Was gibt es neues von der kalten Fusion?

Gerade passend zum Ende des Zeitalters der Kernspaltung vermeldet Heiße, das es einem italienischen Tüftler gelungen ist, die Kalte Fusion eindeutiger darzustellen. In einem öffentlichen Experiment wurde gezeigt, wie sich mit Nickel und Wasserstoff ein einem kleinem Reaktor 12,4kW thermische Leistung erzeugt werden. Um aus dem normalen Stromnetz soviel zu entnehmen, braucht man 52 Ampere. Eine normale Steckdose liefert nur 16, ein Anschluss für einen Elektroherd liefert 48 Ampere. Das ist also ein Wert, den man nicht mal eben aus versehen in des Experiment kommen. Des weiteren gibt der Erfinder an, das der Wasserstoffverbrauch so gering ist, das auch eine Verbrennung des Wasserstoffs als Energiequelle ausscheidet. Selbst eine chemisch Reaktion mit Fluor, dem stärksten Oxydationsmittel unter den Elementen, reicht bei weitem nicht aus. Es wurden, so der Erfinder, 1g Wasserstoff während eines öffentlichen Experiments gebraucht, aber tatsächlich würden aber 218 Gramm für die klassische Knallgasreaktion als Energiequelle gebraucht.

Zusammenfassend kann man sagen, das die Sache also entweder wirklich funktioniert oder aber da jemand einen ganz großen Anlagebetrug aufzieht. Insoweit sollte man das Experiment nicht nur von Physikern, sondern eben auch von einem Illusionisten begutachten lassen. Übrigens ist das ein gerne gemachter Fehler. Wenn man ein fragwürdiges Ergebnis hat, werden immer Naturwissenschaftler mit der Überprüfung beauftragt. Wenn aber ein Betrüger weiß, worauf es dehnen Ankommt, kann es immer noch sein, das man diesen Menschen Täuschungen unter jubelt. Ein Illusionist hat für so was einen geschulten Blick, ist also insofern eine wichtiges Team Mitglied bei einer Überprüfung.

Ok, nehmen wir mal an, der Mann ist redlich. Dann ist die Sache eine Sensation, weil er als Reaktionprodukte ⁶³Cu und ⁶⁵Cu in unatürlicher Isotopenverteilung gefunden haben will. Das entspräche (unter anderem) der Reaktionen:

⁶⁴Ni + ¹H → ⁶⁵Cu + 165keV

Die anderen Nickelisotope ⁵⁸Ni, ⁶⁰Ni, ⁶¹Ni und ⁶²Ni lassen sich so nicht Umsetzen, weil die Addition eines Protons ein Energie verzehrender Vorgang wäre. Das bedeutet, das sich nur etwas weniger als 1% des Nickel in Kupfer umsetzen lässt. Aber, und das ist wichtig, es entstehen keine instabilen Isotop als Reaktionsprodukte. Somit ist der "Atommüll" dieser Reaktion normales Kupfer, das eben keine Radioaktivität abgibt. Außerdem entstehen, im Gegensatz zur klassischen Kernfusion und Kernspaltung, auch keine Neutronen.

Neutronen sind die Pest der Kernenergie, weil sie in alle möglichen Atome eindringen können, und diese in mitunter radioaktive Stoffe umwandeln. Es findet also auch keine Aktivierung statt. Bei dieser Art einer Kernreaktion würde also "nur" Bremsstrahlung entstehen, die mit dem beenden der Reaktion aber auch verschwindet. Sie lässt sich auch gut Abschirmen, Ihr alter Röhrenfernseher erzeugt auch Bremsstrahlen, wenn die keV Elektronen auf dem Schirm aufschlagen.

Allerdings halte ich die Behauptung, es finde ein Tunnelprozess statt, der es Protonen erlaubt, im einem heißen Kristall im nennenswerten Umfang in die Atomkerne schwerer Elemente einzudringen für sehr fragwürdig. Der Grund dafür ist der Wärmehaushalt der Erde. Dieser wird durch den Zerfall schwerer Elemente und dem Erstarren des Erdkerns schon vollständig Erklärt.

Ich habe in einer früheren Schrift den Verdacht geäußert, das µ^- Myonen aus der Höhenstrahlung bei den Phänomenen rund um die kalte Fusion, neuerdings auch "Low Energy nuclear Reaction" kurz LENR genannt, eine Rolle spielen. Da nur 1% des Nickel funktionsfähig sind, muss (unter anderem) folgender Reaktionsablauf angenommen werden:

¹H + µ^- → µ¹H + e^- + energie
µ¹H + ⁶⁴Ni → ⁶⁵Cu⁺ + µ^- + sehr viel energie
⁶⁵Cu⁺ + e^- → ⁶⁵Cu + energie

Das µ^- Myon wird also wie ein Katalysator immer wieder verwendet. µH ist ein sehr kleines exotisches Wasserstoffatom, weil das Myon 206 mal schwerer ist als ein Elektron. Damit könnte sich das Proton als neutrales Objekt den Atomkern des Nickel so weit annähern, das es zu der Fusionsreaktion kommt. Innerhalb der Lebensdauer des Myons von 2,1µs können wegen der enormen Geschwindigkeit von Kernreaktionen und der Zeitdilation in gebundenen Zuständen eine sehr große Zahl von Reaktionen ablaufen. Die Myonenkatalysierte Fusion wurde im Fall von

²H₂ + µ^- → µ²H₂⁺ + 2 e^- + energie
µ²H₂⁺ → ³He⁺⁺ + n + µ^- + sehr viel energie

bereits 1948 von Andre Sacharov vorgeschlagen und ist experimentell bestätigt.

Es bleibt die Frage, warum das Myon sich nicht mit dem Nickel verbindet. Das ist erstaunlich, denn dieser Prozess würde den Kreisprozess vergiften. Mindestens 99% der µNi würden das Myon so lange festhalten, bis das µ^- Zerfallen ist. Diese Frage lässt erst Diskutieren, wenn der Erfinder nach der Patentierung die genaue Zusammensetzung der nickelhaltigen Substanz bekannt gibt. Im Gegensatz zur Kalten Fusion zwischen Wasserstoffkernen im Palladium lässt sich aber bei dieser Reaktion die Beteiligung der Myonen ohne die teure Strahlzeit aus einer Myonenquelle nachweisen. Der Effekt ist eindeutig feststellbar. Geht man mit dem Aufbau in ein tiefes Bergwerk oder Tunnel wo die Myonen aus der Höhenstrahlung nicht hinkommen, so wäre die Energiefreisetzung unterbunden, was sich zweifelsfrei feststellen lässt.

So ein Experiment wäre Wichtig, weil es Metalle gibt, die wie das Nickel sehr viel Wasserstoff binden können, aber sogenannte Reinelemente aus nur einem Isotop sind. Beispielsweise das Metall Yttrium. Hier können 100% des Materials nach der Formel

⁸⁹Y + ¹H → ⁹⁰Zr + 1065keV

auch ohne strahlenden Atommüll und Aktivierung umgesetzt werden. Da über 6½ mal mehr Energie frei wird, so das Vergiftungserscheinungen des Myon-Katalysators weniger ins Gewicht fallen. Außerdem kann Yttrium noch mehr Wasserstoff binden als das Nickel.

Nachtrag 07.02.12: In einem Bericht über ein Interview mit Rossi ist davon die Rede, das 512keV Strahlung nachgewiesen worden sein soll. Sollte diese was mit der Energieerzeugung zu tun haben, so bedeutet das in aller Regel, das eine Paar Vernichtung stattfindet. So etwas läuft nach der Gleichung

e⁺ + e^- = 2 γ + 1024keV

ab. Das bedeutet, das ein Prozess vorher ein Antielektron e⁺ Erschaffen haben muß. Das geht auf Zweierlei weiße, entweder wurden vorher 1024keV bereitgestellt, um die Gleichung der Paar Vernichtung rückwärts als Paar Erzeugung laufen zu lassen, oder aber, das e⁺ muß im Wege der schwachen Wechselwirkung über den β⁺ Zerfall entstanden sein.

Da bei der einzig theoretisch möglichen Reaktion zwischen stabilen Nickel und Wasserstoff aber nur 165keV frei werden, bedurfte es zur Paarbildung allein aus Energiegründen mindestens einer 7 Photonen Imission. Es gibt zwar Mehrphotonenanregungen, aber die erfordern schon bei 2 Photonen intensivste Laserstrahlung. Es zeigt sich, das die zwei Photonen Imission ungleich unwahrscheinlicher ist als die normale Imission. P(Im n=2) << P(Im n=1). Da nun die Eintrittswahrscheinlichkeit für n=7 sich zu

P(Im(n=7)) ~ P(Im(n=2))⁶ / P(Im(n=1))⁵

ergibt, Bedarf es dazu so hoher Energieflussdichten, das ein explosives Geschehen unvermeidbar ist. Ein solcher Vorgang ist in der Anordnung wie Rossi in seinen Patenten beschreibt nicht vorstellbar. Kommen wir zum alternativen β⁺ Zerfall. Der β Zerfall wird von der schwachen Wechselwirkung bewerstellingt, und ist der Grund warum Atomkraftwerke auch nach dem ausschalten noch Massiv, ca 5% der Leistung, Energie in Form von Strahlung produzieren. Der von Rossi beschriebene Prozess soll sich ja gerade dadurch auszeichnen, das wie bei der Exothermen Reaktion von ⁶⁴Ni und ¹H eben keine instabilen Isotope, sprich Atomüll, entsteht.

Fazit: Entweder passiert in dem Energiekatalsator was ganz anderes als Rossi vermutet. Kann gut sein, mit der Hochtemperatursupraleitung hat auch niemand gerechnet und niemand weiß bis heute genau was dabei eigentlich passiert. Dann aber sollte vor einem breiten Verkauf der Technologie das Phänomen durch andere Wissenschaftler untersucht und reproduziert werden können. Dazu müsste Rossi mal mit seiner Geheimniskrämerei aufhören und Butter bei die Fische tun. Wir haben hervorragende Schutzrechte, da muss man nicht Patentanträge so schreiben, das sie allenfalls geeignet sind, Stolpersteine für die Konkurrenz darzustellen. Das Patentrecht wurde auch geschaffen, damit wissenschaftliche und technische Erkenntnisse Publiziert werden können und sollen, damit ihrem Verlust vorgebeugt wird. Es nicht zu tun, ist ein Missbrauch des Patentrechts. Ich kann jedem Potentiellen Anleger und Besteller nur raten bis zum Beweis des Gegenteils von einem Anlagebetrug auszugehen.

Auch mit Zertifizierungen ist Vorsicht geboten. Der TÜV zum Beispiel hat genaue Definitionen, was eine Zeichen ausmacht. Das ist an sich gut, aber erfordert eine Kenntnisnahme was geprüft wird. Demzufolge hatte der TÜV zum Beispiel kein Problem auf eine Esoterikprodukt das aus einem Kästchen besteht im den Netzkabel in einer Lüsterklemme endet ein GS für Geprüfte Sicherheit zu testieren. Klar zu Recht von dem Teil geht keine Verletzungsgefahr aus, nur eben die Gefahr des Geldverlustes beim Erwerb. Das war, zumindest zum Zeitpunkt der Testirrung, nicht Bestandteil des Anforderungsprofils. Basta!

Nachtrag 18.04.12: AUA Bösen Fehler gefunden! Die Tabelle der Bindungsenergien die ich genutzt habe bezieht sich auf das Atomgewicht, also ¹²C / 12 und nicht auf Protonen, aus denen Atome letztendlich aufgebaut werden. Erst mal alles Durchgestrichen was von dem Fehler betroffen ist.

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