Rubriigi toob sinuni  Sponsor

Külm tuumasüntees: seda ei tule ilmselt kunagi

NASA pilt päikesest

Energeetikas oodatakse 21. sajandilt palju muutusi, sest keskkonda saastav energiatootmine ja -tarbimine ei saa lihtsalt jätkuda. Aga homsele mõeldes tasub valmis olla ka selleks, et mõni unistus lihtsalt ei täitugi.

Kaks teadlast Martin Fleischmann ja Stanley Pons tegid 23. märtsil 1989 ajalugu. Täpsem oleks öelda, et ajalugu sai peaaegu tehtud. Praktikas justkui ei toimunudki midagi ja pole siiani toimunud. Külm tuumasüntees, cold fusion ehk päike katseklaasis on hoolimata aastakümneid kestnud lootusest täpselt sama kaugel kui toona 27 aastat tagasi – ei kusagil.

Tuumasüntees ja termotuumareaktsioon

Tuumasüntees on protsess, kus kergemad aatomituumad ühinevad raskemateks. Kõige konkreetsemad näited sellest protsessist on tähed, sealhulgas meie Päike, kus vesiniku tuumad ühinevad moodustades heeliumi tuumad. Selle protsessi käigus vabaneb meeletu hulk energiat, millest osa jõuab ka meieni soojuse ja valguse näol, tehes elu maal võimalikuks.

Päikesel toimuvat termotuumareaktsiooni on juba aastakümneid püütud Maal sedasi jäljendada, et see protsess oleks pika perioodi jooksul stabiilne ning toodaks rohkem energiat kui selle käigus hoidmisele kulub. Võimas energiaallikas, mille kütuseks oleks vesinik ja jäägiks vaid heelium, lahendaks suure osa energia- ning keskkonnaprobleemidest, millega tänapäeva maailm vastakuti seisab.

Hoolimata teadlaste ja inseneride pingutustest pole meil kasuteguriga termo­tuumasüntees veel õnnestunud. Maal on ehitatud võimsaid seadmeid, kus termotuumareaktsiooni läbi viia ja uurida, kuid teadlased pole suutnud selles protsessis vabanevat meeletut energiahulka sellisel viisil kontrollida, et sellest energia tootmisel ka reaalset kasu oleks.

Külma tuumasünteesi lubadus on, et seda on võimalik läbi viia toatemperatuuril – sellest ei eraldu meeletu hulk kuumust.

Maailm läks uudisest elevile

Unistus lihtsast tuumasünteesi reaktsioonist, mida oleks võimalik kontrollida ja pea igal pool läbi viia, oligi põhjus, miks maailm 23. märtsil 1989 Fleischmanni ja Ponsi pressikonverentsil nii elevil oli. Utah’i ülikooli teadlased näitasid midagi täiesti uskumatut – külma tuumasünteesi seadet, mis oli piisavalt lihtne, et iga vähegi pädev keemik oleks saanud selle reaktsiooni oma ülikoolis ise läbi viia.

Martin Fleischmann (vasakul) ja Stanley Pons (paremal)

Martin Fleischmann (vasakul) ja Stanley Pons (paremal).

Seade koosnes peamiselt laboriklaasist, milles oli raske vesi (nagu tavaline H2O aga vesiniku aatomid olid asendatud „raske vesiniku“ ehk deuteeriumiga), pallaadiumist elektrood (katood) ja plaatinast elektrood (anood). Raske vee sisse oli juhtivuse parandamiseks lisatud ka väike kogus liitiumdeuteroksiidi soola (nagu hüdroksiid, aga vesiniku aatomi asemel on deuteerium). Ühendades selle seadme elektroodid kuni paarisajaks tunniks vooluallikaga, kus on madal pinge, peaks eksperimentaator jõudma energia püha graalini – külma tuumasünteesini.

Teadlaste endi sõnul eraldusid nende seadmest neutronid ja kuumus – tuumasünteesi jäljed. Samuti väitsid nad, et katset tasuks korrata vaid väikeses mõõdus. Varasemalt oli suurem seade nende laboris õhku lennanud ja jätnud betoonpõrandasse suure augu. Kõik see oli ääretult põnev ja kogu maailm oli uudishimust kikivarvukil, nõudes näljaselt rohkem informatsiooni. Esimesed huvilised hakkasid seadme ehitamist katsetama juba enne, kui Fleischmanni ja Ponsi katse täpsed kirjeldused avalikuks tehti.

Teadus ja massimeedia

Terve see situatsioon oli teaduse kohta ääretult ebatavaline – toimusid pressikonverentsid ja selle katse vastu oli meeletu avalik huvi. Uudisest teavitati USA presidenti ja kongressilt oli hakatud juba taotlema 25 miljonit dollarit, et uuringutega jätkata.

Teadusmaailma kogemusega võin kinnitada, et see on täiesti ebatavaline. Isegi väga suurte ja oluliste avastuste juures ei hakata kohe kaasama massimeediat, vaid kontrollitakse saadud tulemused mitmeid kordi üle, viiakse läbi keerukamaid katseid, kirjutatakse detailsed teaduspublikatsioonid ja lastakse teistel teadlastel oma töö kriitilise pilguga üle vaadata. Alles siis on selge, kas uuel avastusel on ka mingit sisu. Selline protsess on muidugi ideaal – alati see nii ei käi ja soov olla esimene või oma avastusest raha teenida võib mõned selle protsessi osad vahele jätta.

Külma tuumasünteesi loos on Fleischmanni ja Ponsi kõrval oluline ka teadlane Steven Jones, kes viis Utah’i ülikooli lähedal asuvas Brigham Young’i ülikoolis läbi väga sarnast uurimistööd. Fakt, et Jones oli publitseerimisele lähemal kui Utah'i ülikooli teadlased, tekitas palju pingeid. Õhus olid võimalikud patendid ning suur hulk raha ja kuulsust. Teadlaste vahel tehtud täpsed kokkulepped pole kindlad, ent väidetavalt pidid mõlemad rühmad saatma oma tööd korraga 24. märtsil 1989. aastal FedEx’iga mainekasse teadusajakirja Nature.

Pinged kahe uurimisrühma vahel kasvasid ja märtsiks oli nendevaheline kommunikatsioon katkenud. Fleischmannile ja Ponsile avaldas järjest rohkem survet ka Utah'i ülikool sooviga patendid ja avastusega kaasnev tuntus endale saada. Selle surve põhjal otsustatigi päev enne kokkulepitud kuupäeva teadusartikli välja saatmise asemel hoopis pressikonverents korraldada.

Külma tuumasünteesi hullus

Tagantjärgi vaadates põhjustaski kogu külma tuumasünteesi vastuolu suuresti otsus korraldada pressikonverents. Fleischmanni ja Ponsi katse tulemused olid toored ning nad ei olnud neid jõudnud piisavalt kontrollida. Ka Jonesi tehtud uuringud rääkisid neile vastu. Tema nähtud neuronite tasemed oli mitukümmend korda madalamad ja eralduvat kuumust ei tuvastatud.

Ebatavalisest teadustamisest hoolimata oli teadusmaailm uuest avastusest kütkestatud. Kui Fleischmanni ja Ponsi seadme ning katsete kirjeldused avalikuks tehti, hakkasid teadlased neid igal pool maailmas järele proovima ning esialgu tundus, et külm tuumasüntees võibki eksisteerida. Texase A&M ülikool mõõtis eralduvat soojust, Georgia Tech ülikool aga eralduvaid neutroneid – informatsiooni tuli kõikjalt maailmast.

Texase A&M ülikoolis loodud külma tuumasünteesi seade.

Texase AM ülikoolis loodud külma tuumasünteesi seade. Foto: Ryan Somma / Flickr

Üsna pea hakkas aga kogu asi kokku vajuma. Georgia Tech ülikool oli teinud vea ja kasutanud neutronite tuvastamise seadet, mis andis kuumusele reageerides vale tulemuse. Texases läbi viidud uurimusel oli temperatuuri mõõtev katseseade valesti üles seatud ja nii edasi. Järk järgult kasvas ka nende teadlaste hulk, kes katset korrata ei suutnud. Kõigele lisaks selgus, et tegelikkuses polnudki Fleischmann ja Pons tuumareaktsiooni kõrvalprodukte tuvastanud.

Tartus keemiat õppinud Marek Strandberg meenutas Carl Sagani teose „Deemonitest vaevatud maailm“ eestikeelse tõlke järelsõnas, et ka Eestis viidi Fleischmanni ja Ponsi kuulsaid katseid läbi. Temagi sõnul ei tuvastatud katsetes ühtegi neutronit. „Ainult ühel korral märkasime teatud perioodi tagant neutronite jälgi, kuid nende põhjustajaks olid ilmselt üle instituudi lendavad Nõukogude pommilennukid Tartu lennuväljalt,“ kirjutas Strandberg.

Kas on veel lootust?

Hilisemate aastate jooksul pärast pressikonverentsi uuriti külma tuumasünteesi põhjalikult, kuid kahjuks tulemusteta. Enamik sellele suunatud teadusasutusi lõpetasid töö 90ndate alguses ja suur osa teadusmaailmast kandis külma tuumasünteesi võimalikkuse maha.

Hoolimata sellest on püsinud väike hulk teadlasi, kes selle võimalikusesse usub ning katsetega läbi aastate on jätkanud. Kuna külma tuumasünteesi nimi on rikutud, tehakse enamik uurimustööst kasutades terminit „madala energiaga tuumareaktsioonid“ (low-energy nuclear reactions). Suur osa nende tööst ei jõua aga kunagi kvaliteetsetesse teaduspublikatsioonidesse ning siiani puudub teoreetiline mudel, mis külma tuumasünteesi toimimist võimaldaks.

Kas kõik see tähendab siis seda, et külm tuumasüntees on täiesti välistatud? Nii kindlat seisukohta on teaduses väga keeruline võtta. On võimalik, et me avastame tulevikus viisi tuumasünteesi toatemperatuuril läbi viia, kuid see on väga ebatõenäoline. Jutud sellest, kuidas naftafirmad Fleischmannile ja Ponsile liiga tegid ning nende tulemused kinni mätsisid on aga juba päris vandenõuteoreetikute pärusmaa. Homseks valmis olles ei tasu külmale tuumasünteesile igatahes lootma jääda.

Avafoto: NASA/Goddard/SD

“Ole homseks valmis” on rubriik, kus me tutvustame kord nädalas uusi tehnoloogiaid, termineid või oskusi, mis lähemas tulevikus hakkavad meie elu mõjutama ning millega peaks igaüks kursis olema.