Quanta Magazine bu hafta başlığında sordu: Soğuk füzyonda başarısızlık ve sahtekârlıktan fazlası var mı? Yanıt evet — ve yetmiş yıldır aynı çekmecede duruyor.

1989'da çöken "soğuk füzyon" — Martin Fleischmann ile Stanley Pons, paladyum elektrotlar, makaleden önce basın toplantısı — bu hikâyenin konusu değil. Müon katalizli füzyon (μCF) başka bir hayvan: 1948'de Andrei Sakharov tarafından öngörüldü, 1950'lerin sonunda Luis Alvarez'in Berkeley'deki kabarcık odası deneylerinde ilk kez görüldü. Çalışıyor.

Mekanizma neredeyse küstahça basit. Müon ağır bir elektrondur: aynı yük, yaklaşık 207 kat kütle. Bir hidrojen molekülündeki elektronu müonla değiştirin, yörünge çöker — çekirdekler normal hidrojendekine göre kabaca 200 kat daha yakın oturur. O mesafede döteryum ve trityum çekirdekleri birbirinin içine tüneller ve oda sıcaklığında kaynaşır: plazma yok, lazer yok, yüz milyon derecelik kap yok.

Müon yakıt değil katalizördür: füzyondan sonra genellikle serbest kalır ve işe yeniden başlayabilir. Onu iki şey durdurur. Müon yaklaşık 2,2 mikrosaniyede bozunur; ayrıca zaman zaman reaksiyonun ürettiği helyum çekirdeğine yapışır — "alfa yapışması", döngülerin kabaca %0,7'si — ve kalıcı olarak devre dışı kalır. Enerji muhasebesi acımasızdır: bir D–T füzyonu 17,6 MeV verir, bir müon üretmek ise mertebe olarak 5 GeV ister; yani başabaş için müon başına 300 civarı füzyon gerekir. En iyi deneyler bunun yaklaşık yarısına ulaştı.

Bu da her şeyi oluşum hızına bağlar. Oluşum hızı ise kimsenin izlemediği bir basamaktan geçer: müonik molekülün bir rezonans durumundan geçmesi. Teoriler bu durumların önemli olduğunu öngörüyordu; deney, onların X-ışını imzasını sıradan müonik atomların çok daha parlak parıltısından ayıramıyordu ve teori ile ölçüm arasındaki uyuşmazlık onlarca yıl öylece durdu.

Bu nisan ayında Chubu Üniversitesi'nden Yuichi Toyama ve Shinji Okada'nın liderliğindeki, Tohoku'dan Takuma Yamashita ile Yasushi Kino'nun ve Kavli IPMU'dan Tadayuki Takahashi'nin yer aldığı ekip çözümü Science Advances'ta yayımladı. NIST'in geliştirdiği, üst üste binen X-ışını çizgilerini ayıracak çözünürlükteki süper iletken geçiş kenarı sensörü (TES) mikrokalorimetresiyle müonik moleküllerden ve müonik atomlardan gelen fotonları ayırdılar. Döteryum-döteryum müonik molekülünün (ddµ) rezonans durumları tek tek titreşim kuantum durumları düzeyinde göründü; popülasyon oranları varsayılmak yerine ölçüldü ve spektrum yüksek duyarlıklı hesaplamayla örtüştü.

Bu bir santral değil. Bir santralin tasarlanması için gereken ölçüm: reaksiyon hızı modelleri artık veriye uydurulmak yerine veriyle kalibre edilmiş durumda. Çalışma, μCF'yi pratik kullanım için finanse eden Japonya'nın Moonshot 10. Hedefi kapsamında.

Quanta'nın çerçevesi doğru olanı. Alan, planlanabilir herhangi bir takvimde enerji krizini çözmeyecek ve hâlâ müonun fiyatı ile yapışma sorunuyla sınırlı. Ama farklı ve başarısız bir iddiayla anılmak yüzünden gömülen bir araştırma programı, sessizce, bir şişenin içinde çalışan bir nükleer reaksiyonun kuantum durumu çözünürlüğünde ölçümlerini üretiyordu. Böyle bir şeye sahip olmak tuhaf ve faydalı.

Akılda tutulacak sayılar: elektron kütlesinin 207 katı; çekirdekler arası mesafenin ~1/200'ü; 2,2 mikrosaniye; ~%0,7 yapışma; dışarı 17,6 MeV, içeri ~5 GeV. Son ikisi arasındaki fark, alanın tamamı.

Kaynaklar