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Kalte Fusion

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Als Kalte Fusion werden Kernreaktionen bezeichnet, bei denen Atomkerne bei geringen Temperaturen verschmelzen.

Mit der kalten Fusion wird insbesondere die Hoffnung auf eine billige Energiequelle aus leicht verfügbaren Rohstoffen (z.B. Wasserstoff) verbunden.

Populär wurde das Thema in der Öffentlichkeit durch eine Pressekonferenz im März 1989, auf der die Forscher Martin Fleischmann und Stanley Pons bekannt gaben, eine effektive Möglichkeit zur Kalten Fusion entdeckt zu haben ("Elektrochemische Fusion in Palladium"). Dies sorgte für eine weitreichende Diskussion in der Wissenschaftsgemeinde und Öffentlichkeit. Kritiker verwiesen darauf, das sich das Experiment nicht erfolgreich wiederholen ließe.

physikalischer HintergrundBearbeiten

KernfusionBearbeiten

Zur Fusion von Atomkernen muss die Coulomb-Barriere, d.h. die Abstoßungskraft aufgrund der gleichen elektrischen Ladung, zwischen den Atomkernen überwunden werden, welche mit der Kernladungszahl (identisch mit chemischer Ordnungszahl) wächst. Ab einem Abstand von 10-15 m bindet die starke Kernkraft die Atomkerne aneinander. Durch den quantenmechanischen Tunneleffekt können die Atomkerne diese Potenzialbarriere auch mit einer geringeren Energie überwinden, als es in der klassischen Vorstellung der Physik möglich war.

Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Teilchen die Potenzialbarriere durchtunnelt, nimmt mit einer größeren Annäherung der Teilchen zu, eine größere Annäherung der Teilchen kann wiederum durch eine höhere kinetische Energie ("Bewegungsenergie") erzielt werden.

"Heiße" FusionBearbeiten

Entsprechend der Bedingungen erscheint als einfachster Weg um eine Kernfusion durchzuführen, die geeigneten Reaktionspartner stark verdichtet mit einer hohen kinetischen Energie je Teilchen (d.h. hohe Temperaturen, "heiße Fusion") über einen möglichst langen Zeitraum zusammenzubringen, dieser Zustand wird Einschluss genannt.

Dies findet etwa in Fusionsbomben ("Wasserstoffbomben") Anwendung, wobei die notwendigen Verhältnisse durch die Zündung einer Spaltbombe ("Atombombe") erreicht werden.

In Fusionsreaktoren werden die entsprechenden Bedingungen durch Magnetfelder erzeugt ("magnetischer Plasma-Einschluss"[1]), konnten aber, trotz beständigen Fortschritts, bis heute nicht mit wirtschaftlich sinnvollen Wirkungsgrad Fusionsreaktionen durchführen. Das bisherige Scheitern der wirtschaftlichen Nutzung der Kernfusion ist insbesondere auf die schwere Beherrschbarkeit der für die Kernfusion notwendigen Bedingungen zurückzuführen, so muss etwa das Reaktionsmaterial auf Temperaturen von einigen 10 Millionen Grad gehalten werden.

Kalte FusionBearbeiten

Um die bislang scheinbar unüberwindbaren Bedingungen für eine wirtschaftliche Nutzung der heißen Fusion zu überwinden, suchte man schon lange nach Möglichkeiten den Fusionsprozesse unter einfacheren Bedingungen durchzuführen.

Als eine viel versprechende Möglichkeit erschien schon in den 1950ern die Myonen-katalysierte Fusion, welche sich aber auch als nicht wirtschaftlich nutzbar erwies.

Großes Interesse für die Kalte Fusion erregten die Forscher Martin Fleischmann und Stanley Pons, welche im März 1989 auf einer Pressekonferenz von einem Versuch berichteten, bei dem Energie durch kalte Fusion freigeworden sein soll ("Elektrochemische Fusion in Palladium"). Die Hoffnung auf eine neue Energiequelle zerschlug sich aber an einer mangelnden Reproduzierbarkeit der Versuchsergebnisse und sorgte für eine weitreichende Diskussion um das Thema.

Später gab es weitere Veröffentlichungen zu anderen Methoden, welche scheinbar Kalte Fusion ermöglichten (Pyrofusion, Sonofusion).

Nachweis von Kalter FusionBearbeiten

Da es sich bei kalter Fusion um eine Kernreaktion handelt, wird durch sie die Element- und Isotopen-Zusammensetzung des verwendeten Materials verändert. Eine veränderte Zusammensetzung kann etwa mit einem Massenspektrometer nachgewiesen werden.

Vielfach zielen Fusionsprozesse auf die Verschmelzung von Wasserstoffisotopen (Deuterium, Tritium) zu Helium ab, so das in solchen Fällen direkt nach Helium zum Nachweis gesucht wird.

Oft entsteht bei einer Kernreaktion direkt Radioaktivität oder es entstehen radioaktive Isotope. Somit sind Kernreaktionen durch eine erhöhtes aufkommen von Beta-, Gamma-, oder Neutronen-Strahlung leicht nachweisbar.

Für eine zur Energiegewinnung nutzbare Kernreaktion müsste bei der Kernreaktion zusätzlich Energie, etwa in Form von Wärme, frei werden. Wärme kann allerdings auch durch viele andere Prozesse frei werden und ist deshalb kein ausreichender Nachweis für kalte Fusion.

Konzepte zur kalten FusionBearbeiten

Nachgewiesene ProzesseBearbeiten

Myonen-katalysierte FusionBearbeiten

Eine bekannte Möglichkeit Kernfusion bei geringeren Temperaturen durchzuführen ist die Myonen-katalysierte Fusion.

Das Myon ist ein Teilchen ("Lepton") welches in seinen Eigenschaften dem Elektron gleicht, aber eine ca. 207-mal größere Masse besitzt und nach einer mittleren Lebensdauer von 2,2 10-6 s zerfällt.

Wird ein Myon in einem Deuterium- oder einem Deuterium-Tritium-Molekül (D2 bzw. DT) eingefangen, dann entsteht ein positives myonisches Molekülion, weil die relativ große Bindungsenergie des Myons die beiden Elektronen des Moleküls freisetzt. In diesem myonischen Molekül-Ion sind die beiden Atomkerne einander etwa 200 mal näher als in einem elektronischen Molekül und können deshalb durch den Tunneleffekt fusionieren. Die sehr große durch die Fusion frei werdende Energie (bei D+D rund 3 MeV, bei D+T 14 MeV) setzt auch das Myon wieder frei, und es kann je nach den Umgebungsbedingungen weitere Einzelfusionen katalysieren. Wird das Myon hierbei aber von einem Heliumatom (welches bei der Fusion entsteht) eingefangen oder zerfällt es nach seiner mittleren Lebenszeit, so wird die Kettenreaktion unterbrochen (nach ca. 167 katalysierten Fusionen).

Eine wirtschaftliche Nutzbarkeit der Myonen-katalysierten Fusion scheitert letztendlich am fehlen einer effektiven Myonen-Quelle, da die Erzeugung von Myonen mittels Teilchenbeschleunigern bislang mehr Energie verbraucht, als in den katalysierten Kettenreaktion frei wird.

PyrofusionBearbeiten

An Pyroelektrischen Kristallen entstehen, wenn sie ihre Temperatur ändern, hohe Spannungen.

Bei der Pyro-Fusion wird diese hohe Spannung dafür genutzt, ionisierte Deuterium-Kerne zu beschleunigen und auf ein Deuterium-haltiges Ziel zu schießen. Die Energien beim Zusammentreffen sind ausreichend für Fusionsprozesse. Somit lassen sich mit der Pyrofusion Fusionsprozesse mit einem Aufbau im Tischformat realisieren.

Es werden dabei, im Vergleich zur Erhitzung des pyroelektrischen Kristalls, aber nur sehr kleine Mengen Energie frei. Pyrofusion könnte aber leicht zu handhabende Neutronenquelle darstellen.

Umstrittene ProzesseBearbeiten

Elektrochemische Fusion in PalladiumBearbeiten

Bei dem von den Chemikern Stanley Pons und Martin Fleischmann 1989 präsentierten Versuchsaufbau handelte es sich um Elektrolyse von Wasser und mit zwei Palladium Elektroden. Bei einer Elektrolyse wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten.

Pons und Fleischmann berichteten davon, das bei der Elektrolyse Helium entstanden und Energie freigeworden sei. Als Erklärungsansatz für das Versuchsergebnis nahm man an, dass der Wasserstoff bei der Elektrolyse in die Gitterstruktur des Palladium diffundiert und dabei seine Elektronen abgegeben habe. Würden sich zwei Wasserstoffkerne im selben Zwischenraum des der Palladium-Gitterstruktur aufhalten, so wären sie sich eine relativ lange Zeit sehr nahe, so dass einer der Kerne in den anderen Tunneln könnte.

Pons und Fleischmann gerieten in Kritik, da sie ihre Entdeckung auf einer Pressekonferenz beworben hätten, anstatt sie, wie sonst in der Wissenschaftsgemeinde üblich, in einem peer-review Journal zu veröffentlichen. Unabhängige Versuche um die Ergebnisse zu reproduzieren scheiterten vielfach und auch Pons und Fleischmann scheiterten bei einer öffentlichen Vorführung.

SonofusionBearbeiten

In Flüssigkeiten können durch mechanische Einwirkung, wie etwa Schall-Wellen, leere Räume, sogenannte Kavitationsblasen, entstehen. Diese Kavitationsblasen fallen meist schnell zusammen, wobei ein sehr schwaches Leuchten, sogenannte Sonolumineszens, entsteht. (Wikipedia)

Die Ursache für dieses Phänomen ist nicht vollständig verstanden. Die gängigste Theorie sieht als Ursache für das Leuchten Gase, die in die Kavitationsblase hinein diffundieren. Fällt die Blase zusammen, so werden diese Gase stark verdichtet, was zu einer starken lokalen Erhitzung des Gases führt (Ideale Gasgleichung). Hohe Temperaturen sind wiederum mit der Abstrahlung von Schwarzkörperstrahlung im sichtbaren Bereich verbunden. Es konnte gezeigt werden, das am Rand von Kavitationsblasen hohe Temperaturen auftreten.

Der US-amerikanischer Physiker Rusi P. Taleyarkhan[2] vermutet das in den den Kavitationsblasen Fusionsprozesse stattfinden könnten (Sonofusion bzw. Bläschenfusion). Taleyarkhan führte Experimente durch, mit denen er glaubte den Fusion-Prozess nachgewiesen zu haben. Dies löste eine Kontroverse in der Wissenschaftgemeinde aus, Taleyarkhan wurde 2008 wegen wissenschaftlichen Fehlverhaltens seine Professur entzogen.

VerschwörungstheorienBearbeiten

Ein Verschwörungtstheoretiker, der von der wirtschaftlichen Nutzbarkeit der kalten Fusion überzeugt war und 1999 einen baldigen Durchbruch der Technologie ankündigte, ist Antony C. Sutton[3].

Häufig scheint das Thema Kalte Fusion in Verschwörungstheorien mit der Freien Energie vermengt zu werden, auch wenn es in der Funktionsweise und Eigenschaften zwischen beiden Themen große Unterschiede gibt.

Warum sich die Kalte Fusion als Energiequelle bis heute nicht durchgesetzt hat, wird häufig mit einer stillen Verschwörung durch die Wissenschaftsgemeinde erklärt: Die immensen Fördermittel zur Nutzbarmachung der heißen Fusion würden sich als Fehlinvestition erweisen und die dazugehörigen Forschungsabteilungen würden ihre Existenzberechtigung verlieren. Auch würden die elitären Strukturen der dogmatischen Wissenschaftsgemeinde einer Durchsetzung der neuen Technologie entgegenstehen.

Als weiterer Grund für eine Unterdrückung der Kalten Fusion wird, wie bei der freien Energie, der Einfluss der Erdöl-Industrie gesehen, welche ihr Macht durch die neue Technologie in Gefahr sähe.

siehe auchBearbeiten

WeblinksBearbeiten

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