¿Existe un argumento teórico sólido en contra de las reacciones en cadena nucleares inducidas en el interior de la capa?

A menudo se afirma que la fusión fría está excluida teóricamente. El principal argumento teórico es que las energías electrónicas son demasiado bajas para superar la barrera de Coulomb, ya que la fusión dd solo tiene lugar a energías KeV, mientras que la química es a energías eV.

Esto se contradice con las capas internas, que en el paladio almacenan 3 o 20 KeV de energía por electrón expulsado, dependiendo de si se excita la primera o la segunda capa. Estas vacantes de capa interna pueden decaer por rayos X o absorbiendo un electrón en la vacante y expulsando simultáneamente un electrón diferente (este segundo proceso es electrostático). La sección eficaz para expulsar un deuterón con decenas de KeV en lugar de un electrón debería ser mayor, ya que el deuterio es más pesado. Así que creo que el metal deuterado con capas internas excitadas tiene deuterones KeV dando vueltas.

Si dos deuterones de KeV se fusionan con un alfa en un entorno denso, cerca de un núcleo o de un electrón, no sé por qué el proceso no puede terminar sin que se expulse un protón o un neutrón. Hay elementos de matriz electrostática que permiten que una resonancia alfa inestable decaiga al dar su energía a una partícula cargada cercana, en lugar de expulsar un constituyente.

Después de una fusión, el alfa resultante deja un rastro energético y las partículas cargadas dejan rastros de átomos con electrones expulsados ​​​​de la capa interna. Entonces, los agujeros de capa K producen deuterones rápidos, y la fusión en deuterones produce agujeros de capa K. No veo por qué esto no puede hacer una reacción en cadena.

He explicado esta idea antes. Me gustaría saber si alguien conoce un argumento teórico sólido que lo descarte. ¿Se puede excluir teóricamente tal reacción en cadena en un Pd? No estoy preguntando si es probable, estoy preguntando si puede ser firmemente excluida teóricamente.

Anna v. pregunta cómo se inicia este proceso: requiere que una partícula cargada al azar pase a través del material deuterado, de la desintegración radiactiva ambiental espontánea o de un muón de rayos cósmicos. Las partículas cargadas producen agujeros de capa K.

Para aclarar mis sesgos: no puedo excluirlo. Independientemente de la calidad de los experimentos, no veo ningún argumento en contra de la fusión fría.

y ¿cómo se expulsan los electrones de la capa K de la capa k?
@annav: Por las partículas de carga rápida producidas en el proceso de fusión. Para iniciar el proceso, necesita un rayo cósmico, o una partícula cargada espontánea aleatoria producida por la radiactividad en el medio ambiente, para producir un agujero de capa interior, luego su autosuficiencia. Dije esto en la pregunta.
"y simultáneamente expulsando un electrón diferente (este segundo proceso es electrostático). La sección transversal para expulsar un deuterio con decenas de KeV en lugar de un electrón debería ser mayor, ya que el deuterio es más pesado". El deuterio es neutro, el deuterón (el ion) está cargado positivamente. ¿Por qué un deuterio neutro se involucraría en una eyección electrostática junto con la absorción del electrón en la capa k? Por lo que sé, los deuterio llenan dislocaciones en los cristales, son intersticiales.
@annav: Quise decir deuteron, lo arreglé hace un momento. Los deuterones llenan los intersticiales, los electrones simplemente se comparten. El proceso electrostático es siempre partícula por partícula, por lo que expulsa electrones/deuterones a energías de KeV, pero el espacio de fase para los deuterones es mayor por un factor de 50 (aunque hay más electrones que deuterones, también por un factor de aproximadamente 50) .
En ese caso, hay que calcular la densidad de deuterones y la probabilidad de encontrarse con otro deuterón para iniciar la cadena y sostenerla. Como la fusión es una interacción fuerte y los deuterones son intersticiales, es decir, a distancias electromagnéticas, supongo que hay órdenes de Falta magnitud.
@annav: ¿Puedes ver que faltan órdenes de magnitud? No puedo con certeza--- Utilicé la fusión de haz para estimar órdenes de magnitud, pero no sabes cómo funciona el proceso agujero-deuterón en detalle, por lo que todo se vuelve turbio. Puede excluir razonablemente la fusión ordinaria de tritio/He3 en dos órdenes de magnitud usando secciones transversales de haz a través de pd deuterado, pero esto siempre son niveles de trazas en los experimentos. No sé cómo excluir la transferencia coherente de d's/k-holes a través del material, o 2 d colisión + transferencia electrostática a un tercero, no encontré nada sobre la fusión de 3 cuerpos, o la capa interna d + salto de agujeros.
Algunas personas han invocado la estructura del cristal y el comportamiento del cristal completo para controlar esto. En el blog de rossi hay algunas referencias. Sé que los muones de alta energía atraviesan el eje del cristal sin pérdidas (se usa en propuestas para haces de muones), por lo que no es tan descabellado (experimentalmente). Sin embargo, uno tiene que profundizar en los comportamientos de los cristales.
@annav: Las personas que invocan la estructura cristalina para explicar la fusión se están aferrando a un clavo ardiendo. Nadie ha afirmado que son caparazones internos, esa es mi teoría personal. Quiero que alguien excluya este mecanismo, porque es la única explicación plausible que veo.
Bueno, podría ser una combinación. usted mismo está invocando la estructura
@annav: Estoy de acuerdo, quise decir que las teorías que no usan caparazones internos son comprensivas, pero tienes razón.
Estoy recibiendo el comentario del chat, sin embargo, usted lo está defendiendo porque lo ve como una forma de obtener energías de Kev. ¿No es posible que las excitaciones colectivas del cristal puedan suministrar esta energía Kev en la ubicación del deuterón por alguna casualidad para los cristales de paladio (o incluso de níquel como afirma Rossi)? Después de todo, están suministrando energía electromagnética de entrada.
@anna v: No, no es posible con certeza casi científica. Existe un argumento de entropía fácil de que el espacio de fase para que la alta energía se concentre en una partícula se suprime mediante exp(-\beta \Delta E), solo por sacar esta energía del entorno para hacerlo (reduciendo el espacio de fase) , y no hay forma de evitar esto --- necesitarías magia. Realmente no veo ninguna alternativa a las capas internas. En cuanto a Rossi, es casi seguro que está estafando, hizo una máquina vaporizadora, los pocos experimentos de Ni-H no son confiables en mi opinión, no se reproducen cuidadosamente como Pd/d.
Se me había escapado este comentario. Estoy hablando de mecánica cuántica en una red cristalina, no de termodinámica. después de todo, los cristales tienen baja entropía de todos modos. Me parece que este tipo de argumento desautorizaría el mar de fermi en los metales.

Respuestas (2)

Un aspecto aparentemente problemático del mecanismo propuesto es que supuestamente requiere dos deuterones calientes. (Por el contrario, la fisión U-235 requiere solo un neutrón).

¿Por qué es tan problemático? Si norte es el número de partículas de 20 keV (es decir, deuterones calientes, o agujeros de capa K, o alguna superposición de ellos), entonces esperamos algo como:

d norte / d t = A norte 2 − B norte

donde el coeficiente A > 0 Describe la fusión y B > 0 describe el enfriamiento en modos de menor energía.

Esto describe una reacción en cadena de muy mal comportamiento . Esta ecuación diferencial admite un crecimiento explosivo del número de deuterones calientes, y admite que desaparezca por completo muy fácilmente. No veo cómo podría respaldar una reacción que dura 50 horas, que es la supuesta observación en los experimentos de fusión en frío. (Puede objetar que se mueve de un punto caliente a otro dentro del electrodo, pero aun así, lo encuentro inverosímil. No esperaría puntos calientes locales; esperaría una región caliente de rápido crecimiento que se fusionaría ¡Casi todos los deuterones en todo el electrodo en un segundo! A menos que me equivoque...)

Una reacción U-235, donde no hay norte 2 término, es relativamente fácil de estabilizar. En teoría, todo lo que necesitas es un coeficiente de temperatura negativo. Pero incluso un coeficiente de temperatura negativo no lograría estabilizar este tipo de velocidad de reacción cuadrática (si no me equivoco).

No diré que esto refuta el mecanismo, pero diría que esto es algo que merece explicación y discusión.

También me pregunto si realmente necesitas la energía de dos agujeros de capa K, no solo uno , para superar la barrera de Coulomb. Si un agujero es suficiente, entonces el problema anterior no se aplica. Además, realmente no necesita preocuparse por la vida útil del deuterón caliente (el otro gran problema potencial con el mecanismo), porque tal vez el deuterón caliente no viaja alrededor de la red en absoluto. Tal vez haya un agujero de capa K y dos deuterones juntos en la red, y la energía del agujero simplemente empuja un deuterón dentro del otro. (La energía del agujero se convierte en energía potencial de Coulomb, no en energía cinética).

Nuevamente, no sé si 20keV es suficiente energía. Pero si lo fuera, eso haría la historia mucho más plausible en mi opinión. :-D

Ron me envió un correo electrónico. Resumen: un agujero de capa K es suficiente energía, pero los deuterones estarían demasiado lejos del núcleo Pd para que participe. Entonces, un electrón tendría que ser el tercer cuerpo en su lugar. Esto es posible, pero hay algunas razones para pensar que es menos probable. Sobre cinética y estabilidad: Dice que hay una serie de microexplosiones. Tal vez cada explosión se centre en una región de densidad D inusualmente alta (atraída por un potencial eléctrico bajo), y la reacción no puede engullir todo el electrodo porque la densidad D es más baja en otros lugares, debajo. B / A . Hay más discusión que estoy dejando de lado. :-PAGS

A menudo se afirma que la fusión fría está excluida teóricamente. El principal argumento teórico es que las energías electrónicas son demasiado bajas para superar la barrera de Coulomb, ya que la fusión dd solo tiene lugar a energías KeV, mientras que la química es a energías eV.

Esto se contradice con las capas internas, que en el paladio almacenan 3 o 20 KeV de energía por electrón expulsado.

Un electrón de la capa interna puede ser expulsado de un átomo mediante rayos X de alta energía (u otros procesos de alta energía). Esto no es particular del paladio, pero puede ocurrir con cualquier elemento. Si la fusión se produjera debido a la exposición del deuteruro de paladio a una fuente de alta energía, como los rayos X, para expulsar los electrones de la capa interna, esto no sería una fusión "fría", pero la verdadera pregunta es si la fusión puede tener lugar o no mediante el mecanismo descrito en la pregunta.

Es engañoso afirmar que "el paladio almacena de 3 a 20 KeV de energía por electrón expulsado". La vida útil del agujero de la capa interna que deja un electrón expulsado es de solo 1 femtosegundo (fuente: espectroscopia de sólidos a nivel del núcleo, página 11).

Estas vacantes de capa interna pueden decaer por rayos X o absorbiendo un electrón en la vacante y expulsando simultáneamente un electrón diferente (este segundo proceso es electrostático).

A medida que aumenta el número atómico, la descomposición a través de rayos X es cada vez más dominante. Para el paladio, la descomposición por emisión de rayos X y sin electrón es 5 veces más probable que por la expulsión de un electrón. El proceso de expulsar un electrón diferente no es exactamente electrostático. En cambio, un rayo X formado por la transición de un electrón de un nivel de energía más alto al nivel de energía más bajo del agujero (como 2p a 1s) a veces excita a otro electrón y hace que sea expulsado (como otro electrón 2p) (fuentes : Core Level Spectroscopy of Solids, página 13, Burhop y Asaad, Advances in Atomic and Molecular Physics, volumen 8, página 165).

La sección eficaz para expulsar un deuterón con decenas de KeV en lugar de un electrón debería ser mayor, ya que el deuterio es más pesado. Así que creo que el metal deuterado con capas internas excitadas tiene deuterones KeV dando vueltas.

Parece razonable que la energía de un fotón de rayos X pueda transferirse a un deuterón. Ver Eyección de protones de grupos de hidruros moleculares expuestos a fuertes pulsos de rayos X. Sin embargo, los rayos X formados por el agujero que se está llenando serían menos energéticos que los rayos X que formaron el agujero en primer lugar. Habría una mejor oportunidad de formar un deuterón energético a partir de los rayos X originales que crearon el agujero. Además, los deuterones en la red de paladio están obviamente fuera de las capas internas de los átomos de paladio. (Véase Nelin "A Neutron Diffration Study of Palladium Hydride" phys. stat. sol. (b) 45, 527 (1971) para la estructura). Los rayos X de la transición de llenado de agujeros tendrían que pasar a través de todos los electrones de la capa interna para alcanzar un deuterón.

En conclusión, si se pudiera enfocar suficiente energía de rayos X sobre un material que contiene deuterio, la fusión es posible (como lo hace Nation Ignition Facility con el enfoque láser para producir rayos X indirectamente) . Sin embargo, colocar deuterio en una red de paladio no ofrece ningún beneficio. El deuterio podría concentrarse más en otras formas, como el deuterio sólido. Invocar la transferencia de energía indirecta a través de fotones de rayos X del relleno de los agujeros de la cubierta interna no ofrece ningún beneficio sobre la transferencia directa de energía de los rayos X de alta energía necesarios para crear los agujeros en primer lugar.

Este es un argumento claro. 1) Una "objeción", se basa en probabilidades de dispersión, es decir, no hay cálculos ni datos específicos. 2) no tiene en cuenta la estructura reticular que puede tener efectos de mejora colectiva sobre las probabilidades. Por ejemplo, irrelevante para el tema, los muones pasan cristales sin dispersarse cuando están en la dirección del eje del cristal.
Un deuterón no puede simplemente absorber un rayo X y terminar con energía cinética adicional. Tal proceso no puede satisfacer la conservación de energía-momento. (Prueba: piénselo en el marco del centro de masa). Es por eso que su descripción de la emisión Auger ordinaria (primero se emite literalmente un rayo X, luego otro electrón lo absorbe) no puede ser correcta, incluso si encontró un libro que lo dice. El libro está mal, es electrostático. Si observa los documentos teóricos que calculan las velocidades y los cambios de Auger, encontrará que los especialistas están de acuerdo en que es electrostático.
En el mecanismo en discusión, los (supuestos) agujeros de la capa interna no son creados por rayos X sino por partículas cargadas rápidamente. En teoría, un alfa de 20 MeV podría crear cien deuterones de 20 keV chocando contra todos ellos casi de golpe, pero esto es extraordinariamente improbable. OTOH, si el alfa viaja a través de Pd, con bastante frecuencia puede crear cien agujeros en el caparazón interno. TAMBIÉN, supuestamente se trata de un proceso de fusión de tres cuerpos en el que el átomo de paladio es uno de los cuerpos. Entonces, en resumen, no sé cómo podrías decir que la red de paladio no está ayudando... ¡es crítica!
@SteveB "El libro está mal". Esta es la teoría estándar, no solo un libro. Además de la espectroscopia de sólidos a nivel central, véase Burhop y Asaad, "The Auger Effect", en Advances in Atomic and Molecular Physics, vol. 8, página 165: "un cuanto de rayos X producido en una transición radiativa de capa interna ordinaria que se dispersa por un electrón en una capa externa del mismo átomo, siendo expulsado el electrón en el proceso".
@SteveB "En el mecanismo en discusión, los (supuestos) agujeros de la capa interna no son creados por rayos X sino por partículas cargadas rápidamente" Los rayos X de alta energía son solo un ejemplo de cómo se pueden crear agujeros en la capa interna. Históricamente, así es como se descubrió el Efecto Auger. Pierre Auger aplicó rayos X de alta energía y observó los electrones del efecto Auger. Ciertamente, los agujeros pueden crearse mediante otros procesos de alta energía, como a través de un haz de electrones de alta energía.
Véase "The Theory of Auger Transitions" de Chattarji, p 16-19: "Físicamente, la perturbación que causa la transición [Auger] surge de la interacción de Coulomb entre electrones vecinos... Debemos señalar aquí otra razón para considerar la [Auger ] efecto para ser una transición sin radiación en lugar de un proceso de conversión..." etc. etc. La discusión es detallada y completa. (Por supuesto, la emisión Auger involucra fotones virtuales , como cualquier interacción electromagnética. Y hay correcciones de retardo, etc., es decir, no exactamente "electrostática". Pero no hay ningún fotón real involucrado).
@SteveB Gracias por señalar esa referencia. Sí, veo que Chattarji discute si el fotón es real o virtual a partir de la página 14, y se muestra a favor de que sea virtual.
@SteveB "los agujeros en la capa interna no se crean con rayos X sino con partículas cargadas rápidamente. Un alfa de 20 MeV...". Pero la pregunta en sí, la forma en que Ron editó la última parte en respuesta a Anna, dice "muón", no partícula alfa. Una partícula alfa no puede ni siquiera viajar un metro en el aire, alrededor de un cm por cada MeV. Creo que Ron estaba imaginando una partícula de radiación de fondo iniciando el proceso, pero no veo cómo podría ser una partícula alfa (a menos que coloques intencionalmente una fuente cerca del PdD).
@DavePhD: el muón es una semilla postulada ; la pregunta principal es sobre la reacción en cadena , no sobre la semilla. De hecho, se supone que la reacción en cadena involucra partículas alfa cargadas rápidamente, no rayos X. Se supone que la reacción en cadena de fusión ocurre en un aparato de mesa a temperatura ambiente, no en una instalación de miles de millones de dólares como NIF o ITER. (¿Has oído hablar de la fusión fría? Debes buscarlo si quieres entender la pregunta). De todos modos, por todo lo que has escrito, tengo la fuerte impresión de que no entiendes la pregunta. Deberías volver a leer la pregunta.
Por ejemplo, la pregunta afirma que la emisión de deuterones Auger es mucho más probable que la emisión de electrones Auger. Por lo tanto, el hecho de que la emisión de rayos X sea más probable que la emisión de electrones, como usted dice, no excluye la posibilidad de que la emisión de deuterones sea más probable que cualquiera de las dos. Tiene derecho a argumentar que la afirmación de la pregunta es incorrecta, pero no fue eso lo que hizo. Simplemente ignoraste la afirmación... como si ni siquiera hubieras leído la pregunta.
@SteveB Tienes razón, no abordé el aspecto de la propagación de la cadena, solo el inicio de la cadena. No considero que las partículas de energía Kev o Mev sean "frías". No imagino los rayos X como una alternativa a la eyección de electrones, protones o deuterones. Si un rayo X externo puede expulsar un electrón, ¿por qué no puede hacerlo un rayo X interno? ¿No hay un efecto de barrena radiativo y un efecto de barrena sin radiación?
¿Existe un argumento teórico sólido en contra de las reacciones en cadena nucleares inducidas en el interior de la capa?
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