Fusione nucleare fredda (anche fusione freddaoppure nella forma inglese di cold fusion (CF), low energy nuclear reactions (LENR, "reazioni nucleari a bassa energia"), o chemically assisted nuclear reactions (CANR, "reazioni nucleari assistite chimicamente")) è il nome generico attribuito a presunte reazioni di natura nucleare che si produrrebbero a pressioni e a temperature minori di quelle necessarie per ottenere la fusione nucleare, diminuendone così notevolmente le difficoltà tecniche. L'opinione di gran lunga prevalente all'interno della comunità scientifica è che tutte le evidenze sperimentali proposte non siano altro che l'effetto di errori di misurazione, oppure di fenomeni sostanzialmente chimici, comunque non nucleari.
Il termine divenne molto popolare nel 1989 a seguito di alcuni esperimenti da parte di Martin Fleischmann e Stanley Pons dell'Università dello Utah a Salt Lake City (trasferitisi nel 1992 in Provenza per lavorare presso i laboratori IMRA, parte della Technova Corporation del gruppo Toyota), esperimenti che vennero ripetuti da vari laboratori senza però ottenere conferme del fenomeno in termini di riproducibilità. Ciò alimentò un forte scetticismo scientifico e talora persino l'idea di una bufala o frode scientifica da parte di pseudoscienziatihttps://www.greenstyle.it/la-fusione-fredda-e-una-bufala-intervista-a-silvano-fuso-14452.html, oltre alla critica di aver divulgato una "scoperta" non sufficientemente verificata. L'esistenza stessa di questi fenomeni è rimasta piuttosto controversa anche negli anni successivi. Alcuni ricercatori che svolgono ricerche in questo campo preferiscono usare più propriamente il termine trasmutazione LENR.
Sulla possibilità di fusione a bassa energia furono pubblicati anche studi teorici, tra i quali quelli di Giuliano Preparata dell'Università di Milano. Tra i tentativi più recenti, nel maggio 2008 Yoshiaki Arata, insieme alla collega Yue-Chang Zhang, ha mostrato pubblicamente ad Osaka un reattore funzionante con pochi grammi di palladio. Anche in questo caso l'esperimento non è stato ripetuto e non ha avuto una pubblicazione scientifica.
Storia I primi lavori La particolare capacità del palladio di assorbire idrogeno fu riconosciuta alla fine del XIX secolo da Thomas Graham.U.S. Department of Energy (1989). "A Report of the Energy Research Advisory Board to the United States Department of Energy", Washington US (25 May 2008) Nel 1926 due radiochimici, Friedrich Adolf PanethBritannico di nascita austriaca e K. Peters, pubblicarono un lavoro su una presunta trasformazione spontanea dell'idrogeno in elio per effetto di catalisi nucleare, quando l'idrogeno è assorbito dal palladio a temperatura ambientePaneth, F., and K. Peters (1926), Nature, 118, 526.. Successivamente questi autori ammisero che la quantità di elio da loro misurata era alterata da un inquinamento di elio presente in modo naturale nell'aria.
Nel 1927 lo scienziato svedese J. Tandberg affermò di aver ottenuto una miscela di idrogeno in elio all'interno di una cella elettrolitica dotata di elettrodi in palladio. Sulla base di questo lavoro richiese nel suo paese un brevetto dal titolo: "Metodo che produce elio ed utili reazioni energetiche". Dopo la scoperta del deuterio, nel 1932, Tandberg continuò i suoi esperimenti con l'acqua pesante. A causa però della precedente scoperta di Paneth e Peters, seguita poi dalla sua ritrattazione, il brevetto di Tandberg sarebbe comunque risultato non valido.
Il termine fusione fredda ("cold fusion") fu coniato nel 1986 da Paul Palmer, della Brigham Young University, durante una ricerca di geo-fusione (geo-fusion) sulla possibilità di esistenza di fenomeni di fusione all'interno dei nuclei planetariKowalski, Ludwik (2004), "Jones's manuscript on History of Cold Fusion at BYU ", Montclair, NJ: csam.montclair.edu ..
L'annuncio di Fleischmann e Pons Negli anni sessanta Fleischmann annunciò che stava iniziando ad investigare sulla possibilità che alcune reazioni chimiche potessero influenzare i processi nucleariFleischmann, Martin (2003), Background to cold fusion: the genesis of a concept, Tenth International Conference on Cold Fusion, Cambridge, MA: World Scientific Publishing, ISBN 978-981-256-564-8.
Predisse che gli effetti collettivi da lui esplorati avrebbero potuto richiedere l'elettrodinamica quantistica per essere calcolati, potendo condurre a risultati più significativi rispetto agli effetti indicati dalla meccanica quantisticaGai, M.; Rugari, S. L.; France, R. H.; Lund, B. J.; Zhao, Z.; Davenport, A. J.; Isaacs, H. S. & Lynn, K. G. (1989), Upper limits on neutron and big gamma-ray emission from cold fusion, Nature 340: 29–34Leggett, A.J. (1989), Exact upper bound on barrier penetration probabilities in many-body systems: Application to “cold fusion”, Phys. Rev. Lett. (no. 63): 191-194.. Affermò inoltre che nel 1983 aveva raggiunto un'evidenza sperimentale che lo portava a credere che nella fase condensata i sistemi sviluppassero strutture coerenti piuttosto evidenti, con dimensioni dell'ordine dei 10−7 m (1/10.000 mm).
Come conseguenza di questi studi, Fleischmann e Pons iniziarono nel 1984 i loro esperimenti sulla fusione fredda.
La cella utilizzata per i primi esperimenti
La configurazione iniziale della cella di Fleischmann e Pons utilizzava un vaso di Dewar (vaso di vetro a doppia parete al cui interno era stato fatto il vuoto) riempito di acqua pesante per svolgere l'elettrolisi, in modo che fosse minima la dispersione termica (meno del 5% durante la durata di un tipico esperimento). La cella era poi immersa in un bagno termostatato a temperatura costante in modo da eliminare gli effetti di sorgenti di calore esterne.
I due scienziati utilizzarono una cella aperta, in modo da eliminare la pericolosa formazione di sacche di deuterio e ossigeno risultanti dalle reazioni di elettrolisi, anche se ciò avrebbe favorito qualche perdita termica e comportava quindi il ricalcolo della minore potenza prodotta dalla cella stessa a causa della perdita. Questa configurazione, a causa dell'evaporazione del liquido, rendeva necessario rabboccare di tanto in tanto il vaso con nuova acqua pesante. I due scienziati fecero poi notare che se la cella era alta e stretta, le bolle di gas prodotte dalla elettrolisi potevano mescolare l'acqua pesante contenuta e portarla ad una temperatura uniforme.
Una particolare attenzione era poi stata riposta nell'utilizzo di un catodo di palladio e di un elettrolita di grande purezza, in modo da prevenire la possibilità di formazione di residui sulla superficie; questo specialmente per gli esperimenti più lunghi.
La cella era corredata di un termistore per la misura della temperatura dell'elettrolita, e di un riscaldatore elettrico per la generazione degli impulsi di calore necessari a compensare le perdite di calore dovute alla evaporazione del gas. Dopo la compensazione (calibratura) era possibile ottenere con relativa facilità il valore del calore generato dalla reazioneFleischmann, Martin e Pons, Stanley (1989), “Electrochemically induced nuclear fusion of deuterium”, Journal of Electroanalytical Chemistry 261 (2A): 301–308..
Una corrente costante fu applicata alla cella per un periodo di diverse settimane, e quindi fu necessario rabboccare via via la cella con nuova acqua pesante. Per la maggior parte del tempo la potenza elettrica immessa nella cella rimase praticamente uguale a quella dispersa dalla cella stessa, evidenziando un funzionamento della cella secondo le consuete leggi dell'elettrochimica. In queste condizioni la temperatura della cella era di circa 30 °C. In certi momenti, però, e solo per alcuni esperimenti, la temperatura aumentava improvvisamente, sino a circa 50 °C, senza che fosse variata la potenza elettrica in ingresso; questo fenomeno poteva durare due o più giorni. In questi particolari momenti la potenza generata poteva essere superiore a 20 volte la potenza elettrica applicata in ingresso alla cella. In altri casi questi repentini innalzamenti di temperatura non venivano riscontrati per molto tempo e quindi la cella veniva spenta. La temperatura della cella era misurata con un termistore, mentre un altro termistore era posto direttamente sul catodo, in modo da poterne misurare la temperatura durante gli eventi di surriscaldamento.
L'efficacia di quel metodo di rilevamento è stata spesso elemento di contestazioneBrowne, M. (3 maggio 1989), “Physicists Debunk Claim Of a New Kind of Fusion”, New York Times. Accesso 25 maggio 2008.. L'esperimento, nel suo insieme, è stato poi criticato da WilsonWilson, R. H. (1992), “Analysis of experiments on the calorimetry of LiOD-D2O electrochemical cells”, Journal of Electroanalytical Chemistry 332: 1–31, e altri esperimenti basati sull'utilizzo di celle aperte sono stati criticati da ShkediShkedi, Zvi; McDonald, R.C.; Breen, J.J.; Maguire, S.J. & Veranth, J. (1995), “Calorimetry, Excess Heat, and Faraday Efficiency in Ni-H2O Electrolytic Cells.”, Fusion Technology 28 (4): 1720-1731. e JonesJones, J. E.; Hansen, L. D.; Jones, S. E.; Shelton, D. S. & Thorne, J. M. (1995), “Faradaic efficiencies less than 100% during electrolysis of water can account for reports of excess heat in "cold fusion" cells”, Journal of Physical Chemistry 99 (18): 6973-6979.
Tuttavia molti ricercatori che hanno fatto sperimentazione sulla fusione fredda hanno trovato tali critiche non convincenti e comunque non applicabili in altre tipologie di esperimentiWill, F. G. (1997), “Hydrogen + oxygen recombination and related heat generation in undivided electrolysis cells”, Journal of Electroanalytical Chemistry 426 (1): 177–184.Storms, Edmund (2007), Science of Low Energy Nuclear Reaction: “A Comprehensive Compilation of Evidence and Explanations”, Singapore: World Scientific, ISBN 981-270-620-8..
Comunicazione alla stampa ed inizio del dibattito La fusione fredda venne improvvisamente alla ribalta il 23 marzo 1989, quando i chimici Martin Fleischmann dell'Università di Southampton in Inghilterra e Stanley Pons dell'Università dello Utah, annunciarono alla stampa di essere riusciti a realizzarla.
La dichiarazione fu resa alla stampa il 23 marzo 1989, in un clima internazionale assai sensibile alle proposte di metodi alternativi di produzione energetica, essendo ancora vivo il dibattito sul nucleare, acutizzato sia dal disastro di Černobyl' del 26 aprile 1986 sia dal disastro ecologico della petroliera Exxon Valdez, avvenuto qualche mese prima.
Per cause non del tutto chiare, i due ricercatori pubblicarono la conferenza stampa prima che ne apparisse la pubblicazione su una rivista scientifica, pubblicazione che avvenne il successivo 10 aprile con un breve articoloM. Fleischmann e S. Pons, "Electrochemically induced nuclear fusion of deuterium", Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry (10 April 1989), 261, 301. scritto per il Journal of Electroanalytical Chemistry. L'articolo, a giudizio di molti esponenti del mondo scientifico, era stato scritto in modo affrettato, incompleto e conteneva alcuni errori sostanziali sulla misura dell'emissione di raggi gamma Steven Krivit, "MIT Attack on Fleischmann and Pons "..
Nella conferenza stampa Fleischmann e Pons avevano affermato di aver ricavato una considerevole quantità di energia termica da una particolare cella elettrolitica fatta di due elettrodi di cui l'anodo consisteva in un elemento di platino, mentre il catodo era realizzato da un elemento in palladio, il tutto immerso in un elettrolita a base di acqua pesante (2H2O). Inoltre i due ricercatori avevano affermato che, oltre alla notevole quantità di energia termica prodotta, la cella produceva anche un raro isotopo stabile dell'elio (3He), la cui presenza poteva essere spiegata come la cenere prodotta da una particolare reazione nucleare di fusione secondo la reazione: 2H + 2H → 3He (0,82 MeV) + n (2,45 MeV)