BUBORÉKFÚZIÓ: EGY TUDOMÁNYOS TRAGIKOMÉDIA MÁSODIK FELVONÁSA

BENCZE GYULA
Buborékfúzió: egy tudományos tragikomédia második felvonása?

Tizenhárom éve annak, hogy 1989. március 23-án Salt Lake Cityben, a Utah Egyetemen, a Henry B. Eyring Chemistry Building elõcsarnokában egy sajtótájékoztatóval kezdetét vette a „hidegfúziós” cirkusz, amelyen Martin Fleischmann és Stanely Pons, két elektrokémikus, bejelentette a világnak, hogy laboratóriumban, elektrolízis közben sikerült fúziós atommagreakciót létrehozni. A szenzációs bejelentést követõ tragikomikus eseményeknek kiváló krónikása Gary Taubes, aki könyvében minden mozzanatot történeti hûséggel dokumentált [1]. A hírre akkoriban a hazai sajtó is élénken reagált (lásd pl. [2–3]).
A történet kimenetele ismert, a tudományos gyakorlatban szokatlan módon nyilvánosságra hozott “felfedezésrõl” kiderült, hogy reprodukálhatatlan. A két feltaláló hamarosan a tudomány perifériájára szorult; Fleischmann nyugdíjba vonult, Stanley Pons pedig kénytelen volt egyetemi katedrájáról lemondva, szakmai presztizsét elvesztve külföldre távozni. További sorsa már nem tartozik a tudományos közösségre. Az esemény azonban emlékezetes maradt, mint a “vudu” tudomány iskolapéldája [4].
Az elmúlt hetekben új szenzáció járta be a világot, ezúttal ultrahanggal létrehozott buborékképzõdés (akusztikus kavitáció) során véltek észlelni nukleáris részecskekibocsátást. A figyelemre méltó eredményrõl az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium (ORNL) kutatói számoltak be a Science tudományos magazinban [5]. Az ORNL elõzetes sajtótájékoztatója nyomán ismét szenzációt szimatolt a média, és a hír órák alatt bejárta a világot. A „buborékfúzió” névvel illetett felfedezésrõl a Népszabadság is beszámolt március 16-i számában [6]. A részleteknek azonban senki sem nézett utána.
Lássuk tehát, mirõl is van szó. Az alapjelenség az akusztikus kavitáció, azaz ultrahangos besugárzással létrehozott buborékképzõdés. Ha egy folyadékban buborékok alakulnak ki, és azokat megfelelõ frekvenciájú és intenzitású ultrahanggal besugározzák, méretük egy ideig növekszik, majd hirtelen összeroppan. Az összeroppanás folyamata alatt a buborék belsejében rendkívül nagy nyomás és magas hõmérséklet alakul ki, amely a gõzben jelen lévõ molekulákat gerjeszti. A molekulák fény kibocsátásával szabadulnak meg energiájuktól. Ha a buborék belsejében az energiasûrûség elegendõen nagy, a buborékok összeroppanását fényvillanások kísérik, amelyek hullámhossza az ultraibolya tartományba is eshet. Az akusztikus energia tehát speciális körülmények között fényenergiává alakulhat át, ezt a jelenséget nevezik szonolumineszcenciának (SL).
Elméletileg elképzelhetõ, hogy ha a buborékok energiasûrûsége egymilliószorosára megnövelhetõ, akkor a megnövekedett energia miatt atommagreakciók, köztük a hirdogén izotópjai között végbemenõ ún. fúziós megreakciók is létrejöhetnek. A buborékok energiasûrûsége akkor növelhetõ meg, ha sikerül a buborékok méretét még az összeroppanás elõtt rendkívüli mértékben megnövelni. A szenzációs bejelentés szerint [5] éppen ezt érték el az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium nukleáris mérnök kutatói a New York állambeli Troy város Renssealer Mûszaki Egyetemével és az Orosz Tudományos Akadémia Ufa városban mûködõ Mechanikai Intézetével együttmûködve.
Mielõtt a történetet tovább ismertetnénk, vessünk egy pillantást a fúziós reakciók magfizikai tulajdonságaira. A hidrogén atommagjának, a protonnak nehezebb izotópja a proton és neutron kötött állapota, a deuteron (d), valamint hármas tömegszámú izotópja, a trícium atommagja, a triton (t). Az energiatermelõ fúziós rekaciók közül a legfontosabbak a következõk:

D + T —> ⁴He + n, Q = 17,58 MeV
D + D —> ³He + n , Q = 3,32 MeV
D + D —> T + p, Q = 4,04 MeV

A reakcióknál megjelölt ún. Q-érték a reakció során felszabaduló energiát jelenti tömegközépponti rendszerben. Az elsõ reakció játszódik le a neutrongenerátorokban, amelyekben a két hidrogénizotóp ütköztetésével 14 MeV laboratóriumi energiájú neutronok keletkeznek; ezek nyalábja különféle célokra felhasználható.
A deuteron atommagok ütközésénél kétfajta, két fragmentumot létrehozó reakció lehetséges, az egyikben neutron a kirepülõ részecske, míg a másikban a proton kirepülése mellett trícium atommag jön létre. A kétféle reakció nagyjából azonos valószínûséggel játszódik le, vagyis ahogy mondani szokták, az elágazási arány egységnyi: az esetek felében neutron keletkezik, a másik felében trícium marad hátra. A tríciumról még annyit kell tudni, hogy radioaktív, és 12,5 év felezési, idõvel béta-bomlással (elektron kibocsátásával)³He atommagra bomlik el. Jelenléte tehát a bomlás során keletkezõ, igen alacsony energiájú elektronok detektálásával észlelhetõ.
Térjünk vissza most – a megértés szempontjából igen fontos – kitérõ után Taleyarkhan és társai szenzációsnak tartott kísérletére. A kísérletet a közönséges aceton (C₃H₆O) deuterált változatával végezték, azaz olyan vegyülettel, amelyben a hidrogén atommagokat kettes tömegszámú izotópjukkal helyettesítették (C₃D₆O). A kísérletben használt speciális aceton tisztasága 99,92% volt.

A kísérleti berendezés. Vihar egy pohár acetonban?

A deuterált acetont egy henger alakú edényben helyezték el, amelynek oldalára PZT – ólmot, cirkóniumot és titánt tartalmazó – anyagból készült gyûrût erõsítettek. Ez generálta a kísérletben használt 19,3 kHz frekvenciájú ultrahangokat. Az edényben elhelyezett folyadékot több órán át vákuumszivattyúval gázmentesítették, 0 ^oC-ra hûtötték, és egy pulzált üzemmódú neutrongenerátor 14 MeV energiájú neutronnyalábjával sugározták be, aminek hatására az anyagban apró buborékok sora keletkezett. A neutronnyaláb intenzitása 10⁶ neutron/másodperc volt. A neutroncsomagok beérkezéséhez megfelelõen idõzítve azután ultrahanggal sugározták be a buborékokkal teli folyadékot. Ennek hatására a buborékok növekedni kezdtek, majd kb. 1 mm átmérõnél sorra összeroppantak, miközben fényt és – a feltevés szerint – neutronokat, illetve protonokat sugároztak ki. A fényvillanásokat fotoelektronsokszorozó csõvel detektálták, a neutronok és gamma-sugárzás észlelésére plasztik/folyadék szcintillátort használtak ún. jelalak-diszkriminátorral. Ez a berendezés a beérkezõ részecske által keltett elektromos impulzus alakjának idõbeli lefutását vizsgálva dönti el, hogy az észlelt részecske neutron vagy gamma-foton volt-e. A folyadékban keletkezett trícium mennyiségét úgy határozták meg, hogy a folyadékból 1 cm³ mintát vettek, és a minta mért aktivitásából számolták vissza a trícium koncentrációját.
A kísérlet maga igen bonyolult feltételek mellett zajlott le, a többórás elõkészítés és gáztalanítás mellett a lehûtött deuterált acetont 7 és 12 órás kísérleti idõtartamok mellett vizsgálták a fentebb leírt detektorok segítségével. A mérések egyértelmûen trícium jelenlétét, valamint 2,5 MeV energiájú neutronok kisugárzását észlelték. A közönséges acetonnal (C₃H₆O) elvégzett kontrollkísérletek negatív eredményt adtak. Meg kell jegyezni, hogy magreakciók jelenlétét csak 0 ^oC-ra lehûtött folyadékban észlelték, a szobahõmérsékleten elvégzett kísérletek szintén negatív eredménnyel jártak.
A neutronok detektálásának becsült hatásfoka – a magfizikai mérések egyik legkényesebb része – ezrelék nagyságrendûnek adódótt. Ennek alapján a mérési eredmények szerint a kavitációs folyamat teljes idõtartama alatt nagyjából 4–8 · 10⁴ neutron/másodperc értéket lehetett detektálni a 2,5 MeV alatti energiatartományban, ami a d + d fúziós reakciókra utal. Érdekes megjegyezni, hogy a detektált neutronok száma egy nagyságrenddel kisebb volt, mint ami a tríciumkoncentráció mérése alapján várható lett volna, erre azonban a szerzõk nem adtak magyarázatot.
A szenzációs kísérleti eredmény természetesen nagy izgalmat váltott ki, fõleg a hozzá nem értõk körében. A sajtó hamarosan a korlátlan energiaforrás lehetõségét vetítette az olvasók elé, elfeledve a középiskolai fizikatanulmányokat, amelyek alapján könnyen ki lehetett számolni, hogy milyen hatásfokú ez az energiatermelés, amely 7–12 órás besugárzás alatt annyi neutront hozott létre, amennyit a felhasznált neutrongenerátor a másodperc tört része alatt sugárzott a kísérleti edénybe.
A hír természetesen felkeltette az ORNL kísérleti magfizikusainak figyelmét is, akik a felfedezõk segítségével, azok eredeti berendezéseinek felhasználásával megismételték a kísérletet, ezúttal azonban korszerû magfizikai méréstechnikát használva [7]. A neutrondetektort egy 5,7 literes folyadékszcintillátorral helyettesítették, valamint jóval korszerûbb elektronikával és számítástechnikával felfegyverkezve mérték a szonolumineszcencia által okozott felvillanások és a neutronok detektálása közötti koincidenciát. A magfizikusok által precíz módon megismételt kísérlet arra az eredményre jutott, hogy a mért koincidenciák száma megegyezett a számolt véletlen koincidenciák számával, azaz nem találtak szignifikáns neutronkisugárzást a 2,5 MeV körüli energiatartományban. A megismételt mérés azt is megállapította, hogy a mért tríciumkoncentráció magyarázatához legalább három nagyságrenddel (!) több neutronnak kellett volna keletkeznie. Shapira és Saltmarsh eredményeivel a kísérletet végzõ csoport természetesen szembeszállt egy nem közölt cikkben, amely egyelõre csak az Internetrõl tölthetõ le [8].
Idõközben Taleyarkhan és csoportja megkísérelte eredményeit szakfolyóiratokban publikálni, azonban elutasításra talált. Így jutottak el végül a Science magazinhoz, amely egy minden tudományágat lefedõ, átalános témakörû folyóirat. Itt a névtelen bírálók – akik közül a szonolumineszcenciával foglalkozó Lawrence Crum, a Washington Egyetem (Seattle) kutatója nyilvánosságra hozta személyazonosságát – elfogadták közlésre a cikket. Tekintettel a megismételt és ellentétes eredményre vezetõ kísérletre [7] , valamint a hidegfúzió által kiváltott rossz emlékû cirkuszra, Lee Riedinger, az ORNL tudományos igazgatóhelyettese és mások is igyekeztek rávenni a Science fõszerkesztõjét, hogy a “buborékfúziós” cikk megjelenését addig késleltesse, amíg annak eredményeit független kísérletek meg nem erõsítik. Don Kennedy, a Science állítólagos orvos-biológus szakterületû fõszerkesztõje ingerülten fogadta az általa illetéktelen beavatkozásnak minõsülõ kérést: “Ez a beavatkozás feldühített, és nagyon mérges vagyok, ha egyesek azt hiszik, hogy joguk van abba beleszólni, mit publikálunk és mit nem” [9]. Felháborodásának egy külön szerkesztõi levélben adott hangot a Science ugyanazon számában, amelyben az ominózus cikk megjelent [10]. Érdemes a tudós fõszerkesztõ néhány meglepõ sorát szó szerint idézni: “Szükségtelen megemlíteni, hogy mi nem publikálhatunk úgy cikkeket, hogy garantáljuk, minden eredményük helyes. Nem vagyunk annyira okosak. Ezért fel vagyunk készülve arra, hogy alkalmanként csalódás ér, mert megítélésünk és bírálóink ítélete téves volt, a provokatív eredményt nem sikerül teljes mértékben megerõsíteni. De mi meg vagyunk gyõzõdve arról, hogy a publikálás a helyes választás, még akkor is – és talán akkor leginkább – ha a közlemény ellentmondásos.”
Robert (Bob) Park, a Voodoo Science szerzõje [4], a Marylandi Egyetem elméleti fizika professzora, az Amerikai Fizikai Társulat (APS) honlapján What`s News címû rovatában rendszeresen kikel a tudománytalan nézetek, a rossz tudomány és az áltudományok ellen. Park már március 1-jén figyelmeztetett [11]: „Bár kiemelkedõ fizikusok, akik féltek a 13 évvel ezelõtti «hidegfúziós» fiaskó megismétlõdésétõl, óvtak a cikk publikálásától, a szerkesztõ nemcsak leközölte a cikket, hanem mindezt fanfárok harsogása közepette, az eseményt a címoldalon népszerûsítve tette. Talán a Science magazin megirigyelte a «Végtelen Energia magazin» nagy olvasótáborát.”
Ami a vita további sorsát illeti, Bob Park, a vudu tudomány szakértõjeként is figyelemmel kíséri az eseményeket [12]: „Az elsõ figyelmeztetõ jel, hogy egy tudományos állítás vudu tudomány, ha elõször a médiával közlik. Ez nem történt meg Taleyarkhan és kollégái buborékfúziós cikkével. A szerzõk tisztességgel végigjárták a publikálás procedúráját. Úgy tûnt, hogy a Science magazin kezdte el szenzációként népszerûsíteni a cikket. Egy év alatt a cikk különbözõ változatai 13-14 bíráló kezén mentek keresztül, ami nem túlságosan bizalomgerjesztõ. Sok bíráló a közlés ellen döntött, néhányan pedig azt kifogásolták, hogy a Science nem informálta õket arról, hogy Shapira és Saltmarsh nem járt sikerrel az állítások megerõsítésében. A vudu tudomány másik jele, ha a megerõsítés hiányát az érintett szerzõk az «intézmény» összeesküvésének tulajdonítják. A Business Week egy cikke szerint a Taleyarkhan-cikk egyik szerzõje «kiszivárogtatta», hogy Shapira és Saltmarsh «a fúziós intézmény (lobbi)» érdekeit védik.”
Akármi lesz is a vita vége, érvényes a régi mondás: “Aki nem tud arabusul, ne beszéljen arabusul”, más szóval, pragmatikus dolog, ha a magfizikai kérdésekkel a magfizikusok foglalkoznak. Erre tanít Pons és Fleischmann 13 éve bemutatott tragikomédiája.

IRODALOM
[1] Gary Taubes, Bad Science, The Short Life and Weird Times of Cold Fusion, Random House, New York, 1993.
[2] Élet és Tudomány, Fúzió – szobahõmérsékleten? 1989. IV. 21. 485. o.
[3] Bencze Gyula, Élet és Tudomány, 1989.
[4] Robert Park, Voodoo Science, Oxford University Press, 2000.
[5] R.P. Taleyarkhan, C.D. West, J.S. Cho, R.T. Lahey Jr., R.I.Nigmatulin, R.C. Block, Evidence for Nuclear Emissions During Acoustic Cavitation, Science, vol. 295, 2002. március 8. 1868–1873. o.
[6] Jéki László, Szétpattan-e a fúzióbuborék?, Népszabadság, 2002. március 16.
[7] D. Shapira, M.J. Saltmarsh, Comments on Reported Nuclear Emissions During Acoustic Cavitation, https://www.ornl.gov/slsite/SLan5av2.pdf
[8] R.P. Taleyarkhan, R.C. Block. C.D. West, R.T. Lahey Jr., Comments on the Shapira and Saltmarsh Report, https://www.rpi.edu/~laheyr/SciencePaper.pdf
[9] Charles Seife, “Bubble Fusion” Paper Generates a Tempest in a Beaker, Science, vol. 295, 2002. március 8. 1808–1809. o.
[10] Donald Kennedy, To Publish or Not to Publish, Science, vol. 295, 2002. március 8. 1793. o.
[11] Bubble Fusion: A Collective Groan Can Be Heard, https://www.aps.org/WN/WN02/wn030102.html#1
[12] Bubble Fusion: It`s Nothing Like the Cold Fusion Fiasco,https://www.aps.org/WN/WN02/wn031502.html#2

Természet Világa, 133. évfolyam, 5. szám, 2002. május
https://www.chemonet.hu/TermVil/
https://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/

Vissza a tartalomjegyzékhez