Das Rätsel um die "Kalte Fusion" und eine mögliche Theorie

Eigentlich wollte ich nur am energiepolitischen Konzept der Piratenpartei mitarbeiten, und habe mir zu diesem Zweck nochmals alle Energie liefernden Prozesse angesehen. Diese braucht mann, weil die Vorschläge der Grünen Partei sich allesamt auf des einsammeln in der Natur vorkommenden Energieströme beziehen. Lediglich Wasserkraft und Solarthermische Kraftwerke verfügen über ein begrenztes Vermögen, Energie geregelt abzugeben, wenn Sie gebraucht wird. Dabei habe ich auch die Kalten Fusion gegoogeld.

Bei der Kalten Fusion im Palladium handelt es sich um die Behauptung von M. Fleischmann und S. Pons, das man ein Stück Palladium Metall elektrochemisch so stark mit Deuterium beladen könne, das sich im Inneren des Metalls zwei Deuterium Kerne unter Energiefreisetzung zu einem Helium 3 und einem Neutron umsetzen. Dieses Behauptung ging 1989 um die Welt, konnten dann aber nicht man mehr von den beiden Autoren reproduziert werden. Was ich damals nicht wusste, das Bereits 1926 einen bericht von Fritz Paneth gab, der das Entstehen von Helium in Wasserstoff beladenen Palladium beobachtet haben will.

Auch nach 1989 wurden immer wider mal solche Beobachtung gemacht, konnten dann aber nie wirklich reproduziert werden. Zuletzt wurde so was von Yoshiaki Arata im Mai 2008 in einem Presse Kolloquium vorgeführt, ohne dafür aber eine Theorie vorweißen zu Können. Denn Elektronen sind wegen ihres geringen Gewichts und der quantenmechanischen Gesetze über ein so großes Raumgebiet verteilt, das Sie nicht geeignet sind, die elektrostatische Abstoßung der Deuterium Kerne abzuschirmen, und so die Fusion zu ermöglichen. Auch dann nicht, wenn es sehr viele von Ihnen in der Umgebung gibt, wie im Palladium Metall.

Ganz anderes sieht das mit den Myonen aus. Myonen sind Verwandte des Elektrons, nur das sie viel Schwerer sind. Sie sind 206.6 mal so schwer wie ein Elektron, und können sich deshalb auf eine weit engeres Raumgebiet zurückziehen als Elektronen. Die sind in der Lage, Deuterium zu Helium 3 fusionieren. Dieses wurde 1948 von Andrei Sacharow vorhergesagt und in der Folge auch bestätigt. Es gibt nur einen winzigen Hacken: In der Zeit von 2,2µs sind die hälfte von Ihnen zu einem Elektronen, ein Myonneutrino und ein Antielektronneutrino zefallen. Zwar läuft die Fussiongeschwindigkeit so schnell ab, das mehr Energie erzeugt werden könnte als zu Herstellung eines Myons gebraucht würde, aber bei einem geringen Teil der Reaktionen bleibt das Myon an dem entstehenden Helium kleben, so das im Mittel nur ca 167 Reaktionen stattfinden. Zu wenig, um einen Gewinn daraus zu schöpfen.

Myonen kommen, aufgrund der Höhenstrahlung, natürlich vor. Jeder Quadratzentimeter auf Meereshöhe wird im Mittel alle 220 Sekunden von einem negativ geladenen Myon, µ^-, Teilchen getroffen. Da schnelle Myonen Materie gut penetrieren, würde nur ein sehr geringer Anteil dieser Myonen in der Probe verbleiben. Was wären, wenn auch für die Fusion im Palladium die Anwesenheit mindestens eines Myons gebraucht würde? Dann wäre der Ausgang des Experiments von Zufall abhängig, und zwar so, das es nur sehr selten Funktionieren würde. Das würde insofern mit den beständigen gelegentlichen Beobachtungen welche sich dann aber nicht wiederholen lassen zusammenpassen.

Wenn ein Myon eine Bindung mit schweren Atom, wie zum beispiel Kupfer, eingeht, wird es sehr nahe an den Kern gezogen. Aufgrund seiner sehr viel grösseren Ruhemasse steht dann aber sehr viel Energie für Reaktionen mit dem Kern zur Verfügung, weil ja, nach Einsteins berühmter Formel, Energie gleich Masse mal dem Quadrant der Lichtgeschwindigkeit ist. E = m c². So zerfällt ein Myon im Kupfer mit einer Halbwertszeit von 0.163 µs, also rund 13.5 mal schneller!

Kling nicht wirklich aussichtsreich, aber: Ein blick in die Nuklidkarte zeigt eine interessante Anomalie. Während es vom Palladium 6 verschiedene stabiele Isotope, ¹⁰²Pd, ¹⁰⁴Pd, ¹⁰⁵Pd, ¹⁰⁶Pd, ¹⁰⁸Pd und ¹¹⁰Pd gibt, ist das Vorgänger Element Rhodium nur mit einem stabiels Isotop, das ¹⁰³Rh. Das ist Interesannt, den bei einem Einfang eines µ^- durh ein ¹¹⁰Pd ensteht ¹¹⁰Rh, das ganze 7 Neutronen mehr hat als das stabiele ¹⁰³Rh, was bedeutet, das vom Energieniveau deutlich über dem des stabilen ¹¹⁰Pd liegen dürfte. Ein blick in den Zerfallscharts zeigt, das ¹¹⁰Rh 5400 keV über ¹¹⁰Pd liegt. Die spanende Frage ist nun, reicht das, um einen Einfang eines Myon durch ¹¹⁰Pd zu verhindern.

Das Myon hat eine Ruhemasse, das heißt nach Einstein, eine Ruheenergie von 105600 keV. Davon geht die bei der Bindung des Myons an den Palladium Kern ¹¹⁰Pd freiwerde Energie ab. Die Bindungsenergie eines Elektrons in der K Schale des Palladium beträgt 24,35 keV. Daraus folgt, das die Bindungsenergie eines Myons nach dem Borschen Atommodell, das in die K Schale gefallen ist, 206.6 * 24,35 keV = 5030,71 keV; Foglich verbleiben 95169 keV die für den Zerfall zur Verfügung stehen.

Wenn ein Myon sich in einem 1S Orbital befindet, das sich zu einem nicht zu vernachlässigen Anteil im Inneren des Atomkerns aufhält, dann reduziert es die im Kern vorhandenen Abstoßung der Protonen, so das sich die Bindungsenergie vergrößert. Nach dem Tröpfchenmodell wird für die Columbenergie 600keV * Z² * A^-1/3 in Ansatz gebracht. Für ¹¹⁰Pd, Ordnungszahl 46, ergibt sich daraus 264973 keV. Reduziert sich Z durch Abschirmung um 1/10 e, so erechnet sich 263822 keV, so das durch Vergrößerung der Bindungsenergie im Kern, durch den Myonenzerfall 94018 keV frei werden. Beim Kupfer ist dieser Wert grösser, weil sowohl die Columbenergie im Kern geringer ist, als auch die Bindungsenergie des Myons als auch die Energiestufe zum Kern nach dem Myonen Einfang, so das die Halbwertszeit im Palladium, trotz nicht ganz doppelter Zahl zur Reaktion zur Verfügung stehender Protonen die des Kupfers nicht wesentlich unterschreiten sollte.

Das Myon im 1S Orbital könnte den Deuteriumkern durch Abschirmung in die Nähe des ¹¹⁰Pd bringen. Das ¹¹²Ag liegt mit 4000 keV energetisch deutlich über dem Boden des Tals der Stabilität, so das das Deuterium nicht einfach in den Atomkern einverleibt werden kann. Es muss also in Kernnähe verbleiben, so das bei der Myonenkatalsierten Fusion mit einem anderen Deuterium ein Rückstoßpartner vorhanden ist. Das ist in sofern wichtig, als das normalerweise aus 2 Deuterium Kernen ein temporärer Helium 4 Kern gebildet wird, der dann ein Neutron und ein Helium 3 zerfällt. Der Zustand des Helium 4 würde erheblich mehr Energie liefern, jedoch werden bei der Fusion im Freien Raum zwei Reaktionsprodukte gebraucht, um dem Impuls- und Energieerhaltungssatz zu genügen. Bei einer Reaktion in der Nähe eines Palladium Kerns könnte dieser als Rückstoßfänger dienen.

Das hätte einige sehr wichtige Konsequenzen: (1) Es enstehen keine Neutronen. Das ist in sofern wichtig, als das Neutronen die Pest der Kernenergie sind. Sie machen annähernd alles mit dem Sie in Berührung kommen durch Kernreaktionen Radioaktiv. Da sie elektrisch neutral sind, können Sie besonders gut in Atomkerne eindringen, und diese entsprechend verändern. Es würde sich um eine absolut Saubere form der Kernenergie handeln. (2) Es würde erklären, warum keine Neutronen bei den Experimenten zur Kalten Fusion gefunden wurden. Einfach deshalb, weil es einfach keine Gibt!

Wenn aber schon das optimale Experiment in dem Aufbau von Andrei Sacharow nicht genug Energie liefert, um mindestens ein neues Myon herzustellen, warum sollten einzelne Myonen im Palladium so viel mehr bewirken, so sie doch 20 Mal so schnell zerfallen. Wenn ich davon ausgehe, das das Myon primär an das Palladium gebunden ist, so würde aber die finale Bindung des Myons an das entstehende Reaktionsprodukt ⁴He verhindert, welche in dem von Andrei Sacharow vorgeschlagenen Szenario die Energie ausbeute limitiert. Wenn die Palladium Kerne oder zumindest einzelne Isotope den Rückstoß des mit der freiwerdenden Fusionsenergie beschleunigten ⁴He aufnimmt, dann würden diese selbst in eine nicht unerhebliche Bewegung graten, so das die Kombination ¹¹⁰Pd + µ^- in kurzer Zeit auch etliche Deuterium Kerne treffen würde, an denen das Myon seine katalytische Wirkung entfalten kann und wie eine pico-Atombombe wirkt, die zu klein ist um eine nach außen wahrnehmbare Explosion zu erzeugen, aber Genug Energie freisetzt, um eine makroskopische Wirkung zu haben.

In Anbetracht der möglichen wirtschaftlichen Tragweite des Phänomens sollte man mal zwischen zwei Versuchen einen mit Deuterium beladenen Block aus Palladium vorsichtig in den kalten Myonen strahl des psi bringen und nachsehen ob der von etlichen Menschen beschriebene spukhafte Effekt dadurch nicht deutlich und reproduzierbar wird! Sieht so aus, als ob das noch keiner Versucht hat Deutsch Englisch