Hete bellen

Het eenvoudige sonoluminescentie-experiment met zwaar aceton (Science, 8 maart) dat volgens Rusi Taleyarkhan kernfusie opleverde begint op het Amerikaanse zakeninstinct te werken. Eén van de leden uit Taleyarkhan's team, Richard Lahey, heeft laten weten de proef wel degelijk te zien als een opstapje naar grootschalige energiewinning uit deuterium. Volgens Business Week (18 maart) heeft de ploeg dan ook al diverse patenten aangevraagd.

Volgende week houdt de American Physical Society zijn voorjaarsbijeenkomst in Indianapolis: een gepaste entourage voor kritiek of enthousiasme voor het nieuwe werk. Tot nu toe werden er geen persconferenties gehouden of interviews gegeven en het Amerikaanse congres heeft nog geen hoorzitting georganiseerd. In 1989, toen Fleischman en Pons met hun koude kernfusie op de proppen kwamen, ging dat allemaal anders.

Het neemt niet weg dat de publicatie van het onderzoek van Taleyarkhan een bizarre geschiedenis heeft. Het werk werd afgewezen door Nature (dat in 1989 ook het koude kernfusie-werk van Fleischmann en Pons weigerde) maar uiteindelijk geaccepteerd door Science, zij het pas nadat zo'n twaalf referenten er hun licht over hadden laten schijnen. Zó ongunstig was kennelijk het oordeel van sommigen dat Taleyarkhan c.s. gedwongen werden te vermelden dat `onafhankelijk onderzoek' hun resultaten niet of nauwelijks kon bevestigen. Science voelde zich gedwongen in een redactioneel commentaar enige afstand te nemen van Taleyarkhan c.s. Toch is het onze taak ook controversiële zaken voor het forum van de wetenschap te brengen, schreef Science-hoofdredacteur Donald Kennedy.

Nog vreemder ging het binnen Oak Ridge National Laboratory (ORNL) waaraan Taleyarkhan verbonden is. Oak Ridge behoort de gerenommeerde `national laboratories' die onder het Amerikaanse ministerie van energie vallen. Oak Ridge heeft veel ervaring met kernfusie-onderzoek. Toen een jaar geleden duidelijk werd dat Taleyarkhan c.s. meenden kernfusie in een bekerglas te zien en daarover wilden publiceren is binnen Oak Ridge onmiddellijk een omvangrijk parallel-onderzoek gestart om de geclaimde resultaten te verifiëren. Dat heeft geleid tot een reeks interne publicaties waarin die resultaten zowel worden bevestigd als tegengesproken. Shapira en Saltmarsh, nota bena collega's van Taleyarkhan uit Oak Ridge, brengen hun bedenkingen nu naar buiten. Op de website www.ornl.gov/slsite staat hun kille kritiek. Het wetenschappelijk management van ORNL heeft Taleyarkhan tot op heden echter niet laten vallen.

gasbelvorming

Inmiddels geven de opponenten van Talyearkhan toe dat hij een interessant experiment heeft uitgevoerd. Zoals velen vóór hem wist Taleyarkhan `cavitatie' (gasbelvorming onder invloed van zeer lage of zelfs negatieve druk) op te wekken in een vloeistof door daarin een staande geluidstrilling van hoge frequentie (bijna 20.000 Hz, nog net hoorbaar) aan te brengen. Zo'n staande geluidsgolf produceert knopen en buiken en in de buiken wisselt de druk tussen ver negatief en ver positief. Daardoor worden zowel belletjes gevormd als krachtig dichtgedrukt en dat laatste kan zo snel gaan dat schokgolven ontstaan die de temperatuur hoog opdrijven. Dat levert lichtflitsjes op: sono-luminescentie. De lichtflitsen zijn de meest directe aanwijzing dat zeer lokaal temperaturen van duizenden graden worden bereikt. Al jaren wordt erop gezinspeeld dat ook temperaturen haalbaar zijn van miljoenen graden. Genoeg voor kernfusie.

Taleyarkhan denkt dat het nu zover is. Anders dan zijn voorgangers koos hij niet water als proefmedium maar aceton. Extreem gezuiverde, ontgaste en gekoelde aceton, omdat daarin een heel grote negatieve druk is op te wekken voordat er spontane, ongeordende belvorming optreedt. Bovendien initieerde hij de belvorming met korte pulsen hoog energetische neutronen die hij met een frequentie van bijna 200 Hz van buitenaf instraalde. Dat bracht een bijna explosieve belvorming op gang. (Dat neutronen in metastabiele vloeistoffen makkelijk bellen kunnen opwekken is bekend van de klassieke proeven met bellenvaten.) Een theoretisch model, ontwikkeld door Richard Lahey en Robert Nigmatulin, maakte aannemelijk dat onder deze omstandigheden temperaturen van meer dan een miljoen graden haalbaar zijn. In zwaar aceton, waarin alle gewone waterstof is vervangen door de isotoop deuterium, zou dan kernfusie kunnen optreden, en die fusie is te herkennen aan karakteristieke fusieproducten: tritium, neutronen, misschien ook helium.

dampspanning

Erg overtuigend schijnt het fysisch model van Nigmatulin niet te zijn. Volgens prof.dr.S. Hilgenfeldt van de universiteit Twente gaat het model voorbij aan het feit dat de bel-implosies in aceton, met zijn hoge dampspanning, veel minder hevig verlopen dan in water. Ook worden er losjes allerlei aannames gedaan die geen enkele wetenschappelijke rechtvaardiging hebben.

Taleyarkhan zelf hecht kennelijk meer waarde aan de gevonden fusie-producten dan aan het rekenmodel: in het zware aceton ontstond tritium en werden gelijktijdig met de lichtflitsjes neutronen gesignaleerd. Vreemd genoeg is op de tritium-bepaling, die heel simpel verloopt, weinig kritiek gekomen. Toch lijkt hij minder onaantastbaar dan is beweerd. Het ongelukkige is dat de neutronenpuls die 200 keer per seconde de bedoelde belvorming stimuleert, sowieso tritium doet onstaan, of er nu cavitatie met fusie is of niet. Het gaat er dus om extra tritium aan te tonen, een subtiele zaak. Het meetapparaat (een vloeistof scintillatieteller) dat de hoeveelheid tritium in monsters aceton bepaalt reageert op de bètastraling die het radioactieve tritium afgeeft. In een veelzeggende kanttekening hebben Taleyarkhan c.s. aangegeven dat het tritium door het gebrek aan menging misschien niet homogeen verdeeld is in de aceton, wat een funest effect kan hebben op de bemonstering. Het is Hilgenfeldt bovendien opgevallen dat er in controle-experimenten zonder cavitatie en fusie (maar mèt neutronen-instraling) steeds ongeveer evenveel tritium wordt gevonden, hoe lang ook de bestraling was.

bewijs

Met de neutronentelling ligt de kwestie zo mogelijk nog ongunstiger dan met tritium. De fusie-neutronen (met een energie van van 2,5 MeV) moeten worden geteld tegen de achtergrond van de hoog-energetische neutronen (van 14 MeV) die de pulsgenerator instraalt. Dat kan alleen door de neutronen te onderscheiden in hun energie-inhoud. Het probleem is dat de energie van de neutronen door botsingen met omringende atomen geleidelijk afneemt voordat ze worden gemeten. Het waterdichte bewijs dat veel neutronen van precies de juiste energie-inhoud zijn gevonden is nog niet geleverd.

Wel vinden ook Shapira en Saltmarsh in totaal wat meer neutronen dan zonder fusie verwacht kan worden, maar bij lange na niet een hoeveelheid die overeenstemt met de hoeveelheid tritium die is gemeten. Ook Taleyarkhan c.s. vinden overigens naar verhouding te weining neutronen. Maar veel mìnder te weinig. In een uitputtend verweer (op internet) tegen de kritiek van Shapira betogen Taleyarkan c.s., met overtuigingskracht en heel lelijke insinuaties, dat de neutronentelling van Shapira technisch zeer gebrekkig was.