Je leest:

Bubbelfusie blijkt labfout

Bubbelfusie blijkt labfout

Auteur: | 9 maart 2006

Terwijl zijn eigen universiteit het werk van bubbelfusie-adept Taleyarkhan kritisch bekijkt, claimt promovendus Brian Naranjo dat Taleyarkhan’s metingen niets met kernfusie te maken hebben. Wat de hoogleraar ziet als spoor van kernfusie in kleine belletjes zou eigenlijk straling zijn van het radioactieve materiaal californium in zijn opslagkast.

Rusi Taleyarkhan heeft het zwaar. Hoe hard hij ook probeert zijn collega’s te overtuigen, zijn mede-natuurkundigen blijven skepisch over de claim op koude fusie. Als de hoogleraar aan de Purdue universiteit écht waterstof kan laten fuseren bij kamertemperatuur, heeft hij een heilige graal van de natuurkunde en een oplossing voor het energieprobleem in handen. Maar andere onderzoeksgroepen slaagden er tot nu toe niet in Taleyarkhan’s resultaten te bevestigen.

“Buitengewone claims vereisen ondubbelzinnig bewijs”, verklaart William Moss van het Lawrence Livermore National Laboratory in de V.S. de koude fusie-vrees. Is het van vakgenoten te verwachten dat ze kritisch zijn, verrassender is dat ook Taleyarkhan’s eigen Purdue universiteit nu heeft aangekondigd zijn werk tegen het licht te houden. “De geclaimde resulaten zijn enorm”, zegt rector magnificus dr. Sally Mason in een verklaring. “En de bezwaren ertegen al net zo serieus.” De Purdue universiteit begon begin maart een onderzoek naar Taleyarkhan’s resultaten en de kritiek erop.

Rusi Taleyarkhan bij zijn opstelling. Hier probeert de hoogleraar natuurkunde kernfusie op te wekken door kleine luchtbelletjes razendsnel ineen te persen. In de temperatuur zou het heet genoeg worden om atoomkernen te laten samensmelten. bron: Purdue University.

Schone energie

Wie energie uit kernfusie weet te halen lost daarmee een groot deel van het broeikasprobleem op. Bij kernfusie versmelten lichte atoomkernen tot een zwaardere kern en komt ontzaglijk veel energie vrij; het proces is de energiebron van de zon en alle andere sterren. Omdat kernfusie geen CO2 en nauwelijks radioactiviteit oplevert, is het een heilige graal van de natuurkunde.

De veelbelovendste methode om kernfusie te temmen is in grote donutvormige reactoren. In zo’n fusiereactor wordt waterstofgas opgestookt tot een plasma met een temperatuur van miljoenen graden celsius, zodat de atoomkernen genoeg snelheid hebben om tegen de elektrische afstoting in te botsen en samen te smelten. Een internationaal team van natuurkundigen wil over 15 jaar in het Franse Cadarache de eerste energieleverende reactor aanzetten. Tot nu toe zijn alleen reactoren gebouwd waar meer energie in moet dan eruit komt.

Groot probleem bij een reactor als ITER is dat het plasma de reactorwand niet mag raken. Om te voorkomen dat het hete materiaal zich een weg smelt door de wand wordt het opgesloten met sterke magnetische velden. De technologie om plasma veilig en gedurende langere tijd op te sluiten terwijl het heet genoeg is om te fuseren, ligt nog maar net binnen handbereik. Wetenschappers zoeken daarom naar alternatieve en makkelijkere methodes om atomen te laten fuseren.

In een donutvormige tokamak-reactor houden magnetische velden een superheet plasma opgesloten. De uitdaging is het plasma zo heet op te stoken dat de atoomkernen erin samensmelten. Daarbij komt een enorme lading energie vrij, die is af te tappen voor stroomvoorziening. In huidige tokamak-modellen is meer energie nodig om het proces in stand te houden dan de kernfusie oplevert. ITER, de grote reactor die door 7 grote investeerders als de E.U., Rusland, Japan en India wordt gebouwd in het Franse Cadarache, moet als eerste fusiereactor meer energie opleveren dan hij gebruikt. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

In 2002 claimde Taleyarkhan in het prestigieuze blad Science dat hij kernfusie had veroorzaakt. Niet in een metershoge en ultrahete reactor, maar in een onschuldige glazen beker op zijn labtafel. ‘Star in a jar’, heet Taleyarkhans opstelling onder vakgenoten.

Taleyarkhan wil kernfusie opwekken door met ultrageluid luchtbelletjes in de vloeistof aceton razendsnel ineen te persen. Terwijl zo’n bel een miljoen keer kleiner wordt, stijgen druk en temperatuur in de bel volgens Taleyarkhan zover dat kernfusie optreedt. Dat proces verloopt in de natuur alleen onder extreme condities, zoals in het hart van de zon.

Kritiek

Al voor de publicatie kreeg Science van verschillende natuurkundigen het verzoek het stuk niet te plaatsen. Volgens vakgenoten kon Taleyarkhan niet hard maken dat hij er sprake was van kernfusie in zijn opstelling. Lucht in een ineenstortende luchtbel wordt wel zo heet dat er een plasma en lichtflits ontstaan, maar kernfusie? Daar wilden de critici niet aan.

Het verschijnsel waar Taleyarkhan mee werkt, sonoluminescentie, is geen raar idee, maar zinnige wetenschap. De Nederlandse hoogleraar Detlef Lohse kreeg dit jaar de Spinozaprijs voor zijn onderzoek aan het ‘licht uit geluid’. Volgens Lohse zijn de instortende hete bellen mooie vaatjes om chemische reacties bij hoge temperatuur in uit te voeren. “Kernfusie? No way!”, zei Lohse al eerder tegen de wetenschapssite Noorderlicht. “Daarvoor moet het rond de honderd miljoen graden zijn, en dat is in zo’n bel totaal niet aan de orde.”

Niet alleen de natuurkunde van bubbelfusie, ook de experimentele opstelling wordt door vakgenoten afgekraakt. Taleyarkhan gebruikte in zijn eerste versie een neutronenbron om belletjes in de vloeistof te maken en te laten groeien. Tegelijkertijd waren neutronen ook het signaal dat hij mat om kernfusie op te sporen. Bij elke fusie tussen atomen zou namelijk een neutron worden uitgespuugd. Volgens collega’s zou de stortvloed aan neutronen uit zijn eigen bron het kleine fusiesignaal compleet overstemmen.

Een opstelling om sonoluminescentie aan te tonen ziet eruit zoals op de foto hierboven. De trilelementen brengen in de kolf een geluidsgolf aan met een geluidsfrequentie boven het gehoorbereik van een mens. De luchtbel in het midden gaat trillen en daardoor lopen de druk en de temperatuur op. Op het hoogtepunt van de samenpersing komt een lichtflits vrij: licht uit geluid. bron: natuurkunde.nl

Controles

Taleyarkhan’s onderzoek is herhaald door allerlei onderzoekers. Toenmalige collega’s Mike Saltmarsh en Dan Shapiro van Oak Ridge National Laboratory bouwden zijn opstelling na en zagen geen spoor van kernfusie. In 2004 en 2005 publiceerde Taleyarkhan een verbeterde opstelling met een volgens hem nog sterker kernfusie-signaal van neutronen. Op verzoek van het BBC-programma Horizon keken hoogleraar Seth Putterman en zijn team van de universiteit van Californië de claim na. Putterman, een van de eersten die voorstelde chemische of kernreacties in een ineenstortende luchtbel te laten verlopen, kon er niets aan doen: ook zijn team kon de claim van Taleyarkhan niet bevestigen. Exit fusie op de labtafel?

Putterman’s promovendus Brian Naranjo haalde in 2005 de media met een wél werkende fusiereactor op de labtafel. De ‘pyroelektrische reactor’ verhit gas zo snel, dat het een heet plasma vormt waarin atomen fuseren. De methode is, waarschuwden Putterman en Naranjo, niet geschikt om energie mee op te wekken. Wel heeft hun fusiemethode medische toepassingen.

De drie ontwerpers van de pyro-elektrische fusiereactor. Van links naar rechts: Seth Putterman, Brian Naranjo, Jim Gimzewski.

Poging nummer…

Taleyarkhan mikt natuurlijk hoger dan een medische scanner: hij zegt nog steeds een echte energiebron in handen te hebben. “Ik denk niet dat welk onderzoek dan ook zó grondig is nagelopen als het mijne”, klaagt hij regelmatig. “Maar ik sta achter mijn resultaten.” Taleyarkhan publiceerde in de Physical Review Letters een wederom verbeterde versie van zijn opstelling met nog betere resultaten.

In de nieuwste versie heeft Taleyarkhan de controversiele neutronenbron vervangen door een andere straler om bellen op te wekken. Het voordeel is volgens Taleyarkhan dat alle neutronen die zijn scanner nu opvangt wel van kernfusie-reacties moeten komen. Er zijn simpelweg geen andere neutronenbronnen meer.

Hoewel? In een voorpublicatie op de server Arxiv rekent Naranjo Taleyarkhans laatste neutronensignaal door. Kernfusie tussen waterstofkernen levert volgens de theorie neutronen op met een karakteristieke energie van 2,45 miljoen elektronvolt (energie-eenheid uit de deeltjesfysica). Het gepubliceerde energiespectrum lijkt daar volgens Narano totaal niet op. Wel past het signaal honderd miljoen keer beter bij het radioactieve verval van het zware element californium. En dat staat, pijnlijk genoeg, op nog geen vijf meter van Taleyarkhans opstelling in een voorraadkast.

Tijdens een bijeenkomst op Purdue begin maart gaven Putterman en Naranjo hun analyse aan Taleyarkhan. Die heeft daar nog niet op gereageerd. Een andere aanwezige, Ken Suslick van de universiteit van Illinois, wilde wel reageren. “In ieder geval is het geen kernfusie”, zei hij tegen Nature. “En het lijkt verdacht veel op californium.”

Taleyarkhans claim lijkt definitief onderuit gehaald, maar uitgerekend criticus Seth Putterman denkt dat het onderzoek wel degelijk iets op kan leveren. De natuurkunde achter bubbelfusie is namelijk vlekkeloos, alleen de juiste manier vinden om druk en temperatuur zo hoog te krijgen dat er fusie plaatsvindt…dat zal nog wel even duren.

Werkende fusie op de labtafel

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 09 maart 2006

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.