklären, zyklische Muster aufgetreten sind“. Dies trifft auf einige Theorien zu, die über mehrere Jahre entwickelt wurden.

3.6. Ausgabe 2013 des Infinite Energy Magazine

Die Ausgabe Nr. 112 des Magazins enthielt neun Beiträge von Autoren verschiedener LENR-Theorien. Dazu gehören, in der Reihenfolge der Veröffentlichung, Hagelstein, Dallacasa und Cook, Stürme, Meulenberg und Sinha, Vysotskii und Vysotskyy, Kozima, Meulenberg und schließlich Sinclair. Daher handelte es sich bei diesen Beiträgen nicht um eine Rezension solcher Theorien durch eine „dritte Partei“, wie es bei den meisten der oben in diesem Abschnitt erwähnten Zusammenstellungen der Fall war. Die einzelnen Artikel bieten jedoch für jede der Theorien eine größere Tiefe, als dies normalerweise bei Rezensionen verschiedener Theorien der Fall ist.

Biberian schlug vor, diese Ausgabe unter dem Titel „Theoretische Modelle der Kalten Fusion“ zu überarbeiten. In der Einleitung führte er sechs Kriterien und Fragen zu solchen Theorien und Dokumenten auf, in denen diese beschrieben werden:

1. Die Artikel sind für Experimentalphysiker als weitere Anleitung zur Durchführung von Experimenten gedacht.
2. Die Vorträge sollten kurz sein (maximal 4000 Wörter).
3. Die Artikel sollen die ursprünglichen Annahmen der Theorie verdeutlichen.
4. Welche experimentellen Ergebnisse werden durch die Theorie erklärt?
5. Wie lauten die Vorhersagen der Theorie?
6. Was sollten Experimentatoren tun, um erfolgreiche Experimente durchzuführen?

Diese Auflistung von Übersichtsarbeiten zu LENR-Theorien ist nicht erschöpfend. Es gibt noch einige weitere Untersuchungen zu einer Vielzahl von Theorien. Die aufgeführten Übersichtsarbeiten liefern zum Zeitpunkt ihrer Veröffentlichung jedoch eine recht umfassende Auflistung und Diskussion der LENR-Theorien (siehe Tabelle 1).

Dieses Dokument stellt einen ähnlichen, aber dennoch unterschiedlichen Ansatz für die dutzenden von LENR-Theorien dar. Es handelt sich nicht um eine Rezension oder Bewertung der LENR-Theorien. Vielmehr werden Fragen gestellt, deren Beantwortung es den an LENR Interessierten ermöglichen soll, das Wesen und den Zustand der verschiedenen Theorien zu verstehen. Die Präsentation dieser Fragen und der dazugehörigen Kommentare machen den größten Teil des weiteren Textes aus.

4. Fragen zu den LENR-Theorien

Das Thema von Hypothesen und Theorien in der Wissenschaft hat eine lange und umfangreiche Geschichte. Der von uns gewählte Ansatz ist hier weniger ein philosophischer als vielmehr ein praktischer. Wir befragen lediglich die Entwickler von LENR-Theorien zu den Merkmalen und zum Status ihrer Ideen. Eine andere Auffassung von der LENR-Theorie wurde von Hagelstein, einem versierten LENR-Theoretiker, vorgestellt. Unter den Punkten 4.1 bis 4.10 werden zehn Fragen vorgestellt und diskutiert.

4.1. Q1. Welche Verbindung besteht zwischen Ihrer Theorie und LENR?

Für einige Konzepte, die auf LENR-Konferenzen vorgestellt wurden, wurde kein erklärter oder offensichtlicher Bezug zur LENR hergestellt. Es ist sinnvoll zu fragen, ob eine bestimmte Theorie versucht, alles über LENR zu erklären, oder nur einen Aspekt dessen, was gemessen wurde. Einige Arbeiten über nukleare Strukturen und Kernreaktionen, die auf LENR-Konferenzen vorgestellt wurden, reichen nicht so weit, um eine klare Verbindung zur LENR herzustellen. Das bedeutet nicht, dass sie unwissenschaftlich sind, denn sonst wäre diese Wissenschaft es nicht wert, beachtet zu werden. Allerdings sollte es einem Theoretiker möglich sein, eindeutig darzulegen, welche der vielen empirischen Beobachtungen, die in Abschnitt 2 aufgeführt sind, er zu erklären versucht.

4.2. Q2. Worin besteht die Kernidee bzw. das Konzept Ihrer Theorie?

Alle theoretischen Entwicklungen müssen mit einer Idee oder einem Konzept darüber beginnen, was vor sich geht, dass es möglich wird, mit chemischen Energien Kernreaktionen auszulösen. LENR-Theoretiker sollten in der Lage sein, ihre Kernidee(n) und die damit verbundenen Annahmen, die zu Beginn einer bestimmten theoretischen Entwicklung getroffen wurden, eindeutig zu formulieren. Ohne eine solche Klarheit ist es für den Theoretiker unmöglich, seine Theorie zu entwickeln oder sie interessierten Personen, insbesondere Experimentalphysikern, zu vermitteln.

4.3. Q3. Was ist(sind) die Grundlage(n) Ihres Konzepts?

Es stellt sich die Frage: Worauf basiert in Physik, Chemie, Biologie, Materialwissenschaft, Elektromagnetik und anderen Wissenschaften der Mechanismus/die Mechanismen, der/die den Kern einer theoretischen Idee ausmacht/ausmachen? Welches fortgeschrittene Wissen in welchen Wissenschaften ist erforderlich, um voranzukommen? Die Entwicklung einer Theorie, das Verständnis einer Theorie und die Anwendung einer Theorie erfordern Fachwissen in bestimmten Disziplinen. Wahrscheinlich wird sich die Physik als die Kerndisziplin erweisen, die zum vollständigen Verständnis von LENR erforderlich ist. Aufgrund der Komplexität der LENR-Experimente und ihrer Ergebnisse ist es jedoch sehr wahrscheinlich, dass fundiertes Fachwissen auch in anderen Disziplinen erforderlich sein wird. Dies gilt insbesondere für die Chemie und die Materialwissenschaft.

4.4. Q4. Umfasst Ihr Mechanismus nur einen Schritt oder mehr als einen Schritt?

Im Bereich von LENR besteht ein allgemeines Problem, das sehr grundlegend ist und noch nicht gelöst wurde. Es geht dabei um die Frage, ob es nur eine Kernreaktion oder eine Abfolge von zwei oder mehr Kernreaktionen gibt oder auch andere Reaktionen. Tatsächlich ist die Situation noch komplexer als dies. Einige LENR-Theorien gehen von der Bildung „kompakter Objekte“ aus, deren Größe und Bindungsenergien zwischen denen von Atomen und Atomkernen liegen. Eine kürzlich erschienene Übersicht über solche Theorien ist verfügbar. Die Bildung solcher Objekte würde keine Kernreaktionen beinhalten und könnte für einen Teil oder sogar die gesamte in LENR-Experimenten beobachtete Wärme verantwortlich sein. Allerdings könnten kompakte Objekte nach ihrer Entstehung an Kernreaktionen beteiligt sein. Für dieses Verhalten gibt es einen Präzedenzfall bei der Myon-katalysierten Fusion, einem bereits verstandenen Prozess. LENR könnte demnach in einem zweistufigen Prozess ablaufen, wobei der erste Schritt ohne Kernreaktion abläuft und es sich beim zweiten um eine Kernreaktion handelt.

Noch grundlegender ist die Feststellung, dass es drei Arten möglicher Reaktionen gibt, die für LENR relevant sind: chemische, exotische und nukleare Reaktionen. Zu den chemischen Reaktionen gehören elektrochemische und Festkörpermechanismen, die zur Schaffung einer nuklear aktiven Umgebung in nuklear aktiven Regionen erforderlich sind. Exotische Reaktionen umfassen die Bildung kompakter Objekte oder anderer Einheiten, die weder durch gewöhnliche chemische Reaktionen noch durch Kernreaktionen entstehen. Zu den Kernreaktionen gehören alle Mechanismen, die Veränderungen in den an den Reaktionen beteiligten Kernen hervorrufen, seien es Fusion, Spaltung, Transmutationen oder andere Veränderungen in einem Atomkern.

Ist die Herstellung einer nuklear aktiven Umgebung immer der erste Schritt, dann umfassen alle LENR-Experimente zwei Schritte. Diese erste „Reaktion“ ist wahrscheinlich chemischer Natur und bildet die Grundlage für eine Kernreaktion. Daher gibt es zwei wahrscheinliche Sequenzen, die für die Erzeugung von LENR erforderlich sind: (a) chemisch, dann nuklear oder (b) chemisch, dann exotisch und schließlich nuklear. Damit sind die Möglichkeiten jedoch noch nicht ausgeschöpft. Die Anzahl und Abfolge von Mehrfachreaktionen kann stark variieren. Wie bereits oben erwähnt, beinhalten einige LENR-Theorien überhaupt keine Kernreaktionen.

Die Anzahl und die Art der Reaktionen in LENR-Experimenten wird nur selten diskutiert. Dies stellt auf der theoretischen Seite des Forschungsfeldes ein großes Defizit dar. In einem Beitrag von Widom und Larsen werden mögliche sequentielle Kernreaktionen diskutiert, wobei die Verfügbarkeit von Lithium und einer ausreichenden Anzahl an Neutronen mit „ultraniedrigem Impuls“ vorausgesetzt wird. Der Anhang zu diesem Beitrag betrachtet zwei aufeinanderfolgende Kernreaktionen, die zur Produktion von Wärme und Helium führen, sowie deren Korrelation.

4.5. Q5. Sind die Gleichungen, die Ihr Konzept verkörpern, ausformuliert?

Ist dies nicht der Fall, handelt es sich bei der „Theorie“ um nichts weiter als ein Konzept, das nicht überprüfbar ist und weder für die Erklärung vergangener Experimente noch für den Entwurf neuer Experimente von Wert ist. Die Herausforderung besteht darin, über alle erforderlichen Gleichungen zu verfügen, die das Grundkonzept verkörpern. Zusätzliche Gleichungen, die über die notwendigen hinausgehen, können kontraproduktiv sein.

4.6. Q6. Wurden die Gleichungen, sofern sie niedergeschrieben worden sind, durch eine Reduktion auf Zahlen bewertet?

Es gibt keine Möglichkeit, allein den Gleichungen zu entnehmen, ob die dahinter stehende(n) Idee(n) korrekt ist (sind) und ob die Gleichungen vollständig und korrekt sind. In der Wissenschaft dreht sich alles um Zahlen, und im Stadium der Gleichungen stehenzubleiben, gleicht der Vorbereitung und dem Start eines Rennens, nur um es dann auf halber Strecke abzubrechen. Im Berechnungsteil eines theoretischen Programms gibt es viele Wahlmöglichkeiten und Schwierigkeiten. Zu den Wahlmöglichkeiten gehören die Quelle der benötigten Parameter, die zu verwendenden Algorithmen, die zu verwendende Computersprache, das für die Berechnungen zu verwendende Gerät und die Art und Weise der Ergebnisspeicherung und -verwendung. Jede dieser Wahlmöglichkeiten kann die Ergebnisse der Berechnungen auf Basis des Ausgangssatzes von Gleichungen beeinflussen. Analysen, die nach erfolgter Berechnung durchgeführt werden, sind mitunter wertvoll, und sie erfordern auch verschiedene Entscheidungen darüber, was zu tun ist und wie es zu tun ist.

4.7. Q7. In welchem Verhältnis steht Ihr Mechanismus zu experimentellen Beobachtungen?

Der Vergleich der Ergebnisse der theoretischen Entwicklungen mit dem Experiment und die Gestaltung von Experimenten zur Überprüfung der Ergebnisse der Theorien sind für das Verständnis von LENR von entscheidender Bedeutung. Diese und die übrigen drei Fragen haben daher mit der Schnittmenge von Theorien und Experimenten zu tun.

Die Liste der empirischen Beobachtungen aus LENR-Experimenten im zweiten Abschnitt ist recht übersichtlich und herausfordernd. Einige Aspekte verdienen jedoch zusätzliche Kommentare, da sie sowohl bemerkenswert als auch von Bedeutung für die Anwendungen sind.

In einigen wenigen Experimenten wurden Leistungsgewinne von mehr als 25 beobachtet. In LENR-Experimenten wurden Werte erzeugter Energie (in eV pro Atom des Metallkatalysators) von mehr als 2000 beobachtet. Es wurden Leistungsdichten gemessen, die jene in Kernspaltungsbrennstäben um etwa das 50-fache übersteigen.

Die Materialien sind für die Herstellung von LENR von entscheidender Bedeutung, einschließlich einer hohen Beladung, der Ausrichtung und der Morphologie der Oberfläche, dem Vorhandensein von Verunreinigungen und anderen unbekannten Faktoren. Sobald LENR verstanden wird, werden die wichtigsten Materialparameter bekannt sein, ebenso wie ihr Bereich akzeptabler Werte. Mit anderen Worten, die LENR-Theorien sollten eine Richtlinie für die Zusammensetzung und die Struktur der Materialien bieten, die zu LENR führen werden. Das ist nur selten der Fall.

Es ist bekannt, dass die Anwendung externer Stimuli auf LENR-Experimente solche Reaktionen und ihre Erzeugung von Energie und Reaktionsprodukten initiieren (auslösen) oder verstärken (stimulieren) kann. Abbildung 2 stellt eine schematische Beziehung zwischen LENR-Experimenten, den verschiedenen Eingangsstimuli, die auf sie angewendet wurden (linke Spalte), und den verschiedenen versuchten Ausgangsmessungen aus ihnen (rechte Spalte) dar. Die LENR-Theorien sollten in der Lage sein, die Wirkungen der angewandten Stimuli sowie Art und Umfang der gemessenen Größen zu erklären. Es gibt sehr viele Herausforderungen dieser Art.

Beispielsweise wurde bei LENR-Experimenten Radiofrequenz (RF) zur Anwendung gebracht und eine erhöhte Überschussleistung beobachtet. In anderen LENR-Experimenten wurden RF-Emissionen aus LENR-Experimenten gemessen, und zwar sowohl ohne als auch mit Erzeugung einer messbaren Überschussleistung. Eine vollständige LENR-Theorie sollte in der Lage sein, die zur Erhöhung der LENR-Reaktionsraten verwendeten RF-Frequenzen und die während der LENR-Experimente gemessenen RF-Frequenzen sowie die involvierten RF-Leistungen zu erklären. Eine aktuelle Untersuchung der Überschneidung von LENR-Experimenten und RF-Ein- und Ausgängen steht zur Verfügung.

Abbildung 2. Stimuli, die auf LENR-Experimente angewandt (linke Spalte) oder aus solchen Experimenten gemessen wurden (rechte Spalte). P steht für Protonen und D für Deuteronen. Leerstellen in den Spalten stellen Möglichkeiten dar, die noch nicht angewendet oder gemessen wurden.

4.8. Q8. Welche Zeitverläufe und welche Reaktionsraten werden (quantitativ) vorhergesagt?

Die Reaktionsraten, die sich aus den LENR-Theorien ergeben, sind von besonderer Bedeutung und verdienen aus zwei Gründen gesonderte Aufmerksamkeit. Erstens können empirische Raten aus sorgfältig konzipierten und kalibrierten Experimenten gewonnen werden, so dass sie überprüfbar sind. Zweitens bilden die Reaktionsraten die Grundlage für die Anwendungen. Ob sich LENR als Grundlage für praktische kommerzielle Energieerzeuger erweisen wird, hängt davon ab, welche Reaktionsgeschwindigkeiten erzielt, gesteuert und aufrechterhalten werden können.

Viele LENR-Experimente haben gezeigt, dass die Erzeugung von Energie und Reaktionsprodukten während eines Laufs unkontrolliert und sehr schwankend ist. Eine weitere Herausforderung für LENR-Theoretiker besteht nun darin, diese Variabilität zu verstehen und die volle Kontrolle über die Leistungsabgabe zu erreichen.

Wie unter Frage 4 besprochen, könnte LENR immer, oder zumindest häufig, mindestens zwei Reaktionsschritte umfassen. Daher muss bei theoretischen Mechanismen, die mehr als einen Schritt umfassen, geklärt werden, in welchem Schritt die Begrenzung der Rate erfolgt. Wenn es zwei Reaktionen gibt, können ihre Raten nur auf drei Arten verglichen werden: Die eine oder die andere ist dominant, oder beide sind vergleichbar.

4.9. Q9. Kann eine einzelne Theorie alle Beobachtungen bei LENR erklären?

Die LENR-Experimente haben eine bemerkenswert breite Vielfalt an Beobachtungen hervorgebracht. Es stellt sich nun die Frage, ob nur eine oder vielmehr mehrere Theorien erforderlich sind, um die Vielfalt von Beobachtungen aus LENR-Experimenten zu erklären. Wie schon gesagt, eine Zusammenfassung dieser Beobachtungen findet sich in Abschnitt 2. Auch diese Frage ist so wie die Frage, ob es beim Auftreten von LENR einen oder mehrere Schritte gibt, entscheidend, aber nur selten diskutiert. Dem Autor ist kein Papier zu diesem Thema bekannt.

Theorien und Mechanismen sind konzeptionell voneinander abgrenzbar. Das heißt, man könnte mehrere Erklärungen für ein und denselben Mechanismus erhalten. Es gibt also noch eine weitere Frage. Sind alle Beobachtungen auf einen einzelnen Mechanismus zurückzuführen, oder sind mehrere Mechanismen erforderlich, um alle Daten zu verstehen? Wenn letzteres der Fall ist, was kontrolliert dann den Verlauf und das Ergebnis eines bestimmten Experiments? Wird eine einzige Theorie in der Lage sein, mehrere Mechanismen zusammenzufassen?

4.10. Q10. Die letzte Frage: Ist Ihre Theorie überprüfbar?

Es gilt als allgemein anerkannt, dass beim Scheitern des Erzielens theoretisch vorhergesagter Ergebnisse eine Theorie nicht verworfen wird, da die Experimente irgendeine Art von unbekanntem oder unerkanntem Fehler aufweisen könnten. Eine Übereinstimmung zwischen quantitativen theoretischen Vorhersagen und den numerischen Messergebnissen erhöht die Wahrscheinlichkeit für die Richtigkeit einer Theorie, aber selbst dies könnte sich als zufällig und wertlos erweisen.

Der eindeutige Vergleich von Ergebnissen der LENR-Theorien mit Experimenten ist auf diesem Fachgebiet eine Seltenheit. Der Autor kennt nur drei parametrische Vergleiche von gemessenen und berechneten Ergebnissen aus den letzten 28 Jahren. Sie werden hier kurz aufgeführt und in einem demnächst erscheinenden Aufsatz ausführlich besprochen.

Der erste direkte Vergleich einer theoretischen LENR-Vorhersage mit den Ergebnissen eines LENR-Experiments, der dem Autor bekannt ist, wurde 2006 in einer Arbeit über Neutronen mit ultraniedrigem Impuls von Widom und Larsen veröffentlicht. Sie verglichen ihre theoretischen Neutronenstreulängen mit den von Miley und seinen Mitarbeitern veröffentlichten Transmutationsraten, beide als Funktion der Atommasse. Die theoretische Kurve zeigte Spitzenwerte, bei denen Vielfache der Neutronenwellenlänge innerhalb der Kernmaterie zur Größe des masseabhängigen Kerns passen. Die experimentellen Transmutationsraten zeigten ebenfalls Spitzenwerte als Funktion der Atommasse. Die Lage der berechneten und der gemessenen Spitzenwerte ist für alle fünf Spitzenwerte in beiden Datensätzen ähnlich. In einer nachfolgenden Studie wurde festgestellt, dass sie statistisch korrelieren.

Eine weitere direkte Gegenüberstellung von LENR-Labordaten und Theorie stammt aus Experimenten, die von Letts, Cravens und Hagelstein durchgeführt wurden. Ihre Kathode wurde mit elektromagnetischer THz-Strahlung aus der Überlagerung von zwei Lasern bestrahlt, die in der Frequenz (Wellenlänge) variiert werden konnten. Dabei wurden bei bestimmten Frequenzen drei Hauptpeaks in der Produktion der LENR-Leistung beobachtet. Die Autoren brachten die Frequenzen von zwei der Peaks mit optischen Phonon-Frequenzen in Palladiumhydrid in Verbindung. Eine alternative Erklärung derselben Daten wurde später von Vysotskii und Vysotskyy zur Unterstützung ihrer LENR-Theorie der kohärenten korrelierten Zustände geliefert.

Die beiden soeben besprochenen Beispiele betrafen im Wesentlichen den Vergleich von LENR-Daten mit den Ergebnissen quantenmechanischer Berechnungen. Ein drittes Beispiel, das 2013 veröffentlicht wurde, unterschied sich davon in qualitativer Weise. Es handelt sich um gemessene Überschussleistungen aus 40 Experimenten mit dem Laserpaar, das zur Erzeugung der im letzten Absatz erwähnten frequenzabhängigen THz-Überschussleistung verwendet wurde. Letts entwickelte eine Gleichung mit mehreren für diese Experimente relevanten Parametern. Er berechnete die Überschussleistung als eine Funktion der Frequenz und verglich die numerischen Ergebnisse mit den gemessenen Überschussleistungen. Die empirischen und rechnerischen Ergebnisse befanden sich über einen Frequenzbereich von unter 5 bis 22 THz und über einen Leistungsbereich von nahe Null bis zu 1,4 W in bemerkenswerter Übereinstimmung.

5. Schlussfolgerung

Die Theorie und die damit verbundenen Hypothesen haben eigentlich nur zwei Hauptfunktionen: die Vergangenheit zu erklären oder die Zukunft vorherzusagen. Es gibt eine große Menge an soliden Daten aus LENR-Experimenten, die ein quantitatives oder sogar qualitatives Verständnis erfordern. Das heißt, es gibt reichlich Gelegenheit für weitere theoretische Erklärungen zu dem, was bereits beobachtet worden ist. Die Reaktionsraten bieten eine hervorragende Gelegenheit, die gemessenen Ergebnisse zu erklären. Die Annahmen, die jedem theoretischen Ansatz zugrunde liegen, und die physikalischen Konstanten werden für die Berechnung der LENR-Reaktionsraten benötigt.

Die drei unter Q10 zitierten Fälle betrafen theoretische Erklärungen früherer Daten. Die Theorie kann den Messungen aber auch vorausgehen. Der Entwurf experimenteller Tests von Theorien und Hypothesen ist in den Wissenschaften ein altehrwürdiger und nützlicher Ansatz. Die Möglichkeit, LENR-Experimente zu entwerfen und ihre Ergebnisse vorherzusagen, ist ebenfalls unbegrenzt. Der Autor weiß nur von einem Programm, mit dem Experimente entworfen wurden, um so eine Theorie über LENR zu überprüfen. Dieses wird als nächstes besprochen.

Hagelstein arbeitet seit vielen Jahren an reziproken Mechanismen zur Aufteilung der Energie zwischen nuklearen Ebenen (MeV-Energien) und Phononenstatus (meV-Energien). Einerseits beschäftigt er sich mit der Aufteilung (Fraktionierung) von hochenergetischen Quanten im MeV-Bereich (aus Kernreaktionen) in viele niederenergetische Quanten im meV-Bereich (durch Phononen). Andererseits betrachtet seine theoretische Arbeit die Addition vieler Phononen-(Schwingungs-)Energien zur Erzeugung der viel höheren Kernenergien. Wenn dies gelingt, werden die eng verwandten Mechanismen für die Abwärts- und Aufwärtskonversion die Deuteron-Deuteron-Kernreaktionen erklären, die in der Lage sind, die Coulomb-Barriere zu umgehen und ohne Emission energiereicher Strahlung ablaufen. In jüngster Vergangenheit haben Hagelstein und sein Team mechanische Schwingungsexperimente durchgeführt und nach der Emission von Röntgenenergien gesucht, die mit sehr tief liegenden Nuklearzuständen assoziiert sind. Dabei handelt es sich nicht um einen direkten Test einer LENR-Theorie, sondern vielmehr um einen Test des Mechanismus, der für eine LENR-Theorie von zentraler Bedeutung ist.

Fast alle existierenden LENR-Theorien bleiben in ihrer Vollständigkeit hinter dem zurück, was wünschenswert und tatsächlich notwendig ist. Wenn alle verfügbaren LENR-Theorien bis zur numerischen Vollendung gebracht und dann mit Experimenten verglichen werden würden, läge unter Umständen keine zwingende Übereinstimmung vor. Das heißt, es ist nicht sicher, dass die derzeit im Spiel befindlichen Theorien sich für das Verständnis von LENR als ausreichend erweisen werden. Möglich ist auch, dass eine neue LENR-Theorie auftaucht und das gewünschte Verständnis liefert. Denkbar ist auch, dass die Lösungen für die Herausforderung, LENR zu verstehen, von außerhalb des Forschungsfeldes kommen, entweder von einer neuen Theorie oder auch von einer bereits existierenden Theorie. Eine Möglichkeit wird im nächsten Absatz aufgezeigt.

Die experimentellen Arbeiten von Cardone und seinem großen Team haben gezeigt, dass es möglich ist, Kernreaktionen zu induzieren, indem man bei Raumtemperatur flüssiges Quecksilber mit Ultraschall anregt. Nach dreiminütiger Beschallung verwandelt sich die silbrige Flüssigkeit in ein dunkles Pulver, das viele neue Elemente enthält. Diese Gruppe interpretiert ihre Ergebnisse im Sinne der sogenannten Deformierten Raumzeit (Deformed Space Time, DST). Zur DST existiert eine umfangreiche Theorie. Ist es möglich, dass sich die DST (a) als eine korrekte Erklärung der Transmutationsergebnisse in den Ultraschallexperimenten erweist und (b) erklärt, was in sehr unterschiedlichen LENR-Experimenten festgestellt wird?

Eine Diskussion darüber, wie eine Vorauswahl von LENR-Theorien vorzunehmen ist, wurde in veröffentlicht. Dort heißt es unter anderem:

• Es gibt kaum Anzeichen für eine Annäherung an die wenigen Ideen, die am meisten Aufmerksamkeit und Finanzierung verdienen. Natürlich liegt es in der Natur der Wissenschaft, dass ein einzelner Forscher an dem arbeiten kann, was auch immer er innerhalb von Finanzierungsbeschränkungen anstreben möchte. Mit einer begrenzten Anzahl von LENR-Theorien im Fokus könnte das Erreichen des gewünschten endgültigen Verständnisses jedoch beschleunigt werden. Wenn die bei LENR aktiven Mechanismen verstanden würden, könnte sich die wissenschaftliche Entwicklung auf diesem Gebiet beschleunigen. Und, was wichtig ist, die Entwicklung kommerzieller Produkte würde viel schneller und mit größerer Sicherheit zum Erfolg führen. Es gibt Probleme im Zusammenhang mit der Bewertung, der Priorisierung und der Vorauswahl von LENR-Theorien. Eines davon ist die natürliche Tendenz von Wissenschaftlern, auch von Theoretikern, zu erwarten, dass andere ihrer Arbeit wohlwollend Aufmerksamkeit schenken. Ein anderes ist die Tatsache, dass einige der Konzepte nicht eindeutig dokumentiert sind. Eine weitere Herausforderung ergibt sich aus der Tatsache, dass viele der Ideen aufgrund der jüngsten Aktivitäten ihrer Urheber noch immer in Entwicklung begriffen sind.

Es muss angemerkt, ja sogar betont werden, dass es im Internet viele unveröffentlichte Materialien und Diskussionen zu den LENR-Theorien gegeben hat. Dies gilt insbesondere für Postings in der CMNS-Google-Gruppe. Zum Beispiel gab es im April und Mai 2016 100 Postings in einem Thread über LENR-Theorien. Es ist aus zwei Gründen schwierig, auf solches Material zu verweisen. Erstens ist diese Diskussion den Mitgliedern der Gruppe vorbehalten. Und selbst wenn sie nicht vertraulich wäre, ist sie für andere nicht zugänglich und kann daher nicht referenziert werden. Die Ideen in diesem Aufsatz wurden durch unveröffentlichte Beiträge zur LENR-Theorie beeinflusst, geben jedoch ausschließlich die aktuellen Ansichten des Autors wieder.

Dieses Dokument hat sich auf Mängel in den LENR-Theorien konzentriert. Gleichwohl trifft es ebenso zu, dass viele LENR-Experimente und Berichte darüber, was in einem Laboratorium durchgeführt und festgestellt wurde, weniger als zufriedenstellend ausfallen. Die Versuchsaufbauten und -materialien sind oftmals nicht so gut, wie sie sein könnten, was moderne Ausrüstung und Software sowie die verfügbare Materialwissenschaft und -technik betrifft. Solche Defizite sind in der Regel auf eine unzureichende Finanzierung zurückzuführen. Die Analyse von Daten aus LENR-Experimenten erfolgt in der Regel nicht so ausführlich, wie es wünschenswert wäre. Beispielsweise führen nur wenige Autoren Fourier-Transformationen an Zeitreihendaten durch, um aus den Messungen die Verteilung der Frequenzen (das Spektrum) zu erhalten. Mit moderner Software sind solche Transformationen im wesentlichen trivial. Schließlich sind viele Berichte über LENR-Experimente nicht ausreichend vollständig. Dies ist besonders störend, wenn ein anderer Wissenschaftler versucht, ein früheres Experiment zu reproduzieren. Insgesamt gibt es in LENR-Experimenten und -Berichten zu viele Unzulänglichkeiten. Wie in Abschnitt 2 angemerkt, haben wir trotz dieser Probleme immer noch viel über LENR in Laboratorien gelernt.

Die Erklärung(en) über die Existenz und die vielen Facetten von LENR werden noch eine Zeit lang auf sich warten lassen. Es könnte schon bald gelingen, oder erst nach vielen weiteren Jahren des Kampfes mit den zahlreichen experimentellen Eigenheiten der verschiedenen LENR-Experimente. Was auch immer und wann auch immer das Ergebnis sein mag, die Entdeckung, die experimentelle Aufklärung und das theoretische Verständnis von LENR wird ein bedeutendes Kapitel in der Geschichte der Wissenschaft bilden.

Abbildung 3. Heliumproduktion in einem LENR-Experiment bei SRI International. Oben: Zeitlicher Verlauf der Heliumkonzentration in Teilen pro Million nach Volumen. Unten: Überschüssige Energie in kJ im Verhältnis zur Heliumkonzentration. Die Anpassung der Daten mit verschiedenen Mitteln ergab etwa 31-32 MeV pro erzeugtem Heliumatom.

Danksagungen

Die Bereitstellung von Informationen und Kommentaren durch Peter Hagelstein, Dennis Letts, Michael McKubre, Andrew Meulenberg und Vladimir Vysotskii wird sehr geschätzt. Ein Rezensent stellte Kommentare zur Verfügung, die diesen Aufsatz verbesserten. William Collis wird für die Organisation des 12. Internationalen Workshops über Anomalien in wasserstoffbeladenen Metallen gedankt, auf dem dieser Aufsatz vorgestellt wurde.

Anhang A. Die Korrelation von Wärmeerzeugung und Heliumproduktion

Die Korrelation von überschüssiger Energie mit der Anzahl der Heliumatome, die beide im selben LENR-Experiment erzeugt wurden, wurde von Miles entdeckt. Die Erzeugung von Helium und diese Korrelation wurden kürzlich überprüft. McKubre und seine Kollegen veröffentlichten das wohl beste Beispiel für die lineare Beziehung zwischen Wärme- und Heliumproduktion. Es ist in Abbildung 3 dargestellt. Diese Daten weisen zwei bemerkenswerte Merkmale auf. Das erste besteht darin, dass die Werte des Heliums den in der Atmosphäre vorhandenen Heliumgehalt von 5,2 ppm überschritten. Daher wurde das gemessene Helium nicht aufgrund eines Lecks aus der Atmosphäre in das Experiment eingetragen. Das andere signifikante Merkmal der Ergebnisse besteht im Anstieg der Korrelationskurve, nämlich von 31 oder 32 ± 13 MeV/Atom. Diese Werte liegen mit 23,8 MeV in der Nähe der Energie der Gammastrahlung, die in dem seltenen (10^-7) Zweig der konventionellen D-D-Fusion emittiert wird.

Über dieses Ergebnis ist viel diskutiert worden. Einige Wissenschaftler erklärten die Differenz damit, dass ein Teil des Heliums in den Palladium-Materialien der Experimente eingeschlossen und somit nicht gemessen worden sein könnte. Sollte dies der Fall sein, wäre das gemessene Verhältnis von Wärme zu Helium höher als die tatsächlichen Werte.

Es besteht auch die Vorstellung, dass Helium auf zwei (oder mehr) aufeinanderfolgende Nukleonen- oder Kernreaktionen zurückzuführen sein könnte. Die Gesamtenergie [math]E_T[/math] aus zwei aufeinanderfolgenden Kernreaktionen lässt sich auf einfache Weise ausdrücken. Die Gleichung für zwei Reaktionsschritte 1 und 2 lautet

[math]E_T = N_1 E_1 + N_2 E_2[/math],

wobei [math]N_1[/math] und [math]N_2[/math] die Reaktionszahlen der jeweiligen Reaktionstypen und [math]E_1[/math] und [math]E_2[/math] die zugehörigen Energien sind. Definieren wir [math]F[/math] als den Teil der ersten Reaktionen, der auch eine zweite Reaktion auslöst, also [math]N_2 = F N_1[/math]. Für die Zwecke dieser Darstellung kann [math]F[/math] als [math]1[/math] angenommen werden. Das bedeutet [math]N_1 = N_2[/math]. Produziert dann jede der terminalen zweiten Reaktionen ein Heliumatom, ist also [math]N_1 = N_2 = He[/math], so beträgt das Verhältnis von Wärme zu Helium

[math]E_T / He = E_1 + E_2[/math].

Das heißt, der Anstieg der Korrelation im unteren Teil von Abbildung 3 entspräche der Summe zweier Reaktionsenergien. Im Prinzip könnte [math]E_1[/math] negativ sein, d. h. das erste Nukleon oder die erste Kernreaktion könnte endotherm ausfallen. Dann aber wäre die erste Reaktion unwahrscheinlich. Wahrscheinlicher ist, dass die beiden Energien [math]E_1[/math] und [math]E_2[/math] exotherm sind und sich demnach addieren. Wie in Abbildung 3 dargestellt, könnte in diesem Fall der Anstieg des Wärme-Helium-Graphen größer sein als jener, der von einer einfachen einstufigen D-D-Reaktion der Heißen Fusion zu erwarten ist.

Bei Helium handelt es sich um eine bemerkenswert stabile nukleare Einheit. Wenn man davon ausgeht, dass es sich im Verlauf der zweiten Reaktion bildet, dann ergibt [math]31,5 - 23,8 MeV = 7,7 MeV = E_1[/math]. Diese Analyse ist sehr einfach. Sie soll die Problematik veranschaulichen, die Daten aus Abbildung 3 als Beweis für einen einstufigen Fusionsprozess zu interpretieren.

Diese bestehende wissenschaftliche Ungewissheit bezüglich der Anzahl und der Art der Reaktionen, die an LENR beteiligt sind, eliminiert keineswegs die überzeugenden Beweise dafür, dass sowohl Helium als auch Wärme produziert werden und dass beide korrelieren – zumindest in Experimenten, wie sie von Miles, SRI International und anderen berichtet wurden.