La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

1 Introduzione alla Fusione Fredda Liceo Edoardo Amaldi 26 Febbraio 2005 William J M F Collis Considerate la vostra semenza: Fatti.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "1 Introduzione alla Fusione Fredda Liceo Edoardo Amaldi 26 Febbraio 2005 William J M F Collis Considerate la vostra semenza: Fatti."— Transcript della presentazione:

1 1 Introduzione alla Fusione Fredda Liceo Edoardo Amaldi 26 Febbraio 2005 William J M F Collis Considerate la vostra semenza: Fatti non foste a viver come bruti, Ma per seguir virtute e conoscenza. Dante, Inferno, XXVI

2 2 Scienza di Frontiera Le energie alternative: il caso della Fusione Fredda Molto diverso dalla scienza che si studia a scuola normalmente! Nessuna spiegazione generalmente accettata perche il fenomeno e nuovo. Probabilita che alcuni risultati siano in errore perche e impossibile confrontarli con la teoria

3 3 Piano Reazioni nucleari e fusione Fusione termonucleare e stellare Le spiegazioni della fusione fredda Fusione Fredda in Liceo Come si stima lanomala produzione di calore Risultati

4 4 Immaginate una sorgente di Energia … Dove il carburante e abbondante come lacqua del mare Costa poco Dura milioni di anni Non inquina Non contribuisce al riscaldamento globale Un litro di acqua di mare equivale 300 litri di petrolio

5 5 Cosa e la Fusione Fredda Unanomalia in un materiale caricato con isotopi didrogeno (p, d, t). Lanomala produzione di ceneri nucleari (esempio Elio, Argento, Praseodimio). Effetti nucleari: Raggi X, Gamma, particelle energetiche, neutroni.

6 6 Isotopi Il nucleo di un atomo consiste di protoni e neutroni. Le proprieta di un elemento dipende sulla carica del nucleo, (protoni). Il numero di neutroni nel nucleo determina lisotopo.

7 7 Isotopi di Idrogeno 1 H (prozio) % 2 H (deuterio) 0.015% 3 H (trizio)radioattivo

8 8 Fusione Nucleare Reazioni nucleari producono millioni di volte piu energia di una reazione chimica. H + H -> H eV (reazione chimica) 1 H + 1 H -> 2 H MeV (fusione nucleare) Tutte le forme di vita sulla terra dipendono da un reattore a fusione nucleare….

9 9 Il Sole!

10 10 Fusione nucleare nel Sole

11 11 Il Sole Il sole e un esempio di un reattore nucleare pulito. Tutti i prodotti nucleari principali sono stabile

12 12 Luomo vorrebbe controllare i proccessi energetici del sole!

13 13 Fusione Termonucleare

14 14 Compito Quale la reazione nucleare piu veloce nel sole? Se il deuterio e un carburante nucleare, e ragionevole pensare di rilevarlo nel sole (per esempio dal vento solare)?

15 15 Fusione Nucleare 2 H + 3 H 4He + n MeV Questa reazione di fusione e relativamente probabile. Ma il trizio e radio- attivo e deve essere fabbricato in reattori a fissione nucleare.

16 16 Fusione Termonucleare I nuclei non vogliono fondersi perche sono caricati e si respingono Nonostante 50 anni di ricerca e decine di miliardi di $ spesi Lunico successo e stato ….

17 17

18 18 Perche la fusione calda e cosi difficile? Ci vogliono alte energie (temperature). Tutti i contenitori vaporizzerebbero se toccano il plasma caldo. Grandi perdite di energia attraverso la radiazione (Legge di Stefan P~T 4 ) Trizio (un carburante e radioattivo) I neutroni prodotti sono radioattivi

19 19 Un approccio nuovo Invece di sprecare il calore creando un plasma, si pensa di usare le forze della chimica in un tentativo di fare avvicinare i nuclei di idrogeno. Gia la molecola di H 2 attira 2 protoni con unenergia di 20 eV equivalente ad una temperatura di ~ O C ! Ma non e ancora sufficiente….

20 20 Alta Densita Invece di usare una plasma caldissima che implica anche bassissima densita perche non cercare un ambiente chimica appropriata?

21 21 Idrogeno nei metalli Molti metalli possono assorbire idrogeno In alcuni casi (es. ThH 4 ) la densita di idrogeno supera quella dellidrogeno liquido per un fattore di 2! In palladio, lidrogeno non e legato in modo rigido, ma e molto mobile.

22 22 Idrogeno nel Palladio Negli anni ottanta, alcuni gruppi indipendenti sperimentarono il sistema D/Pd. Jones et al. rilevarono la produzione di neutroni Fleischmann & Pons osservarono una produzione anomala di calore.

23 23 23 Marzo 1989 Conferenza Stampa a Salt Lake City Reazione iniziale di euforia. Quando gruppi diversi non riuscirono a replicare i risultati, si diffuse delusione, rabbia e rifiuto.

24 24 Perche questo rifiuto? Si puo dimostrare teoricamente che lidrogeno, neanche nei metalli, si avvicina abbastanza per fondersi. Se la Fusione Fredda fosse accettata, le carriere di tutti i fisici impiegati nei programmi di fusione termo-nucleare sarebbero a rischio. Difficolta iniziale nella replicazione.

25 25 Errore di Logica Il fatto che un cuoco non riesce a fare la maionese, non dimostra che la maionese non esiste! Se un esperimento produce un risultato inaspettato, bisogna verificare la natura dellanomalia oppure dimostrare dove lerrore. Teorie non possono invalidare gli esperimenti.

26 26 Tentando di capire le reazioni La procedura scientifica Creare un modelo del sistema Il modelo potrebbe essere teorico o sperimentale Confrontare fusione fredda con il modelo.

27 27 Cosa dovremmo spiegare? Quali sono le reazioni? Caburanti? Prodotti? Come potremmo migliorarlo?

28 28 Modello 1. Ioni di idrogeno in vacuo. Per fondere nuclei bastono pochi centinaia di eV. (milioni di gradi). Probabilita di fusione e bassa, ma ci sono tanti collisioni in un plasma. Impossibile misurare la sezione durto.

29 29 Previsione del modello 1 (In vacuo) 2 H + 2 H -> 3 H + 1 H + 4 MeV ~50 % 2 H + 2 H -> 3 He + 1 n MeV ~50 % 2 H + 2 H -> 4 He MeV ~10 -5 % La radiazione sarebbe letale!!!

30 30 Modello 1. Idrogeno ligero 2 H + 2 H -> 4 He MeV ~ H + 1 H -> 3 He MeV ~10 7 Previsione: piu 3 He che 4 He !!! Non verificato sperimentalmente!!

31 31 Modello 2. Mini-atoms [Mills] Secondo questa ipotesi, si suppone un avvicinamento degli elettroni al nucleo di idrogeno liberando cosi dellenergia. Obiezioni: Non spiega prodotti nucleari Prevede fusione (tipo in vacuo)

32 32 Modello 3. Particelle neutrali Per superare la barriera di Coulomb si puo ipotetizare la partecipazione di particelle non caricate. Neutroni [ Hagelstein, Kozima] Neutrini [Dufour] Poly-neutroni [Fisher]

33 33 4. QED Modelli In questi modelli si suppone che i nuclei di idrogeno sono delocalizati. Perche i deuteroni non sono limitati nello spazio, possono anche fondersi senza problemi della barriera di Coulomb.

34 34 Osservazioni chiavi Perche deuteroni che si fondono non hanno una posizione determinabile anche la posizione della fusione stessa e determinabile. Succede un po ovunque e lenergia e divisa ovunque nel reticolo. Di conseguenza, non possono esserci radiazioni gamma.

35 35 Obiezioni al modello Non spiega perche la reazione 2 H + 1 H -> 3 He MeV non va! Non spiega trasmutazioni

36 36 Esperimento di Iwamura D Cs Pd CaO Pd

37 37

38 38 Come si spiega? 133 Cs + 4 x 2 H = 141 Pr MeV ?? 133 Sr + 4 x 2 H = 96 Mo MeV ?? 137 Ba + 6 x 2 H = 149 Sm MeV ?? 138 Ba + 6 x 2 H = 150 Sm MeV ?? Forse in una super-nova!

39 39 Modello 5: Errori! Si suppone che le osservazioni sono errori sperimentali magari selezionati da ricercatori troppo entusiasti! Ma come possibile che tanti ricercatori, con setup diversi, riescono sbagliare sempre nella stessa maniera?

40 40 1. Tanta confusione: Perche? Il metodo scientifico e liberale La scienza procede a tentoni E importante considerare tutte le possibilita Raffinare le ipotesi piu promettenti ….pero

41 41 Confusione perche? Lapprocio scientifico e anche molto conservativo. Prima di accettare una rivoluzione bisogna eliminare tutte le alternative. Sia i critici sia i proponenti hanno difficolta fare questo salto mentale.

42 42 Domande?

43 43 Fusione Fredda a Scuola! Dimostrazioni della produzione anomala di calore in una semplice cella elettrolitica. Questa dimostrazione e stata gia fatta nei laboratori della Portland State University in Oregon, USA, dal Prof. John Dash e da studenti liceali.

44 44

45 45

46 46

47 47 Cella Elettrolitica del Prof. Dash

48 48 Il circuito. 2 celle in serie. (la stessa corrente)

49 49 Materiali e strumenti Deuterio, acqua deionizzata, acido solforico puro al 99.9%; Elettrodi di platino e palladio laminati; Catalizzatore:cilindretti di 0,5% Pt in Al 2 O 3 oppure Pd su carbonio; Elettrolita cella di controllo: H 2 SO 4 + H 2 O in rapporto 1:12,3; Elettrolita cella sperimentale:H 2 SO 4 +D 2 O in rapporto 1:6,7

50 50 Celle elettrolitiche con coperchio a tenuta; Camera per il catalizzatore in teflon; Sensori termici; Interfaccia per raccolta e rilevazione dati collegata a Pc; Bilancia con precisione 0,1g; Alimentatore CC; Multimetri e cavi di collegamento.

51 51 Le 2 celle a confronto

52 52 Compito Lesperimento di Dash. Perche si riducono le tensioni delle celle con il passaggio del tempo?

53 53 Come si procede Aggiustare le concentrazioni dellacido in modo che la cella ad acqua leggera conduca di meno. Con 2 celle in serie (stessa corrente) la cella ad acqua pesante assorbe meno potenza pero e piu calda!

54 54 Obiettivi 1) Dimostrare anche al pubblico in modo molto semplice una produzione di calore. 2) Stimare la potenza erogata. 3) Produrre un film dello sperimento in modo di poter insegnare come si fa. 4) Pubblicare un articolo nella stampa scientifica (in inglese!!!) Non si puo rilevare transmutazioni!

55 55 Le squadre di lavoro 1) Squadra chimica. Responsabile delle celle elettrolitiche e dei reagenti. 2) Squadra elettronica. Responsabile dellalimentazione e dellelaborazione dei dati. 3) Squadra cinematografica. Responsabile del filmino.

56 56 Nel Laboratorio di Chimica

57 57 Squadra Chimica Deve preparare lacido solforico. Pulire gli elettrodi e i contenitori. Calibrare i termometri. Assemblaggio.

58 58 Una cella

59 59

60 60 Squadra Elettronica 1) Installare il software sul PC. 2) Acquisire il corrente e le tensioni delle celle, e le temperature. 3) Elaborare le grafiche sullandamento nel tempo.

61 61 Acquisizione dati

62 62 Legando I fili al polistirolo

63 63

64 64 Squadra Cinematografica Copione Riprese Editing Integrazione Produzione CD-ROM

65 65 il filmino

66 66 Come scoprire di piu? Chiedere una copia del CD-ROM Film La ricetta di Dash Altre lezioni / incontri.

67 67 Come va persa lenergia erogata al sistema? 1) Evaporazione 2) Dissociazione in H 2 / D 2 / O 2 3) Convezione dellaria 4) Conduzione attraverso il vetro 5) Radiazione termica verso lambiente

68 68 Calcolo delleccesso di calore X Supponiamo che laumento di Temperatura (T) con rispetto a quella del ambiente T a sia proporzionale alle potenze aggiunte / tolte dal sistema. I.V=Potenza elettrica (Corrente per Tensione) H =Potenza evaporazione + dissociazione X e = Eccesso di potenza nella cella sperimentale T e – T a = K(I.V e – H e + X e ) [1] T c – T a = K(I.V c – H c ) [2]

69 69 Calcolo delleccesso di calore X e T e – T a = K(I.V e – H e + X e )[1] X e = (T e – T a )/K - I.V e + H e [3] T c – T a = K(I.V c – H c )[2] K = (T c – T a )/(I.V c – H c )[4] Sostituendo K (una costante) nellequazione [3] X e = ((T e –T a )/(T c –T a ))*(I.V c –H c )-I.V e +H e

70 70 Le perdite di peso Entalpia di formazione a 25 o C H 2 O (liquido) = kJ mol -1 H 2 O (gas) = kJ mol -1 D 2 O (liquido) = kJ mol -1 D 2 O (gas) = kJ mol -1

71 71 Risultati Eseguiti quattro esperimenti: Due non conclusi per cause tecniche (rottura elettrodo, rottura cella exp); Uno con dati rilevati non attendibili; Uno in cui si è rilevato un anomalo eccesso di calore nella cella exp. a parità di potenza fornita (vedi grafico).

72 72 Grafico

73 73 Conclusioni Il numero di tentativi effettuati è, per ora, insufficiente. Occorre perfezionare la metodologia dellesecuzione, data linesperienza. Occorre una migliore strumentazione. Notevole valore didattico dellesperienza. Notevole entusiasmo ed interesse da parte degli studenti nellesecuzione. Si proseguiranno le esperienze fino ad ottenere una soddisfacente percentuale di riproducibilità.

74 74 RINGRAZIAMENTI Si ringrazia il Preside per la gentile accoglienza ed il Prof. Campanelli per la logistica. I docenti del Liceo per la partecipazione Gli studenti per la loro attenzione e… pazienza!

75 75 Mass Excess / A


Scaricare ppt "1 Introduzione alla Fusione Fredda Liceo Edoardo Amaldi 26 Febbraio 2005 William J M F Collis Considerate la vostra semenza: Fatti."

Presentazioni simili


Annunci Google