Introduzione
Il 7 giugno è uscito un articolo sulla fusione fredda di Rossi-Focardi che sta facendo molto parlare su internet.[1] Questo articolo si presenta come uno studio indipendente, presi da curiosità abbiamo quindi finalmente deciso di analizzare la questione personalmente.L'articolo in questione riassume i risultati di due studi effettuati nel dicembre 2012 e nel marzo 2013 volti a misurare l'energia in uscita del dispositivo fornito da Andrea Rossi, denominato E-Cat HT. Non entreremo in fin dei conti nei dettagli tecnici di questo articolo, già ben trattati altrove [8][9][13], ma ci limiteremo ad evidenziare che l'articolo pubblicato su Arxiv (che è in realtà una piattaforma di pubblicazione relativamente libera senza un vero peer-review) non presenta i caratteri che dovrebbe avere un articolo scientifico, tantomeno indipendente.
Il primo esperimento riportato (nel dicembre 2012) è stato effettuato dai soli Levi e Foschini.[1] Per il secondo esperimento (nel marzo 2012), "Essén ha già detto che strumenti e dati sono stati procurati dal prof. Levi e che nel secondo test quelli di Uppsala hanno fornito solo "input""[9]. Entrambi gli esperimenti sono stati effettuati nei locali della società di Rossi (la EFA di Ferrara), con materiale scelto da Levi e seguendo le procedure stabilite da Rossi stesso.[1][13]
Inoltre, Levi, Foschi e altri sono già stati coinvolti da Rossi in dimostrazioni precedenti del dispositivo,[13] ad esempio in quella riportata in [14] diffusa da loro stessi.
Un articolo che sia indipendente deve essere scritto da autori che non hanno alcun legame né interessi comuni con colui che presenta il dispositivo, deve essere condotto nelle condizioni e con gli strumenti che il ricercatore sceglie liberamente, deve essere liberamente ripetibile da qualunque altro ricercatore voglia farlo e soprattutto il ricercatore deve avere la libertà di sapere (o vedere) cosa c'è nel dispositivo. Il dispositivo dovrebbe essere aperto per permettere alla comunità scientifica di poterlo ricostruire e testarlo in proprio.
Nessuna di queste condizioni è soddisfatta dall'articolo pubblicato. E' legittimo quindi ritenere che questo studio non presenta le caratteristiche per essere definito indipendente.
Dal punto di vista tecnico, vogliamo evidenziare in particolare quello che ci sembra comunque un grossolano errore di interpretazione, condividendo quanto riportato in [8]. Qui di seguito riportiamo il grafico 8 dell'articolo.[1]
Se una reazione è autosostenuta, siccome la generazione del calore viene dalla parte interna del dispositivo e non dall'alimentazione esterna, possono accadere due cose: 1) la quantità di calore prodotta cresce fino a fondere il dispositivo; 2) la quantità di calore prodotta raggiunge un livello di saturazione rimanendo costante.
Ora, nel grafico prodotto si vede un andamento oscillante. Se si prende in conto la considerazione fatta sopra sulla potenza in ingresso e la potenza in uscita, ci si deve aspettare una certa inerzia del dispositivo a riscaldarsi che si traduce in un "ritardo" fra la potenza in ingresso e quella in uscita. Se si tiene conto di questa inerzia, si vede nel grafico che la temperatura (potenza in uscita) comincia a diminuire proprio quando la potenza in ingresso si annulla. Si può anche notare che la potenza in uscita interseca la potenza elettrica circa a metà , e lo stesso vale per la potenza elettrica (che interseca la potenza in uscita circa a metà della rampa). In pratica, questo significa che la salita e discesa della potenza in uscita è proprio determinata dalla potenza elettrica in ingresso. Se la potenza in ingresso si annulla, la potenza in uscita ritorna a zero dopo un certo tempo. Dov'è allora la reazione autosostenuta?
L'articolo esclude la possibilità che l'uscita sia dettata dalla potenza in ingresso perché in questo caso la curva di uscita sarebbe composta da rami di esponenziale (in quanto chiuderebbe su un carico prevalentemente resistivo). Ma questo è corretto solo se si considera una tensione elettrica applicata ai capi di una resistenza. L'uscita, però, misura una potenza termica (e non elettrica) e quindi la forma d'onda non è più esponenziale, ma una forma gradualmente variabile che ricorda una sinusoide.
I link ad alcune delle critiche più veementi all'articolo sono riportati in [8][9][13].
Nel blog riportato in [16] sono invece riportate diverse discussioni tecniche interessanti riguardo il dispositivo anche da parte di persone che hanno contattato Rossi personalmente.
Fusione fredda?
Secondo le dichiarazioni dello stesso Rossi, la reazione di fusione si basa sul Nichel in composizione naturale caricato con idrogeno, quindi senza usare isotopi artificiali.[2] Inoltre, dopo l'esperimento si ritrovano campioni di altri elementi (Cu e Fe) nella loro forma isotopica naturale.[18]Gli isotopi più abbondanti in natura sono il Ni-58 e il Cu-63, quindi la reazione ipotizzata da Rossi implicherebbe l'inserzione nel nucleo di ben 5 protoni e/o neutroni per far salire il peso atomico di 5.
L'inserzione di un protone nel nucleo è una reazione che richiede parecchia energia per vincere la barriera coulombiana (circa 1200 MeV) e l'inserzione di più protoni è ancora più esosa in termini di energia. Questo è un aspetto che qualunque teoria deve mettere in conto. Se si prendono in considerazione invece i neutroni, allora certamente il problema della barriera coulombiana non esiste, esiste tuttavia un altro aspetto della questione che non viene mai messo in evidenza.
Supponiamo pure, per amore di discussione, di riuscire a infilare 5 corpi in un nucleo. Possiamo supporre pure che possa essere un processo in più fasi, in modo da non avere a che fare con un solo processo multicorpi ma con diversi processi a due corpi.
Il problema è comunque che il nichel si posiziona nella zona più sfavorevole della tavola periodica per produrre energia. Siamo infatti nella regione di massima energia di legame per nucleone,[4][5] in parole povere nella regione in cui i nucleoni sono più strettamente legati fra loro e qualunque variazione (fusione o fissione che sia) costa energia.
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| Curva delle energie di legame (da [4]) |
E' per questo che le ricerche sulla fusione si concentrano sugli elementi leggeri mentre la fissione utilizza gli elementi pesanti, nelle zone dove c'è il maggior guadagno di energia.
Si può ugualmente escludere la possibilità di effetto tunnel alle distanze consentite dalle basse energie in gioco, che non apporterebbe in ogni caso le rese dichiarate da Rossi, proprio in quanto fenomeno estremamente raro.
E' da notare che questo argomento non richiede la conoscenza di dettagli sulla fisica della reazione, sui catalizzatori segreti, di ipotizzare nuove leggi fisiche finora sconosciute o quant'altro. L'energia di legame di un nucleo è una quantità misurata e ben conosciuta con cui bisogna sempre confrontarsi in un modo o nell'altro quando si parla di fusione. La resa energetica di una reazione di fusione che parta dal nichel e arrivi al rame è riportata nella tabella seguente, ed è del tutto indipendente dal modo con cui si ottenga fusione. Dipende solo dal nucleo di partenza e di arrivo (energie di legame da [17]).
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| Differenza di energia di legame fra i nuclei di Ni e Cu |
L'unica reazione di "fusione" che si potrebbe prendere in considerazione (perché un processo a due corpi e in una fase, quindi il più probabile) chiamerebbe in causa l'isotopo Cu-59 come proposto da Rossi stesso in un altro contesto.[3]
Il Cu-59 é altamente instabile e fortemente radioattivo, decade velocemente (vita media 1.3 minuti circa) per decadimento beta+ in Ni-59 emettendo un gamma da circa 3.7 MeV per terminare infine nel Co-59 (vita media 100 000 anni) emettendo ancora un fotone da 50 keV.[19] Questa radiazione sarebbe abbastanza intensa da essere facilmente rivelabile all'esterno del contenitore[15] anche se schermato compatibilmente con il peso e le dimensioni dell'apparato.[10] Tuttavia nessuna radiazione è stata rivelata, come ammesso dallo stesso Rossi.[2][15] In effetti, Rossi si preoccupa attivamente di assicurare la comunità del fatto che il suo apparato non emette alcun tipo di radiazione. Rossi dichiara si che i raggi gamma sono essenziali per il funzionamento, ma che essi sono termalizzati [sic!] e quindi non escono all'esterno.[2]
Ma se pure volessimo chiudere ancora per una volta per un attimo gli occhi e considerare la reazione di fusione, questa ancora una volta presenta un rendimento estremamente basso (energia di soglia considerata: 1220 MeV, energie di legame da [17]):
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| Resa energetica per la creazione di Cu-59 a partire dal Ni-58 |
Una prova concreta di una qualche reazione potrebbe provenire dalla ricerca di particelle e fotoni caratteristici emessi nel processo. Ma ancora una volta, Rossi stesso in un brevetto da lui depositato riporta che "the inventor has not tried to demonstrate an emission of elementary particles supporting a validity of a theory, but he has exclusively tried to provide an amount of energy larger than the consumed energy amount".[3] Riteniamo questa giustificazione per non produrre prove della teoria assolutamente non accettabile, a maggior ragione perché nessuno sembra di fatto autorizzato a fare degli esami approfonditi del dispositivo.
Vale forse la pena di notare che non è la fusione nucleare in sé ad essere complessa. La fusione si fa correntemente dagli anni '50 circa ed è commercializzata ampiamente. Si tratta dei cosiddetti fusori che sono utilizzati attualmente per produrre neutroni e che non utilizzano, fra l'altro, alte temperature per funzionare. Inizialmente considerati come la strada per produrre energia per fusione, ci si è resi conto che la difficoltà non è la fusione stessa, ma ottenere energia utilizzabile. Perdite, bassa resa, poco calore rendono impossibile produrre elettricità da questi dispositivi.[6] E' stato infatti dimostrato che in qualunque sistema basato sul principio del confinamento inerziale-elettrostatico si possono solo ottenere potenze limitate.[20][21]
Un quadro più generale sulla questione della fusione fredda
Non è nello scopo di questo articolo discutere approfonditamente degli esperimenti del solo Focardi in cui ha rivelato un eccesso di calore, né delle teorie fisiche proposte per spiegare questi fenomeni perché sarebbe un discorso troppo vasto e complesso, pero' è opportuno mettere in chiaro alcuni punti sulla questione.In alcune prime pubblicazioni di Focardi, effettivamente si dichiara una produzione anomala di calore dell'ordine di una decina di Watt[7][12]. Quest'ordine di grandezza è lontano da quello dichiarato da Rossi, eppure nel 1996 Zichichi & al. hanno pubblicato un articolo in cui si mostra che l'aumento di calore dichiarato da Focardi nel precedente articolo del 1994 è in realtà solo un aumento di temperatura.[23] La differenza non è di poco conto, perché l'esperimento effettuato dall'equipe di Zichichi ha riprodotto esattamente il comportamento riportato da Focardi, ma conduce a conclusioni diverse. L'equipe ha misurato anche la temperatura del cilindro esterno oltre a quella della barretta di Nichel, e mentre ha riscontrato effettivamente un aumento di temperatura del Nichel quando questo viene caricato con idrogeno, non ne ha riscontrato alcuno per il rivestimento esterno. La conclusione, riportata dettagliatamente nell'articolo, è che non c'è una sorgente di calore aggiuntiva, piuttosto una sorta di redistribuzione della temperatura in seguito al cambio delle proprietà termiche del nichel una volta caricato con l'idrogeno.
Focardi riportava anche una notevole alterazione della superficie del nichel dopo la "reazione", citando le sue parole "We found F, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Cr, Mn, Fe, Cu and Zn. Apart from light elements, which are not detectable by SEM, we found all the elements lighter than Ni plus Cu and Zn, except for Sc Ti, V and Co.[7] Se questi elementi derivassero da una reale reazione nucleare, qualunque fosse, tutti questi elementi dovrebbero essere molto radioattivi perché la frazione di isotopi stabili è molto piccola rispetto a tutti gli altri. Questo non è quanto si rileva dall'articolo, facendoci propendere per una serie di impurezze contenute nella cella (chi deve lavorare con metalli estremamente puri sa quanto sia difficile eliminare tutte le impurezze). Questi risultati sono stati ottenuti inoltre tramite una spettrografia X e non una spettrometria di massa che avrebbe permesso anche di avere la distribuzione delle impurezze in superficie e in profondità.
Non vogliamo certamente pensare alla malafede dell'equipe di Focardi, ma è almeno curioso notare che questi due articoli sono comparsi su una rivista di tutto rispetto (Il Nuovo Cimento), mentre tutti i successivi risultati sono stati riportati in conferenze, proceeding o su arviv.org.
Allo stato attuale, probabilmente la posizione più onesta su questi fenomeni è di dire che non c'è una letteratura sufficientemente solida e che spesso i risultati delle esperienze non sono riportati con abbastanza abbondanza di particolari da permettere sufficiente riproducibilità e controllo di tutti i fattori in gioco.
Conclusioni
Non riteniamo la posizione di Rossi, così come presentata attualmente, credibile.Le sole affermazioni sulle potenzialità del dispositivo provengono in un modo o nell'altro da Rossi stesso, e lo studio "indipendente" di cui parliamo in queste pagine ci lascia piuttosto l'impressione opposta. Rossi ha imposto le sue condizioni e i suoi locali e le due persone che hanno organizzato l'esperimento hanno relazioni antecedenti con Rossi stesso. Il team svedese ha in fin dei conti avuto un ruolo marginale. Non basta che il nome di Rossi sia assente dalla pubblicazione per renderla "indipendente".
Il dispositivo di Rossi è sempre coperto da segreto industriale e le direttive e le procedure delle dimostrazioni sono sempre dettate dallo stesso Rossi. In questo modo ha potuto rifiutare ogni spiegazione su cosa ci fosse realmente all'interno del suo dispositivo. Né ha mai dato spiegazioni relative alla sua costruzione, se non che al Ni caricato è aggiunto un "catalizzatore", anch'esso coperto da segreto industriale. Rossi potrebbe semplicemente brevettare il dispositivo e aprirlo alla comunità scientifica se temesse che qualcuno rubi la sua idea. Una volta brevettato il dispositivo aperto, i diritti della sua idea sarebbero assicurati. E una volta aperto il dispositivo, chiunque sarebbe in grado di riprodurlo e nessuno potrebbe ostacolarne più la diffusione (ammesso che questo funzioni davvero).
L'impressione di una operazione non chiara sembra confermata dal fatto che esistono apparentemente solo alcuni prototipi utilizzati in dimostrazioni controllate da Rossi, nonostante questi abbia dichiarato ripetutamente dal 2010 che avrebbe iniziato la commercializzazione del suo dispositivo. Nessun dispositivo appare invece ufficialmente commercializzato, l'unica notizia di vendita è data dallo stesso Rossi sul suo blog, dicendo testualmente "Today we sold in the USA a 1 MW plant which will go to a normal Customer. This installation will be visitable by the qualified public.".[11] L'uso di questa parola, qualified, lascia intendere che Rossi voglia visionare personalmente il "pubblico" che chieda di visitare la sua installazione, instaurando ancora una volta una procedura non trasparente e totalmente sotto il suo controllo. E non si ha notizia di nessuno che abbia effettivamente visitato la sua installazione.
In effetti, nel 2011 Rossi sembrava pronto a lanciare la vendita del suo dispositivo in Europa in collaborazione con la Defkalion Green Technologies, ma improvvisamente in agosto l'accordo è stato sciolto, apparentemente per problemi di carattere finanziario.[22]
Quello che ci sentiamo di concludere con certezza, basandosi sulle informazioni rilasciate da Rossi stesso, è che il meccanismo di fusione nucleare da lui ipotizzato non è possibile e non produrrebbe comunque la resa energetica da lui dichiarata.
E' curioso invece constatare che Focardi, prima di incontrare Rossi, aveva effettivamente rivelato una produzione anomala di calore, il cui rendimento tuttavia era molto lontano da quello dichiarato successivamente da Rossi. Appena iniziata la collaborazione con quest'ultimo, il rendimento dichiarato è aumentato di parecchio senza apparente spiegazione.
Siamo certamente aperti alla possibilità che esistano altri fenomeni in gioco, che le esperienze originarie di Focardi potrebbero comunque fare intravedere. In questo caso si tratterebbe di una serie di reazioni sicuramente complesse che rimangono quasi sicuramente nell'ambito dei decadimenti radioattivi o di fenomeni associati alle nanoparticelle. Non si tratterebbe di leggi fisiche sconosciute, ma applicazioni sconosciute di leggi note. Ma queste reazioni, anche se indubbiamente interessanti dal punto di vista fisico, non sono fusione nucleare e forse non sono neanche sfruttabili commercialmente su larga scala.
Forse, proprio quest'ultimo aspetto è la chiave della vicenda. Perché altrimenti davvero non riusciamo a capire la necessità di insistere con tanto accanimento sul termine "fusione fredda" con rese eccezionali senza portare prove scientifiche tangibili attraverso un procedimento trasparente.
Fonti
[1] http://arxiv.org/abs/1305.3913
[2] http://www.journal-of-nuclear-physics.com/?p=53
[3] http://www.google.com/patents?id=84vwAAAAEBAJ&printsec=abstract&zoom=4&source=gbs_overview_r&cad=0#v=onepage&q&f=false
[4] http://it.wikipedia.org/wiki/Energia_di_legame
[5] http://adsabs.harvard.edu/abs/1995AmJPh..63..653F
[6] http://en.wikipedia.org/wiki/Fusor
[7] http://www.lenr-canr.org/acrobat/CampariEGoverviewof.pdf
[8] http://shutdownrossi.com/e-cat-science/thoughts-on-the-latest-andrea-rossi-giuseppe-levi-and-hanno-essen-paper/
[9] http://oggiscienza.wordpress.com/tag/giuseppe-levi/
[10] http://rnbe.blogspot.fr/2012/12/la-termalizzazione-delle-radiazioni.html
[11] http://www.journal-of-nuclear-physics.com/?p=510&cpage=35#comment-133743
[12] http://newenergytimes.com/v2/library/2004/2004Focardi-EvidenceOfElectromagneticRadiation.pdf
[13] http://news.newenergytimes.net/2013/05/21/rossi-manipulates-academics-to-create-illusion-of-independent-test/
[14] http://www.nyteknik.se/incoming/article3144955.ece/BINARY/Ladda+ner+Kullanders+och+Ess%C3%A9ns+rapport+%28pdf%29
[15] http://archive.wikiwix.com/cache/?url=http://www.fysik.org/WebSite/fragelada/resurser/cold_fusion.pdf&title=Kall%20Fusion%20p%C3%A5%20italienska%20%28Cold%20fusion%20%E2%80%93%20Italian%20style%29, articolo originale qui: http://fragelada.fysik.org/index.asp
[16] http://22passi.blogspot.fr/2012/09/e-cat-le-5-domande-dellhomus-scetticus.html?showComment=1347457109697#c2180288736181289259
[17] http://www.kcvs.ca/site/projects/physics_files/nucleus/decays.swf
[18] http://www.nyteknik.se/nyheter/energi_miljo/energi/article3144827.ece
[19] http://periodictable.com/Isotopes/029.59/index.p.full.dm.prod.html
[20] https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/29869
[21] http://dspace.mit.edu/handle/1721.1/11412
[22] http://fusion-froide.fr/la-fusion-froide-verite-ou-mensonge
[23] http://www.lenr-canr.org/acrobat/CerronZebainvestigat.pd
