Fusione nucleare fredda

La fusione nucleare fredda, detta comunemente fusione fredda (in inglese "Cold Fusion" (CF), "Low Energy Nuclear Reactions" (LENR) o "Chemically Assisted Nuclear Reactions" (CANR) ), è un nome generico attribuito a reazioni di fusione nucleare che avvengono a temperatura relativamente bassa, invece che ai milioni di kelvin normalmente necessari.

Come funziona

Così come per la fusione termonucleare (fusione calda), anche per la fusione fredda è necessario avvicinare i nuclei di deuterio e trizio a distanze tali da vincere la forza coulombiana di repulsione dei nuclei, carichi positivamente, e quindi poter permettere le reazioni di fusione. Mentre però nella fusione calda questa energia viene fornita dal calore di una miscela gassosa portata ad altissima temperatura (plasma), nella fusione fredda tali reazioni vengono accelerate dai cosiddetti catalizzatori ed avvengono a temperature e a pressioni relativamente basse.

A seconda del tipo di catalisi utilizzata, si parla di fusione fredda prodotta tramite "confinamento muonico", "confinamento chimico", o "fenomeni collettivi":

• confinamento muonico: il muone è in grado di far avvicinare i nuclei di deuterio e trizio a temperatura ambiente e pressione atmosferica; purtroppo però la vita del muone è molto breve e ad oggi non si è ancora in grado di fargli catalizzare un numero sufficiente di reazioni prima che "muoia", tali da rendere il suo utilizzo conveniente dal punto di vista energetico;
• confinamento chimico: questo tipo di confinamento, che è quello utilizzato anche da Fleischmann e Pons nella loro cella elettrolitica, consiste nell'utilizzare la proprietà del palladio (o di altri catalizzatori) di impregnarsi di idrogeno e dei suoi isotopi, formando deuteruro oppure idruro di palladio.
• fenomeni collettivi: sono state proposte teorie in cui il deuterio riuscirebbe a superare la repulsione elettrostatica grazie alla schermatura degli atomi del reticolo di palladio. In questo modo, due nuclei di deuterio formerebbero un composto simile alla coppia di Cooper nella superconduttività, avvicinando quindi la fusione fredda ai fenomeni collettivi tipici della teoria dei sistemi a molti corpi, come il Condensato di Bose - Einstein, l'elio superfluido, e la superconduttività appunto. Un problema di questa interpretazione è che i fenomeni collettivi nei solidi si riscontrano generalmente a temperature prossime allo zero assoluto.

Immergendo in una soluzione liquida a base di deuterio due elettrodi (uno di palladio e l'altro di platino) e fornendo energia elettrica, si ha il passaggio di una corrente attraverso la soluzione elettrolitica che dà origine a elio, trizio, neutroni, raggi gamma e raggi X. Si registra inoltre la produzione di una quantità di calore maggiore dell'energia fornita attraverso la batteria che alimenta la cella. Ciò sarebbe dovuto alla fusione dei nuclei degli atomi di deuterio, grazie alle proprietà catalizzatrici del palladio.

Riproducibilità

Una della caratteristiche che hanno creato fin da subito perplessità nella comunità scientifica (nonché accese polemiche) è la scarsa riproducibilità dei risultati: delle centinaia di tentativi di replicazione effettuati negli ultimi quindici anni, la grande parte non ha dato esito positivo. Il che ha gettato discredito sull'argomento nonostante alcune decine di esperimenti condotti con metodologie del tutto differenti e da parte di gruppi indipendenti abbiano mostrato una produzione di calore in eccesso.

I ricercatori nel campo della fusione fredda avanzano una spiegazione per questa difficoltà: sostengono che i dati sperimentali mostrano che il fenomeno, per prodursi, necessita di un "rapporto di caricamento" di deuterio nella matrice di palladio estremamente elevato e difficilissimo da mantenere. In tutti gli esperimenti riusciti, il rapporto (atomi di idrogeno pesante) / (atomi di Pd) al momento della produzione anomala di calore era uguale o superiore a 0,95.

Raggiungere un tale rapporto non solo è molto difficoltoso ma produce anche gravi stress nella struttura del metallo e, in generale, lo danneggia al punto da far ricadere ben presto la concentrazione al di sotto di quel livello. Finché non verrà trovata una tecnologia efficace per mantenere il rapporto di caricamento a livelli utili, i successi resteranno dunque del tutto sporadici.

Ulteriori informazioni su questa teoria sono reperibili in un articolo pubblicato dall'università cinese di Tsinghua e firmato da alcuni appartenenti ai gruppi di ricerca italiani sulla fusione fredda.

Altri gruppi hanno osservato la correlazione tra la produzione di trizio e il caricamento oltre lo 0,9 del palladio. Va anche notato che l'autore di quest'ultimo articolo, nonostante ciò, si dichiara contrario all'ipotesi della fusione data l'assenza di flusso neutronico generato da quella che lui definisce "la reazione sconosciuta", ossia quella che produrrebbe il trizio. Molti ricercatori impegnati nella fusione fredda contestano quest'ultima affermazione ma la conferma indipendente del risultato sul trizio da parte di uno sperimentatore scettico risulta ugualmente molto importante.

Storia

Primi lavori

L'idea che il palladio o il titanio potessero catalizzare la fusione sorge dalla speciale abilità di questi metalli di assorbire grandi quantità di idrogeno (incluso il suo isotopo, il deuterio). Questa caratteristica venne scoperta già nel diciannovesimo secolo.

Nel 1926 due scienziati tedeschi, F. Paneth e K. Peters, riferirono della trasformazione dell'idrogeno in elio tramite una spontanea reazione nucleare quando l'idrogeno è assorbito nel palladio a temperatura ambiente. Questi autori ritrattarono in un secondo tempo il loro lavoro, dicendo che l'elio da loro misurato era dovuto all'interferenza dell'aria circostante.

Un anno più tardi, lo scienziato svedese J. Tandberg disse che aveva fuso l'idrogeno in elio in una cella elettrolitica con elettrodi di palladio. Sulla base di questo lavoro chiese un brevetto svedese: "un metodo che produce elio e utili reazioni energetiche". Dopo che il deuterio venne scoperto nel 1931, Tandberg continuò i suoi esperimenti con l'acqua pesante. A causa della ritrattazione di Paneth e Peters, la richiesta di brevetto di Tandberg venne alla fine rifiutata.

L'annuncio di Fleischmann e Pons

La fusione fredda divenne improvvisamente famosa il 23 marzo 1989 quando i chimici Martin Fleischmann dell'Università di Southampton in Inghilterra e Stanley Pons dell'Università dello Utah negli USA annunciarono alla stampa di essere riusciti a realizzarla.

La dichiarazione resa alla stampa il 10 marzo 1989 avvenne in un clima internazionale reso incandescente da disastri ambientali legati allo sfruttamento di energia: il disastro di Chernobyl il 26 aprile 1986, e, con una coincidenza che ha veramente dell'incredibile, il disastro della petroliera Exxon Valdez il 24 marzo 1989.

In aggiunta, la conferenza stampa fu rilasciata prima che apparisse una pubblicazione su rivista scientifica: un articolo breve comparve solo il 10 aprile, sul Journal of Electroanalytical Chemistry, ma era scritto in modo affrettato, e conteneva alcuni errori sulla misura dell'emissione di raggi gamma.

Fleischmann e Pons annunciarono di aver ottenuto energia in eccesso, che non poteva avere origini elettrochimiche, da una cella elettrolitica con due elettrodi (platino+ e palladio-) fondendo deuterio e ottenendo elio secondo la reazione:

²H + ²H → ³He (0.82 MeV) + n (2.45 MeV)

A conferma dell'avvenuta reazione nucleare, i due chimici portavano come prove le misure calorimetriche dell'energia rilasciata dalla reazione e le misure di irraggiamento neutronico, dovute ai neutroni ad alta energia rilasciati dalla reazione dei nuclei di deuterio.

Il 12 aprile Stanley Pons fece una presentazione trionfale dei risultati al congresso annuale della Società Americana di Chimica (ACS), mentre l'Università dello Utah chiedeva al Congresso degli Stati Uniti un finanziamento di 25 milioni di dollari per proseguire le ricerche. Su questa decisione non poteva non pesare la considerazione che, dopo il disastro ambientale della Exxon Valdez, il Congresso fosse ben disposto a finanziare ricerche sulla fusione fredda. Lo stesso Pons, al congresso della ACS, aveva dichiarato che la fusione fredda avrebbe fornito energia in eccesso con un dispositivo tascabile, se confrontato con gli apparati ben più complicati, necessari per la fusione nucleare "calda". Per questo motivo, Pons ricevette l'invito a incontrarsi con i rappresentanti del presidente Bush a inizio maggio.

Le controversie

Le polemiche cominciarono a montare alla successiva conferenza della Società Americana di Fisica (APS), il 1 maggio 1989, a Baltimora. Furono riportati i risultati di una collaborazione fra un gruppo dei Laboratori Nazionali di Brookhaven e l'Università di Yale, in cui, riproducendo il dispositivo utilizzato da Fleischmann e Pons, non si otteneva né energia in eccesso, né soprattutto produzione di neutroni. Simili risultati furono poi riportati anche da ricercatori dei Laboratori di Harwell, vicino a Oxford, nel Regno Unito.

In novembre, uno speciale gruppo di scienziati incaricati dal Dipartimento dell'Energia (DOE) statunitense si pronunciò in modo negativo sulla fusione fredda, mentre già alla fine del 1989 negli Stati Uniti la fusione fredda veniva identificata come un fenomeno di pseudoscienza. Negli anni '90 negli Stati Uniti la ricerca sulla fusione fredda fu pochissima, mentre cominciavano ad emergere gruppi in Europa e Asia. Nel luglio 1990 Fleischmann e Pons correggevano il loro articolo iniziale, con un ponderoso lavoro di oltre 50 pagine, in cui spiegavano i dettagli del loro esperimento. Cominciavano anche ad emergere i retroscena della vicenda del 1989: nel 1991 Eugene Mallove, che era capo redattore scientifico dell'ufficio stampa del MIT, ammise che l'importante relazione scritta dal Centro Ricerche sui Plasmi del MIT nel 1989, e che aveva avuto un'influenza non piccola nelle polemiche sulla fusione fredda, contenesse dei grafici in cui i dati erano stati modificati senza alcuna spiegazione. Secondo Mallove, questo avrebbe precluso qualsiasi tentativo di ottenere calore da dispositivi a fusione fredda al MIT, in modo da evitare possibili cali nei finanziamenti della fusione "calda".

Una voce ancora più autorevole fu quella del premio Nobel Julian Schwinger, che nel 1990 ammetteva che molte redazioni di riviste scientifiche si fossero adeguate alle pressioni negative degli ambienti accademici verso la fusione fredda.

Dopo le controversie

A posteriori, Fleischmann e Pons riconobbero alcuni errori nella misura dell'energia rilasciata dalla cella elettrolitica, e soprattutto nella misura del flusso di neutroni che sarebbero stati prodotti dalla reazione; tuttavia non smentirono mai di avere misurato una contaminazione di elio degli elettrodi, il che era una prova forte dell'avvenuta reazione nucleare. La natura nucleare di quest'energia fu confermata successivamente, nel 2002 anche dai laboratori italiani dell'ENEA.

A distanza di quasi vent'anni dall'episodio, come ha indicato il premio Nobel Carlo Rubbia in un convegno nel 2000 in ricordo di Giuliano Preparata, si può affermare che la fusione fredda sia stata presentata nel 1989 in modo affrettato, creando eccessive aspettative: ciò fu in parte dovuto al fatto che Fleischmann e Pons erano chimici, e non avevano diretta esperienza del tipo di misure necessarie per provare che un'effettiva reazione di fusione fosse avvenuta.

I risultati negativi successivi (che spesso nella scienza seguono all'entusiasmo iniziale) diedero però fiato negli Stati Uniti ad una reazione accademica che fu più simile ad un'azione di censura che non ad una legittima critica scientifica ai risultati.

Le ricerche attuali

La fusione fredda continua ad essere oggetto di ricerca in alcuni Paesi, tra cui l'Italia. Il gruppo italiano Antonella De Ninno, guidato dal professor Francesco Scaramuzzi, ha realizzato presso l'ENEA di Frascati un esperimento utilizzando il titanio al posto del palladio e dimostrando che quando il titanio assorbe gas deuterio a bassa temperatura si verifica un surplus di energia e sono emessi neutroni. Lo stesso gruppo di ricercatori ha dimostrato, tramite un successivo esperimento, la produzione di elio 4 dalla cella elettrolitica costituita da un catodo di palladio e da un anodo di platino immersi in acqua pesante. Secondo il sito Internet dell'ENEA, dal febbraio 2003 il progetto è stato accantonato in quanto non sono stati stanziati nuovi fondi per il suo sviluppo.

Nel febbraio del 2002, un laboratorio della marina degli Stati Uniti rilasciò un lavoro nel quale veniva confermato il fenomeno della fusione fredda come fatto reale.

Dal 2005 viene finanziato dallo Stato italiano un gruppo di ricercatori dell'ENEA, guidato da Vittorio Violante, che ha ottenuto dei risultati preliminari considerati interessanti.

In generale, comunque, gran parte della comunità scientifica internazionale ha accolto con scetticismo e sfiducia i risultati sperimentali, risultati che hanno anche suscitato notevoli polemiche. L'argomento principale a discredito della fusione fredda è quello secondo cui in essa si producono un numero di particelle nucleari troppo basso per poter giustificare il calore prodotto. Inoltre esistono ancora numerose controversie (di tipo teorico) sulla natura e sui meccanismi della fusione fredda.

Conferenze internazionali

Dal 1989 ad oggi si sono tenute una serie di conferenze internazionali col titolo di ICCF (International Conference on Cold Fusion) nelle quali non si è parlato soltanto di fusione fredda in senso stretto ma anche di nuove energie.

1. Salt Lake City, marzo 1990
2. Como, Villa Olmo, giugno-luglio 1991
3. Nagoya, ottobre 1992
4. Hawaii, dicembre 1993
5. Monte Carlo, aprile 1995
6. Sapporo, ottobre 1996
7. Vancouver, aprile 1998
8. Lerici, maggio 2000
9. Pechino, maggio 2002
10. Cambridge (USA), agosto 2003
11. Marsiglia, novembre 2004
12. Yokohama, novembre 2005
13. Mosca, giugno 2007

Lo studio della fusione fredda in Italia

Fin dal suo annucio, la Fusione Fredda in Italia, è stata studiata da vari gruppi di lavoro ed industrie.

1989-2000 Il lavoro di Giuliano Preparata

Uno dei principali protagonisti di tali studi, negli anni che vanno dal 1989 al 2000, annno della sua morte, è stato il Prof. Giuliano Preparata, docente di Fisica Nucleare all'Università di Milano, il quale oltre a studiare il fenomeno e a promuovere varie attività di ricerca; in questa attività ha anche formulato una sua propria teoria fisica del fenomeno basata sull'elettrodinamica quantistica (QED) nella materia condensata.

2001-2002 Il Rapporto quarantuno

Antefatto

Nel 2001, il Nobel Carlo Rubbia, allora presidente dell'ENEA, essendo a conoscenza di una serie di lavori sulla Fusione Fredda svolti nei precedenti anni presso lo stesso ente ed essendo anche a conoscenza delle varie critiche che provengono dal mondo scientifico che mettono in dubbio la realtà stessa del fenomeno, quindi decide di commissionare un esperimento ad un gruppo di ricercatori fra cui il Prof. Emilio Del Giudice, Antonella De Ninno e Antonio Frattolillo.
L'esperimento è organizzato in modo da rilevare se vi fosse una diretta correlazione tra la produzione di Elio-4 e gli eventuali eccessi di calore osservati durante il funzionamento delle celle a Fusione Fredda. Se tale correlazione fosse stata evidente, questo avrebbe dato un grosso contributo alla interpretazione della origine nucleare di tali eccessi, anche se non avrebbe potuto dare una completa spiegazione fisica del fenomeno.

Nel 2002, dopo circa un anno di test, il gruppo di lavoro capitanato da Antonella De Ninno, termina il proprio lavoro, rilasciando il Rapporto Tecnico ENEA RT2002/41/FUS noto come Rapporto 41 che conferma la correlazione tra la produzione Elio-4 ed eccesso di calore.

Per gli autori del rapporto, come di prassi durante una indagine scientifica che ha dato presumibili esiti positivi, risulta evidente l'importanza di una sua rapida pubblicazione attraverso le riviste scientifiche di settore in modo da permettere, ad altri gruppi di ricerca di confutare o confermare i risultati pubblicati.

Il documentario di Rainews24

Il rapporto, per vari motivi, non verrà pubblicato sulle principali riviste di settore, come ad esempio [Science].
Successivamente il gruppo di Antonella Del Ninno richiede un ulteriore finanziamento per portare avanti il lavoro, ma da parte di ENEA non vi sarà nessuna risposta; poi le successive dimissioni di Carlo Rubbia dalla presidenza di ENEA mettono la parola fine alla questione.

Successivamente a tali avvenimenti, il 19 Ottobre 2006 Rainews24 a cura del giornalista Angelo Saso, manda in onda un'inchiesta sul documento ENEA chiamato Rapporto 41. L'inchiesta inizia con la lettura della lettera che l'elettrochimico Martin Fleischmann il 10 Aprile 2002 invia a Carlo Rubbia:

Caro professor Rubbia, sono molto lieto che il programma di ricerca intrapreso da Giuliano Preparata abbia conseguito il suo scopo ... I risultati ottenuti dai ricercatori italiani sono veramente impressionanti, e non esagero.

L'inchiesta poi si sviluppa sul fatto che il Rapporto 41, nonostante i nomi dei ricercatori coinvolti e sulla presumibile qualità della ricerca effettuata, non riesce ad essere pubblicato sulle riviste scientifiche di settore, per dimostrare questa tesi, vengono riportate varie considerazioni, tra le quali:

Nell'estate del 2002 il Rapporto 41 fu inviato a diverse riviste scientifiche. Le prime due furono le statunitensi Science e Nature, quelle che "hanno un impact factor piu' alto", come si dice. Nel senso che una pubblicazione su queste riviste "vale" molto di più per la carriera scientifica di un ricercatore. "Nel giro di qualche giorno - ricorda Antonella De Ninno - a stretto giro di posta elettronica, Science ha risposto che non avevano spazio per pubblicare questo lavoro.
Non sono entrati nel merito, non ci hanno neanche consentito l'accesso al processo di review, che si usa di solito nel mondo scientifico, per cui un lavoro viene mandato ad altri colleghi che ne valutano l'attendibilità ed eventualmente chiedono chiarimenti.
In questo caso siamo stati espulsi subito. Ci hanno detto che non c'era spazio, motivi editoriali". "Questa fu la risposta di Science", aggiunge Emilio Del Giudice. "Altri fecero delle osservazioni piuttosto peregrine.
Per esempio uno dice: "Come è possibile raggiungere temperature così elevate sott'acqua, nell'acqua della cella elettrolitica" ?. Evidentemente questo signore non sapeva che esistono i vulcani sottomarini, o che è possibile fare le saldature sott'acqua se c'è una sorgente di energia sufficiente..."

Testimonianze riportate nella inchiesta di Angelo Sasso fatte dai ricercatori che hanno partecipato alla ricerca a cui il Rapporto 41 fa riferimento:

Antonella De Ninno:

Dopo Nature abbiamo provato con altre quattro riviste, però devo dire che non siamo riusciti ad avere un processo di revisione convenzionale, in particolare sulla misura dell'elio non abbiamo raccolto una sola obiezione in cinque riviste.

Antonio Frattolillo:

L'obiettivo era quello di fare un esperimento che fosse talmente pulito, dal punto di vista della procedura sperimentale, da riuscire a bucare quel muro di diffidenza che la comunità scientifica ufficiale aveva verso tutto ciò che riguardava la fusione fredda. Alla fine però non ha bucato. Non siamo mai riusciti neanche a pubblicare il lavoro. Addirittura una delle riviste che abbiamo contattato ci ha risposto che dal momento che questo lavoro riguardava la fusione fredda - che era già stata dimostrata essere falsa - la pubblicazione non era possibile

Emilio Del Giudice:

Scherzosamente, quando era tra amici, Giuliano Preparata chiamava Nature "'a Pravda". E questo perché Nature si è assunta il compito di fornire non solo informazione scientifica ma anche ideologia scientifica. Loro dicono: "siccome il fenomeno non è possibile noi non pubblichiamo".
Non so se si tratti di un atteggiamento aristotelico. È un atteggiamento che contraddice con quanto Shakespeare fa dire a Polonio, quando dice "non devi essere né un credente né un miscredente". Uno scienziato non deve avere preconcetti. Né positivi né negativi".

27 Aprile 2006

La Soc. Pirelli firma un accordo con ENEA per seguire studi di ricerca in varie tecnologie, tre le quali la Fusione Fredda.

Il 27 Aprile 2006, Pirelli Labs, il centro di tecnologico di eccellenza del gruppo Pirelli, e l'ENEA, Ente per Le Nuove Tecnologie, l'Energia e l'Ambiente, lanciano tre progetti di ricerca avanzata nel campo delle energie rinnovabili con sviluppo sostenibile all'interno dell'insieme di un accordo specifico di 5 anni. Il primo progetto di ricerca lanciato è rivolto alle celle fotovoltaiche a concentrazione, una nuove generazione di sensori per il controllo ambientale e, finalmente , studi fondamentali nel campo della fusione fredda.

2007

Vittorio Violante dell'ENEA di Frascati, insieme a vari collaboratori ed ad alcuni istituti di ricerca internazionali, pubblicano un lavoro dal titolo: Joint Scientific Advances in Condensed Matter Nuclear Science che riporta i risultati di un esperimento svoltosi all'interno di più laboratori tra il 2006 ed il 2007, al fine di dimostrare l'affidabilità di un particolare metodo di caricamento del palladio, studiato da Vittorio Violante dell'ENEA. Nella pubblicazione viene dichiarato che tale metodo permette di avere un eccesso di produzione di calore piuttosto elevato, con una riproducibilità media del 70% (65% per gli esperimenti svolti presso l'ENEA di Frascati e 75% presso l'SRI a Menlo Park, USA.). Il lavoro viene pubblicato all'interno dell' 8° International Workshop on Anomalies in Hydrogen / Deuterium Loaded Metals svoltosi a Catania dal 13 al 18 Ottobre del 2007.

Bibliografia

• Rapporto Sulla Fusione Fredda Steven B. Krivit e Nadine Winocur, Psy.D., Traduzione italiana a cura di Antonella De Ninno, Antonio Frattolillo, Antonietta Rizzo
• Production of excess enthalpy in the electrolysis of D2O on Pd cathodes E. Del Giudice*, A. De Ninno, A. Frattolillo, M. Porcu, A. Rizzo (http://www.frascati.enea.it/nhe/De%20Ninno%20contributo%20ICCF9-web.htm )
• Volume 1: A Decade of Research at Navy Laboratories, Technical report 1862 - February 2002 - San Diego, CA (http://www.nosc.mil/sti/publications/pubs/tr/1862/tr1862-vol1.pdf )
• Roberto Germano, "Fusione Fredda. Moderna Storia d'inquisizione e d'alchimia", Bibliopolis, Edizioni di Filosofia e Scienze
• Antonella del Ninno, Antonio Frattolillo, Antonietta Rizzo, Rapporto Tecnico ENEA RT2002/41/FUS ENEA, Unità Tecnico Scientifica Fusione, Centro Ricerche Frascati, Roma, 2002

Voci correlate

• Fusione nucleare
• Giuliano Preparata
• Sonoluminescenza

Collegamenti esterni

• (EN) New Energy Times Web site e e-zine
• (EN) Il rapporto 2004 del Dipartimento per l'Energia USA sulla fusione fredda ed alcune critiche formulate ad esso
• Centro Ricerche di Frascati - Nuova energia da Idrogeno
• Sito di ricerca italiana sulla fusione fredda e altre fonti di energia
• www.overunity.it contiene un'analisi sulla fusione fredda e altre fonti di energia correlate
• Spiegazione della fusione fredda
• Protocollo innovativo per l'ipercaricamento di catodi di Palladio con Idrogeno messo a punto all'INFN di Frascati
• Sito LENR-CANR: Reazioni Nucleari di Bassa Energia Indotte Chimicamente; con informazioni e links per ricerche di Fusione Fredda con libreria on-line di oltre 450 articoli completi (in inglese e altre 3 lingue)
• Rapporto 41, inchiesta di RaiNews 24 sulla situazione della ricerca sulla Fusione fredda
• Video Fusione Fredda ottenuta dall'Elettrolisi dell'Acqua