Cold nuclear fusion and LENR: one thousand nine hundred and ninety-nine ways not to do them

The title takes up a quote by Thomas Edison (1847-1931) about his research for the realization of the light bulb and carries within it a superstitious and auspicious nuance: “I have not failed two thousand times in making a light bulb; I simply found nineteen hundred and ninety-nine ways on how a light bulb shouldn't be made”.

The experiments planned to establish the presence of cold fusion and LENR phenomena aim at identifying a positive energy imbalance in situations where electrical energy is converted into thermal energy (heat).

A great part of experiments, tests and demonstrations in this area are invalidated because they suffer from heavy criticism on the measurement methods. In some cases it is found that the measurements are made in extreme conditions, characterized by high uncertainty and possible misunderstandings or are based on at least questionable assumptions and hypotheses.

For this reason, it was chosen to be able to carry out both measurements with methods recognized as being easy to apply.

The injected electricity is supplied by a direct current power supply and the electrical power is determined by the product of the voltage by the current intensity. If the voltage and current intensity remain stable over time, the electrical input power will also remain constant.

The thermal energy produced is evaluated by measuring the temperature variation on a flow of water heated by the system.

The setup scheme used is shown in the figure below. Voltage and current intensity are given by the DC power supply, the temperature difference is measured with two type K thermocouples, the flow rate of water is established by weighing the collected output from the system for a certain period of time.

The recovery of thermal energy by means of a water flow provides a stable and reliable measure. The choice of limiting heat recovery to the rightmost portion of the setup (R) made it possible to simplify the equipment and to have a low volume of liquid in the heat exchange area so as to reduce the inertia of the system and obtain a more rapid response in temperature variation. Referring to the figure, it can be seen that some parts, such as wiring and any other intermediate electrical components (DR), do not contribute to the heating of the water and dissipate the heat directly into the environment. These heat losses have a penalizing effect on the recovery of thermal energy and the measurement obtained will therefore be conservative (lower than the real value).

For the research of cold fusion and LENR phenomena, the first step is to define the guiding principles that allow orienting in experiment design.

The starting idea is that hydrogen is one of the protagonists in these phenomena. This element occurs in three isotopic forms. The vast majority of natural hydrogen is the isotope in which the nucleus consists of only one proton and no neutron. Less common is deuterium which also contains a neutron in the nucleus. The rarest because unstable is tritium with two neutrons.

From the theoretical point of view, the composition of the deuterium nucleus makes it more suitable for nuclear fusion reactions and therefore, if possible, it would be a preferable choice over hydrogen in which nucleus there are no neutrons.

Among the first variables to consider there are undoubtedly the physical ones such as temperature and pressure. In the Sun, the process known as hot fusion that leads to the formation of helium from hydrogen is made possible by the extremely high temperatures and equally high pressures.

Those for hot fusion are conditions that set arduous technological challenges and are the subject of study in various international projects of which ITER is an example.

Cold fusion and LENR try to avoid the obstacle constituted by very high temperatures and pressures by introducing other variables.

For example, it is assumed that other elements in the form of materials are also required. While with hydrogen the possible choices were limited to the three isotopes, with the materials there is only the embarrassment of choice.

In addition to the chemical nature, the physical state of the material or a high surface/volume ratio as in nanopowders could be decisive.

To enrich without exhausting all the possibilities, there is also the doubt that a stimulation may be necessary that favors collective phenomena of coherence and resonance. As with materials, also in this case the variables are innumerable and their combinations multiply until it makes you dizzy.

From this brief overview it is clear that the conditions that can be adopted for a hypothetical experiment are substantially infinite. In practice, the choice will be limited by materials availability and the characteristics of the equipment and instruments available.

The results of the trials performed will be disclosed without being an invitation to an independent replica by publishing the following information.

1) Stimulation type
2) Substance or alternatively the tested material
3) Equipment dimensions
4) Voltage in Volts (Ve)
5) Current intensity in Ampere (Ie)
6) Electric input power in Watts (We = Ve·Ie)
7) Water flow rate in grams per second (Qm)
8) Water temperature variation in Celsius degrees (DT)
9) Thermal output power in Watts (Wt=Qm·DT·Cp with Cp=4.184J/g·°C)
10) COP as the ratio between the thermal output power and the electrical input power (COP=Wt/We)

Fusione fredda e LENR: millenovecentonovantanove modi per non farle

Il titolo riprende una citazione di Thomas Edison (1847-1931) in merito alle sue ricerche per la realizzazione della lampada a incandescenza e porta in sé una sfumatura scaramantica e di buon auspicio: “Io non ho fallito duemila volte nel fare una lampadina; semplicemente ho trovato millenovecentonovantanove modi su come non va fatta una lampadina”.

Le sperimentazioni programmate per stabilire la presenza di fenomeni di fusione fredda e LENR puntano all’individuazione di uno sbilanciamento energetico positivo in situazioni in cui l’energia elettrica viene convertita in energia termica (calore).

Moltissimi esperimenti, prove e dimostrazioni in questo settore sono invalidati perché soffrono di pesanti critiche sulle modalità di misura. In alcuni casi si riscontra che le misure sono fatte in condizioni estreme, caratterizzate da elevata incertezza e possibili fraintendimenti oppure si basano su assunzioni e ipotesi quantomeno opinabili.

Per questo motivo è stato scelto di mettersi nelle condizioni di poter effettuare entrambe le misurazioni con metodi riconosciuti essere di facile applicazione.

L’energia elettrica immessa è erogata da un alimentatore in corrente continua e la potenza elettrica è determinata dal prodotto della tensione per l’intensità di corrente. Se la tensione e l’intensità di corrente si mantengono stabili nel tempo, si manterrà costante anche la potenza elettrica immessa.

L’energia termica prodotta viene valutata misurando la variazione di temperatura su un flusso d’acqua riscaldato dal sistema.

Lo schema del setup utilizzato è rappresentato nella figura sottostante. Tensione e intensità di corrente sono dati dall’alimentatore in corrente continua, la differenza di temperatura è misurata con due termocoppie di tipo K, la portata del flusso d’acqua viene stabilita pesando quella raccolta in uscita dal sistema per un certo periodo di tempo.

Il recupero dell’energia termica per mezzo di un flusso d’acqua fornisce una misura stabile e attendibile. La scelta di limitare il recupero termico alla porzione del setup più a destra (R) ha permesso di semplificare l’apparecchiatura e di avere un basso volume di liquido nella zona di scambio termico così da ridurre l’inerzia del sistema e ottenere una risposta più rapida per la variazione di temperatura. Sempre riferendosi alla figura si può notare che alcune parti, come per esempio i cablaggi ed eventuali altri componenti elettrici intermedi (DR), non contribuiscono al riscaldamento dell’acqua e dissipano il calore direttamente nell’ambiente. Queste perdite di calore hanno un effetto penalizzante sul recupero dell’energia termica e la misura ottenuta sarà pertanto conservativa (inferiore al valore reale).

Per la ricerca di fenomeni di fusione fredda e di LENR il primo passo è definire dei principi guida che consentano di orientarsi nell’ideazione degli esperimenti.

L’idea di partenza è che in questi fenomeni l’idrogeno sia uno dei protagonisti. Questo elemento si presenta in tre forme isotopiche. La stragrande maggioranza dell’idrogeno naturale è l’isotopo in cui il nucleo è costituito da un solo protone e nessun neutrone. Meno comune è il deuterio che nel nucleo contiene anche un neutrone. Il più raro perché instabile è il trizio con due neutroni.

Dal punto di vista teorico la composizione del nucleo del deuterio lo rende più adatto a reazioni di fusione nucleare e quindi, se possibile, sarebbe una scelta da preferire rispetto all’idrogeno nel cui nucleo sono assenti i neutroni.

Fra le prime variabili da prendere in considerazione ci sono senza dubbio quelle fisiche come la temperatura e la pressione. Nel Sole il processo noto con il nome di fusione calda che dall’idrogeno porta alla formazione dell’elio è reso possibile dalle elevatissime temperature e altrettanto elevate pressioni. Quelle per la fusione calda sono condizioni che pongono ardue sfide tecnologiche e sono oggetto di studio in vari progetti internazionali di cui ITER ne è un esempio.

Con la fusione fredda e le LENR si cerca di evitare l’ostacolo costituito dalle temperature e dalle pressioni elevatissime introducendo altre variabili.

Per esempio si presume sia necessaria la presenza anche di altri elementi sotto forma di materiali. Mentre con l’idrogeno le scelte possibili erano limitate ai tre isotopi, con i materiali c’è solo l’imbarazzo della scelta.

Oltre alla natura chimica potrebbe essere determinante lo stato fisico del materiale oppure un elevato rapporto superficie/volume come nelle nanopolveri.

Per arricchire senza esaurire tutte le possibilità, c’è anche il dubbio che possa essere necessaria una stimolazione che favorisca fenomeni collettivi di coerenza e di risonanza. Come con i materiali, anche in questo caso le variabili sono innumerevoli e le loro combinazioni si moltiplicano fino a dare le vertigini.

Da questa breve panoramica si intuisce che le condizioni adottabili per un ipotetico esperimento sono sostanzialmente infinite. Nella pratica la scelta risulterà limitata dalla reperibilità dei materiali e dalle caratteristiche delle attrezzature e delle strumentazioni disponibili. Verranno resi noti i risultati delle sperimentazioni eseguite senza essere un invito alla replica indipendente pubblicando le seguenti informazioni.

1) Tipo di stimolazione
2) Sostanza o in alternativa il materiale testato
3) Dimensioni dell’apparecchiatura
4) Tensione in Volt (Ve)
5) Intensità di corrente in Ampere (Ie)
6) Potenza elettrica immessa in Watt (We=Ve·Ie)
7) Portata dell’acqua in grammi al secondo (Qm)
8) Variazione di temperatura dell’acqua in gradi centigradi (DT)
9) Potenza termica generata in Watt (Wt=Qm·DT·Cp con Cp=4,184J/g·°C)
10) COP come rapporto fra la potenza termica generata e la potenza elettrica immessa (COP=Wt/We)