Die Energiemenge, die benötigt wird, um die Coulomb-Barriere zu durchbrechen

Während die Zahl relativ niedrig erscheint (und es kann ein Fehler um eine Größenordnung sein), liegt sie immer noch weit darüber$O(1\,eV)$Dies sind die chemischen Energien von Elektronen in Atomen, die daher nicht als thermische Fluktuation auftreten können. Es ist fast ausgeschlossen, dass ein einzelnes Atom bei vernünftigen Temperaturen genug Energie sammeln würde, um durch die Barriere zu gelangen (obwohl Tunneln ein wenig helfen kann, damit man nicht "ganz" hindurch gehen muss).

Die Zahl 3-10 keV ist jedoch eine große Unterschätzung für realistische Situationen. Beachten Sie, dass zwei Protonen nicht verschmelzen können, weil es kein Helium-2-Isotop gibt ;-) (ein Diproton würde tatsächlich existieren, wenn die starke Kernkraft nur 2 Prozent stärker wäre). Man braucht mindestens einen schweren Wasserstoffkern, um die Fusion in Gang zu bringen, und die Barrieren sind immer höher, weshalb die Zahl 3-10 keV unphysikalisch ist, was auch immer es genau bedeutet. Die Coulomb-Barriere geht nach oben$Z_1 Z_2$für größere Kerne (tatsächlich sogar etwas höher). Bereits für das kommerziell vielversprechende Deuterium-Tritium-Paar (das immer noch nur "schwere" Wasserstoffkerne sind) liegt die Barriere bei etwa 0,1 MeV. Für größere Kerne liegt die Barriere bereits in der Größenordnung von 1 MeV oder mehreren MeV, vergleichbar mit dem Energiegewinn eines einzelnen Kerns.

Die Energie der Elektronen der inneren Schale kann so groß wie keV sein, aber das würde nur für die (nicht vorhandene) leichte Wasserstofffusion ausreichen; Die Elektronen der inneren Schale existieren jedoch nur um größere Kerne herum, wo die erforderliche Coulomb-Barriere höher ist. Es ist ersichtlich, dass die Coulomb-Barriere zwischen den Kernen immer größer ist als die von den Elektronen getragene Energie, selbst von den Elektronen der inneren Schale. Die Coulomb-Barriere zwischen den Kernen liegt wirklich in MeV oder in der Nähe davon, während Sie für Elektronen der inneren Schale nicht über keV kommen können.

Für die Fusion ist eine gewisse Energiekonzentration erforderlich. Wenn eine MeV-Energie in einem Teilchen konzentriert wird, sei es ein Kern oder ein "Katalysator" in einem hypothetischen Design, ist es legitim zu berechnen, dass dieses Teilchen die Temperatur von vielen Millionen Grad Kelvin hat$E\sim kT$Es kann also keine "kalte" Fusion sein. Zumindest einige Teilchen in der Nähe der hypothetischen Fusion haben diese enormen Temperaturen, und wenn sie den Kernen helfen, zu verschmelzen, werden die relevanten Kerne ebenfalls diese enorme Temperatur haben. Also nicht nur ein paar Teilchen, sondern ein "ganzer Ort" des Kernmaterials ist zwangsläufig sehr heiß. Natürlich kann man versuchen, den "heißen Ort" geometrisch sehr klein zu machen (z. B. durch Fokussieren vieler Laser auf einen Punkt), aber es muss einen heißen Ort geben, damit die Fusion fortschreiten kann.

Das ist richtig --- Sie brauchen ein paar KeV, um die Coulomb-Barriere zu durchbrechen und eine Fusion zu ermöglichen. Aber ein paar KeV liegen immer noch weit über der Energie gewöhnlicher chemischer Reaktionen und weit über der Energie thermischer Bewegung, so dass bei gewöhnlichen Temperaturen, wenn die typische Wärmeenergie eines Moleküls etwa 1/30 eV beträgt, 3 KeV 100.000 mal größer ist, es ist einfach enorm. Es besteht keine Wahrscheinlichkeit, KeVs durch thermische Bewegung in einem einzelnen Teilchen zu erhalten.

Dennoch ist 3 KeV die Energie der Elektronen der inneren Schale, und die Dynamik der inneren Schale kann möglicherweise für die kalte Fusion verantwortlich sein – die No-Go-Argumente werden alle umgangen, wenn die inneren Schalen angeregt werden. Dies zeigt, dass die theoretischen Standardargumente gegen die kalte Fusion nicht gut sind, aber es erklärt die kalte Fusion nicht an sich.

Es gibt eine Handvoll Strahlexperimente, bei denen Menschen einen Deuteronenstrahl mit Energien von 1-20 KeV in ein deuteriertes Metall strahlen und nach Fusionssignaturen suchen. Diese Experimente sind bemerkenswert, weil es unerklärliche Verbesserungen in der Fusionsrate bei niedrigen Strahlenergien gibt, um einen Faktor von etwa 3 oder so (nicht so groß für Standards der kalten Fusion). Der tatsächlich gemessene Strahlquerschnitt für heiße Fusion ist immer noch zu klein, um für kalte Fusion verantwortlich zu sein, aber kalte Fusion kann sowieso keine heiße Fusion sein, oder Pons und Fleischmann wären an dem Neutronenfluss gestorben.

Bei der Kalten Fusion besteht das größte Rätsel darin, wie man Alphateilchen ohne Neutronenemission ausgibt. Da dieser Prozess den Impuls verletzt, ist ein Zuschauerkörper, ein Zuschauerelektron oder ein Zuschauerkern erforderlich, um den Energieimpuls elektrostatisch aufzunehmen. Aber ein Zuschauerelektron hat eine kleine Ladung, und ein Zuschauerkern erfordert, dass sich die Fusionszwischenprodukte in der Nähe des Kerns befinden. Aber Größenordnungsschätzungen schließen das Ding nicht sofort aus, und irgendeine Idee muss funktionieren, weil die experimentellen Daten so überwältigend sind.

Ja, das stimmt ungefähr, und deshalb steht die Physikergemeinde der Kalten Fusion so skeptisch gegenüber. Es gibt einfach keine Möglichkeit, dass der elektrochemische oder Kristallgitterdruck diese Coulomb-Barriere überwinden und das Auftreten einer kalten Fusion ermöglichen könnte. Extrem hohe Temperaturen und Drücke sind für jede signifikante Fusion von Wasserstoff- oder Deuteriumkernen erforderlich.

Außergewöhnliche Behauptungen erfordern außergewöhnliche Beweise ... und sie sind noch nicht da.