Table top tritium

Kernfusie in een bekerglas kan niet. Dat is de heersende opvatting na het échec van Fleischmann en Pons 13 jaar geleden. Deze week sloeg de twijfel toe.

De table-top kernfusie die afgelopen week korte tijd voor opwinding zorgde lijkt in een Pavlov-reactie gesmoord. Dertien jaar geleden beweerden de chemici Martin Fleischmann en Stanley Pons ook al dat ze in een bekerglas kernfusie tot stand hadden gebracht. Zij voerden een elektrische stroom door een glas met zwaar water waarin elektroden van palladium en platina stonden en merkten na enige tijd een onevenredige hitte-ontwikkeling op. Kernfusie, besloten ze. De naweeën van deze onterechte claim, die vooral chemici, politici en journalisten in zijn greep kreeg, heeft kennelijk zoveel pijnlijke littekens achtergelaten dat het rond het nieuwe experiment alweer opvallend stil is.

Toch lijken Rusi Taleyarkhan en zijn collega's veel behoedzamer te hebben geopereerd dan destijds Fleischmann en Pons die met een persconferentie hun ontdekking bekendmaakten. Taleyarkhan c.s. hebben hun werk de gebruikelijke peer review laten ondergaan, verwerkten de kritiek die binnenkwam en zochten contact met collega's binnen Oak Ridge National Laboratory die meer ervaring hadden. Die kregen de gehele proefopstelling ter beschikking.

Uiteindelijk publiceerde Science (8 maart) de details van een kennelijk goed reproduceerbaar experiment. Iedereen kan de proef herhalen. De onderzoekers worden niet gehinderd door patentaanvragen en overspannen verwachtingen ten aanzien van mogelijk economisch bruikbare energiewinst. Er is niemand die beweert dat bel-fusie binnenkort de aardolie zal vervangen. Het verschijnsel is alleen wetenschappelijk interessant.

In feite werd al jaren voorspeld dat het werk aan `sonoluminescentie' uiteindelijk tot thermonucleaire fusie zou leiden. Nu zou het dan zo ver zijn. Maar hoe sterk staan Taleyarkhan c.s. in hun claim? Zij gebruiken een gecompliceerd en moeilijk te doorgronden fysisch rekenmodel dat uitrekent hoezeer dampbelletjes in gekoelde, goed ontgaste aceton kunnen opwarmen als die belletjes plotseling instorten. Met wat extrapolatie komen ze inderdaad op temperaturen die voor het optreden van kernfusie noodzakelijk zijn: miljoenen graden.

Afgezien van deze theoretische onderbouwing berust hun vèrgaande conclusie op drie feitelijke waarnemingen: er is tritium gevonden, er zijn neutronen vrijgekomen en de vorming van neutronen valt opvallend vaak of zelfs meestal samen met de momenten waarop lichtflitsjes worden gesignaleerd. Dat wijst erop dat licht en fusie in hetzelfde proces ontstaan.

De felste kritiek, ook uit Nederland, richt zich op het gehanteerde rekenmodel dat zo'n formidabele temperatuurstijging voortovert. In dat model zijn grote hoeveelheden wezenlijke processen (zoals het optreden van chemische reacties e.d.) over het hoofd gezien. De geclaimde temperatuurstijging is daardoor volstrekt onwaarschijnlijk, zeggen prof.dr. Detlef Lohse en prof.dr. Niek Lopez Cardoso respectievelijk verbonden aan de Technische Universiteit Twente en het FOM-instituut voor Plasmafysic in Rijnhuizen.

Gekissebis

De Amerikaanse fysici Shapira en Saltmarsh, ook op Oak Ridge werkzaam, hebben het experiment overgedaan met de opstelling van Taleyarkhan en richtten hun kritiek vooral op het geclaimde samenvallen van licht- en neutronenpulsjes. Zij maken aannemelijk dat de gesignaleerde `coïncidenties' toevallig kunnen zijn. Pijnlijker is dat zij met hun gevoeliger neutronendetector niet méér neutronen vinden dan de gebruikelijke natuurlijke achtergrondstraling (voor een belangrijk deel een effect van kosmische straling). Maar ook nu weer, zoals in de tijd van de koude kernfusie, heeft dit geleid tot gekissebis over de gevoeligheid en het rendement van de gebruikte detectoren. Taleyarkhan c.s. accepteren de kritiek niet.

Vreemd is dat niet meer aandacht is gegaan naar de twee andere producten die bij de geclaimde deuteriumkernfusie zouden moeten ontstaan: helium-3 en tritium. Taleyarkhan gaat er prat op dàt er tritium is aangetoond in monsters zwaar aceton waarin belletjes waren gevormd. Kennelijk heeft dit voor hem zelfs de doorslag gegeven. Tritium, een zogenoemde bèta-straler, is makkelijk aan te tonen en de onderzoekers hebben hun metingen ingebed in een overtuigende reeks blanco-bepalingen. De belangrijkste is die waarbij `zwaar' aceton wèl werd bestraald met een puls snelle neutronen maar niet onderworpen aan de staande geluidsgolf die belletjes opwekt. Daarbij werd géén extra tritium gevormd.

Shapira en Saltmarsh hebben geen tritiumbepalingen gedaan. Ze constateren alleen dat er, àls er zoveel tritium was gevormd als Taleyarkhan zegt, ook heel veel meer neutronen waren vrijgekomen dan er zijn geteld. Fleischmann c.s. vonden destijds ook tritium in hun zwaar water. De meting bleek in orde maar treurig genoeg kwam het tritium als vervuiling uit de palladium-elektroden.

Fleischmann c.s meldden destijds ook triomfantelijk dat met een massaspectrometer helium (vreemd genoeg helium-4, de vorming van helium-3 is veel waarschijnlijker) was gevonden in het gas dat uit hun zwaar water ontweek. Ook dit bleek een artefact. Maar Taleyarkhan heeft helemaal niet naar helium-3 gezocht, hoewel dat in zijn gesloten opstelling niet zo moeilijk lijkt. Misschien komt er binnen een kort tijdbestek te weinig van vrij voor analyse in een massaspectrometer.

Nederlandse onderzoekers vragen zich af waarom niet eenvoudig is gekeken naar de aard van de elektromagnetische straling (ultraviolet, röntgen) die bij de proef van Taleyarkhan vrijkomt. Naarmate de temperatuur van de instortende belletjes stijgt verandert de samenstelling van het daarbij uitgezonden licht. Analyse van het stralingsspectrum kan snel inzicht geven in de werkelijk bereikte temperatuur. Al met al is het waarschijnlijk dat binnen enige weken uitsluitsel ontstaat over het al of niet optreden van kernfusie.