LENR transmutationsreaktioner

Jag stötte den 8 april på en intressant vebbpost av E.M.Smith vars blogg ofta innehåller läsvärda artiklar från vitt skilda områden. E.M.Smith presenterade ett verktyg för att utvärdera tänkbara LENR reaktioner d.v.s. lågenergetiska kärnreaktioner som eventuellt kan producera energi och som ofta verkar observeras som transmutation av olika material till andra material. Den ursprungliga artikeln finns här  http://chiefio.wordpress.com/2013/04/08/isotope-table-lenr-tool/#comment-50107 .

Då man betraktar det periodoska systemet ser man att de stabila grundämnena utgör ett taggigt streck i mitten av systemet. Utanför de stabila ämnena på båda sidorna ser man instabila isotoper. E.M.Smith spekulerar över om man eventuellt utgående från nedanstående bild av det periodiska systemet kan få en uppfattning om vilka atomer som kunde lämpa sig för LENR eller det man ursprungligen kallade kallfusion.

Ett segment från mitten av det periodiska systemet:

Segment of the Table of The Isotopes

Original Full Sized Chart

Allmänt antar man att att en LENR reaktion som producerar energi kunde se ut t.ex. på följande sätt

Ni + p -> Cu

Det är lätt att visa att Ni plus en proton väger mer än en kopparatom. Resultatet bör alltså vara att energi frigörs. Det finns dock ett ganska stort men som ingen riktigt väl har kunnat förklara.

Då man gör elektrolys i vatten med nickelelektrod (eller palladium eller wolfram) behövs en spänning på ungefär två volt för att sönderdela vatten i väte och syre. Då man höjer spänningen till låt oss säga 200 volt blir reaktionen allt våldsammare och till sist bildas en ljusbåge i vätskan. Resultatet av reaktionen påstås ibland, reaktionerna verkar inte pålitligt reproducerbara, ge upphov till överskottsenergi.

Analys av elektroderna indikerar att det bildas nya element på elektrodytan d.v.s. det sker transmutation. Fysikerna stod sedan slutet av 1980-talet helt oförstående eftersom det verkade självklart att kärnreaktioner med energier hos reaktanterna på tiotals eller hundratals elektronvolt självklart inte kan ge upphov till kärnreaktioner. Orsaken är att repulsionen mellan de växelverkande atomernas positiva kärnor är så stark att det inte går att mata in en proton i t.ex. en palladium (Pd) eller nickel (Ni) kärna. Om energin inte räcker till är det från en fysikers synvinkel självklart att ingen reaktion är möjlig. Saken är utrangerad och man kan gå vidare.

E.M.Smith spekulerar kring möjligheten att det trots allt skulle vara möjligt att mata in protoner t.ex. i form av någon konstig tunneleffekt. Han Hänvisar till ovanstående utdrag ur det periodiska systemet och konstaterar att  Ni62 och Ni64 borde kunna producera stabil koppar (Cu) om man lyckas mata in protoner i Ni. Det finns dock komplikationer som E.M.Smith inte diskuterar. Det finns väldigt lite Ni-isotoper av den sort som behövs i naturligt nickel. Ni62 utgör 3.6% av naturligt Ni och Ni64 utgör under 1%.  Får man faktiskt ut energi om endast en liten bråkdel av reaktionerna producerar koppar?

Det finns en annan intressant väg man kunde gå och som dessutom löser problemet med repulsionen mellan proton och Ni-kärna.

Lösningen kunde vara att anta att det vid kraftig elektrolys med en spänning mellan tiotals volt och några hundra volt vid den negativa elektroden bildas fria protoner då vatten sönderdelas nära Ni-elektroden. Eftersom Ni-elektroden är negativt laddad kommer protonerna att dras mot elektroden. Detta torde så här långt inte vara något konstigt.

”Klassisk” LENR teori säger att protonerna tränger in i metallen och på något sätt hamnar i Ni kärnorna.

Min uppfattning är att en proton som kommer i närheten av en Ni-atom kommer att reagera mycket kraftigt med Ni-atomens ”elektronmoln”. Protonen rövar en elektron av metallen eller en ledningselektron från elektroden. Reaktionen är våldsam så att elektron och proton först kraftigt dras mot varandra och därefter studsar från varandra så att en väteatom bildas d.v.s. protonen har igen en egen elektron och uppför sig efter ett ögonblick som en normal väteatom. Protoner som inte tränger in i Ni-kärnan kommer att temporärt förekomma som ytterst reaktivt atomärt väte på Ni-metallens yta … är det därför Ni är en god katalyt?

Vad händer under det korta ögonblicket då protonen och elektronen möts? Min gissning är att partiklarna för ett kort ögonblick kommer ytterst nära varandra så att elektronen och protonen utifrån sett ser ut som en neutron. Livstiden hos den ”neutron” som då bildas kan vara extremt kort.

Då man tittar på en situation där en proton med energin 2 eV vilket motsvarar energin från en typisk kemisk(!) reaktion stöter ihop med en nickelatom och rövar åt sig en elektron visar det sig att paret elektron/proton behöver ha ”neutron”-egenskaper ungefär 10⁻¹⁵ sekunder för att den skall hinna in till Ni-kärnan. En neutron som matas in i nickel får nickelatomens masstal att stiga med en enhet. I ett typiskt fall bildas en ny tyngre men stabil nickelkärna. Då ett antal ”neutroner” har matats in i nickelkärnan blir resultatet en övertung nickelisotop som är instabil och som kastar ut en eletron ur kärnan vilket betyder att en neutron förvandlas till en proton och resultatet blir en kopparkärna Cu.

E.M.Smith är i sin artikel förvånad över att koppar inte transmuterar vidare till zink vilket skulle verka mycket naturligt. Om man utgår från ovanstående process där man i praktiken matar in ”neutroner” och inte protoner så visar det sig att det är helt naturligt att zink inte bildas … vilket talar för att min beskrivning kanske är korrekt.

An interesting question would be why Cu does not continue on to Zn. Is there some significant difference in ion size, or how hydrogen binds to copper? I presume there is some “special” catalytic effect for Nickle and Palladium for these kinds of reaction, just as they work as catalysts for others. (Perhaps that formation of hypothetical ‘Atomic Hydrogen’ on their surfaces).

Översättning:

En intressant fråga skulle vara varför Cu inte transmuteras vidare till Zn. Finns det någon signifikant skillnad i jonstorlek eller i hur väte binds till koppar? Jag antar att det finns någon ”speciell” katalytisk effekt för nickel och palladium för dessa reaktioner på samma sätt som de fungerar som katalyter i andra sammanhang. (Kanske bildas atomärt väte på deras ytor).

Jag beskrev situationen så här på E.M.Smith blogg :

Jag har en stark känsla av att vi inte ser inmatning av protoner i Ni, Pd eller andra material utan inmatning av ett instabilt proton/elektronpar. Orsaken till detta är att det sannolikt vid elektrolysen bildas fria protoner  nära Ni-elektroden. Jag antar att då en proton kommer i närheten av nickelatomen så rövar den en elektron från nickelatomen eller en ledningselektron från elektroden. Eftersom elektroden är negativt laddad kommer protonen att dras  mot elektroden och den får en kinetisk energi på uppskattningsvis några elektronvolt. Paret proton/elektron uppför sig antagligen rätt underligt under ett kort ögonblick då de möts. Det som antagligen händer är att de först dras mot varandra så att avståndet blir extremt litet, något långvarigt stabilt tillstånd finns inte utan partiklarna ”studsar” isär och i normalfallet bildas en väteatom som således har en egen elektron. Under det korta ögonblick då partiklarna är nära varandra kommer de att utifrån se ut som en neutral partikel en neutron. Om den neutrala partikeln har tillräckligt hög energi kan den hinna in till Ni-kärnan innan den faller söner i en proton och en elektron och kärnan fylls då på med en extra neutron.

Det visar sig att om man antar att den neutrala kvasineutronen lever 10⁻¹⁵ sekunder så räcker 2 eV energi till fär att mata in partikeln i kärnan. Man behöver alltså utgående från detta antagande inte tusentals volt för att en kärnreaktion skall ske utan kemisk energi är tillräcklig.

Den produkt vi då får ä en massenhet tyngre än den ursprungliga kärnan. Då vi tittar på de stabila Ni-isotoperna (Ni58, Ni60, Ni61, Ni62, Ni64) av vilka den valigaste är N58 (68%) ser man att Ni stegas upp med en enhet i taget, Ni59 är nästan stabil så den uppför sig som de övriga isotoperna, ända tills man får Ni63 eller Ni65 som via beta minus sönderfall (en elektron kastas ut) faller sönder i stabilt koppar.

Kan man kontrollera om ovanstående reaktioner sker?

Genom att köra elektrolys med Ni-elektrod över lång tid bör man se en förändring av isotopsammansättningen i elektrodens ytskikt. Den vanligaste nickelisotopen Ni58 minskar och de sällsyntare isotoperna anrikas.

Vad har då skett? Om vi tänker att vi startar med Ni58 så kan vi mata in fem neutroner i Ni innan atomen transmuterar till koppar. Detta motsvarar att vi skulle gära fusion av fem vetekärnor vilket betyder att vi borde få ut betydande mänder energi. Mängden energi vi får ut kan enkelt beräknas på följande sätt:

Utgångsprodukten är Ni + 5p
Ni58 + 5p -> Cu63
dm = (57.9353 + 5*1.0078 ) – 62.9295 = 0.0448 Amu
Då vi transmuterar Ni58 till Cu63 kommer vi att få ut energi. Mängden energi kan beräknas ur formeln:
E = dm*c²
E = (0.0448 Amu * 1.6605*10²⁷ kg)*(3*10⁸m/s)² = 6.69*10⁻¹² J/reaktion
Energin kan verka liten men detta är inte fallet. Antag att vi vill producera en kWh energi d.v.s. den energi som ungefär behövs för att köra en vanlig mikrovågsugn en timme på full effekt. Hur stor mängd Ni behöver vi då transmutera till koppar?
1 kWh = 1000 W*3600s = 3600000 J
Antalet transmutationsreaktioner som behövs är då
Antalet_transmutationer = 3600000/(energi per reaktion)
Antalet_transmutationer = 3600000/6.69*10⁻¹² J
Antalet_transmutationer = 5.38*10¹⁷ st
En mol koppar innehåller 6.022*10²³ st kopparatomer och väger 63g. Vi kan använda detta till att beräkna mängden transmuterad koppar som behöver produceras för att generera en kWh energi.
Mängden_koppar = 58g*(5.38*10¹⁷ st/6.022*10²³ st) = 0.000052g = 52 mikrogram
En normal villa förbrukar i norden kanske 20000 kWh energi per år om den värms med el. För att producera all energi huset behöver måste vi transmutera ungefär 1 g nickel till koppar per år. Ovanstående överslagsberäkning visar varför kärnreaktioner är så intressanta, mängden material som går åt är helt enkelt ofattbart små. I ovanstående fall blir situationen inte sämre av att det material som produceras d.v.s. koppar fortfarande har ett konkret värde och det skulle inte vara radioaktivt.
Ovanstående beräkning kan verka lite mystisk då man i skolan lär ut att man vid fusion får ut energi endast för material upp till en maximal atomvikt motsvarande Järn. Efter detta skulle det krävas energi för att slå ihop atomer. Problemet löses då man inser att om vi försöker kombinera två järnatomer får vi inte ut extra energi eftersom masskillnaden blor noll. Däremot är det fullt möjligt att kombinera ett mycket lätt ämne med ett tungt ämne och fortfarande få en positiv masskillnad d.v.s. energi kan produceras. Ni ligger två steg ovanför Fe i det periodiska systemet vilket betyder att det inte går att producera energi genom att slå ihop nickelatomer med varandra. Som vi såg ovan så är det fullt möjligt att lägga till ”väte” och få ut energi.
E.M.Smith var konfunderad över att det inte vid en LENR reaktion från Ni till Cu bildas Zink vilket skulle verka naturligt. Min uppfattning är att detta beror på att det inte finns lämpliga Cu isotoper som kan falla sönder till stabil Zn om man antar att vi matar in ”neutroner” i stället för protoner. Denna anomali kan således eventuellt användas till att bestämma vilken reaktion som ligger bakom LENR transmutation Ni -> Cu.
Vi har två stabila kopparisotoper Cu63 och Cu65 .
För att producera Cu63 måste stora mängder lättare Ni isotoper transmuteras då 70% av metallisk nickel är Ni58. Vi har då:
Ni58 + n -> Ni59  (sönderfaller i princip till Cobolt på 76000 år)
Ni59 + n -> Ni60  (stabil)
Ni60 + n -> Ni61  (stabil)
Ni61 + n -> Ni62  (stabil)
Ni62 + n -> Ni63  (faller sönder till Cu63 på hundra år)
Ni63 + n -> Ni64  (stabil)
Ni64 + n -> Ni65  (faller sönder till Cu65 med halveringstiden 2.5 timmar)
Ovanstående betyder att det för det första bildas mycket lite koppar i förhållande till den totala mängden reaktioner. Den koppar som bildas är i huvudsak Cu65.
Cu65 + n -> Cu66  (5 min) -> Zn66
Mängden Zink som bildas är således kanske 1/7 av den förväntade mängden.
Ryska och Japanska experiment tyder på att det sker också andra mystiska transmutationsreaktioner kan ske. Då man har undersökt elektroderna före och efter transmutationsexperiment visar det sig att det (i mycket liten utsträckning) verkar ske transmutation mellan alla de grundämnen som ingår i experimentet.  I ett typiskt LENR experiment ingår åtminstone följande ämnen:
H   (ingår i vatten, frigörs vid elektrolys)
O   (ingår i vatten och luft, frigörs vid elektrolys)
N   (ingår i luft)
K   (ingår i elektrolyten)
C   (ingår i elektrolyten samt i luftens koldioxid)
Si  (urlakas ur glaskärlet)
etc.
N14 + n ->  N15   (anrikas)
O16 + n ->  O16   (anrikas)
C12 + n ->  C13   (anrikas)
etc.
N14 + C12 -> Al26  (instabil, faller sönder på 26000 år)
Si29 + n     -> P30
N14 + N14 -> Si28
O16 + O16 -> S32
Jag har ingen aning om hur kollektiva reaktioner mellan tyngre grundämnen kan ske. Igen är situationen den att coulombrepulsionen borde göra denna typ av reaktioner helt omöjliga. Experiment tyder dock på att även denna typ av reaktioner kan ske men i ytterst liten utsträckning. En tänkbar förklaring kunde vara att vår uppfattning om hur en atom ser ut kanske inte är korrekt. Då kunde t.ex. Moons atommodell ge idéer om hur reaktionerna kunde ske
http://www.complexqm.com/#/moons-atomic-model-1/4535025739Idéerna ovan är naturligtvis att betrakta som spekulation, men vi lever helt klart i en intressant tid.Kommentarer och referenser till intressanta länkar är välkomna!Lars Silén (fysiker)

Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s


%d bloggare gillar detta: