Hace unos pocos meses anunciábamos que el Ministerio de Energía de los EE.UU. (DOE) iba a revisar las nuevas evidencias que parecían hacer resucitar el controvertido tema de la fusión fría. Así ha sido... y Astroseti ha traducido el nuevo dictamen.

Informe de Revisión sobre Reacciones Nucleares de Baja Energía

Introducción
Un grupo de científicos reclamó a finales del 2003 a la Oficina Científica del Ministerio de Energía de los EE.UU. (DOE) para solicitar la revisión de las cuestiones científicas acerca de ciertas evidencias relacionada con reacciones nucleares de baja energía. Este trabajo ya fue revisado en 1989, tras el informe Pons-Fleischnann de la producción de un exceso calórico en una batería química de Pd (Pd=paladio), en la que se postulaba que esta reacción era debido a la fusión D-D (D=Deuterio), algunas veces llamada “fusión fría”. La revisión fue efectuada por el Comité de Consejeros sobre Investigación Energética (ERAB) del DOE. Este comité no recomendó el establecimiento de programas especiales dentro el DOE encaminados a estudiar la ciencia de la fusión de baja energía, pero apoyó la aportación de fondos ajenos para ampliar la investigación y para realizar experimentos revisados por pares (otros científicos). Desde 1989, los programas de investigación en fusión fría han sido financiados por varias universidades, industria privada, y agencias del gobierno de varios países.

Revisión y Proceso
Se da conformidad a la revisión por pares de los datos experimentales (y de la teoría en que se apoyan) obtenidos posteriormente a la revisión de 1989. Se pidió a los científicos que solicitaron la revisión, que redactaran un informe identificando las más significativas observaciones experimentales, anexando documentos de apoyo. Este documento titulado “Nuevos Efectos Físicos en Metales Deuterados”, fue preparado por el profesor Meter Hagelstein del MIT, el Dr. Michael McKubre del SRI Internacional, el Profesor David Ángel de la Universidad George Washington, el Dr. Talbot Chubb de Research Systems Inc, y el Sr. Randall Herman de Industrias Heckman (en adelante referidos como los proponentes). Este documento y material adicional fue enviado al DOE en julio del 2004.

Las oficinas de Ciencias Energéticas Básicas y Física Nuclear del DOE dirigieron la revisión por pares del material recibido en la forma típica. La revisión constó de dos fases. Primero se enviaron por correo copias de todo el material recibido para su revisión por pares. Se seleccionaron e identificaron 9 científicos con formación en física nuclear (teórica y experimental), ciencia de nuevos materiales, y electroquímica, y se les dio aproximadamente un mes para que revisaran el informe y el material suplementario. La segunda parte de la revisión consistió en la elección de otros 9 científicos adicionales, elegidos en función de su maestrazgo y experiencia en campos relevantes, para una revisión oral de un día de duración, efectuada el 23 de agosto del 2004. Se suministró a estos últimos los comentarios anónimos de los 9 científicos que realizaron la revisión por correo, antes de la vista oral. La presentación oral del trabajo recopilado por los proponentes fue realizada por científicos de su elección según el método del doble ciego. Seis grupos de investigación presentaron durante aproximadamente una hora, los detalles del trabajo realizado en sus laboratorios. Tras ello, comenzaron los comentarios personales de los revisores.

En total, el DOE recibió los comentarios personales de 18 científicos.

Criterios de Revisión
Se pidió a los revisores que respondieran en sus evaluaciones del material escrito y/o oral a los siguientes elementos de cargo: (1) Examinar y evaluar las evidencias teóricas y experimentales de los sucesos de reacciones nucleares en materia condensada a baja energía (menos de unos pocos electrón voltios). (2) Determinar si las evidencias son lo suficientemente concluyentes como para demostrar que dichas reacciones nucleares suceden. (3) Determinar si hay caso para continuar con los estudios, y en ese caso identificar las áreas de estudio más prometedoras en las que centrarse.

Revisión de Documentos y Presentaciones:
El documento a revisar se centra en “un subconjunto de investigación que parte de dos áreas” del campo de las reacciones nucleares de baja energía: (1) “cuestiones asociadas con la producción del exceso calórico en metales deuterados” y (2) “aspectos de las emisiones nucleares originadas por metales deuterados”. De acuerdo al documento a revisar, se ha demostrado que la fusión D-D ocurre espontáneamente cuando se introduce D en metal de Pd en concentraciones muy altas (D/Pd ~0,95). Según el documento a revisar, estas demostraciones incluyen la supuesta producción de energía anómala, así como la aparición de helio, tritio, y algunos otros elementos que no estaban presentes previamente en el contenedor experimental.

El material presentado junto al documento a revisar y las presentaciones orales, se centraban en: las reacciones electroquímicas en el sistema Pd/D2O, las evidencias del exceso calórico, los productos resultantes de la reacción nuclear, y en el actual marco de trabajo teórico empleado para describir las observaciones. También se presentaron datos relacionados con el uso de haces de iones y de sistemas de descargas lumínicos empleados para estudiar los sistemas Pd,Ti/D y Pd,Ti/H (Ti=Titanio). La revisión solo incluía experimentos con “elementos ligeros”, a saber: fusión de H o D.

Los proponentes afirman que los resultados extraídos de la investigación aportan evidencias de 3 categorías de efectos, tal y como se resume en el capítulo de conclusiones del documento a revisar:

1. “La existencia de un efecto físico que produce calor en metales deuterados. El calor se mide en cantidades que superan notablemente a todos los procesos químicos conocidos, y los resultados son varias veces superiores a los atribuibles a determinados errores que suceden al emplear varias clases de aparatos. Además, las observaciones han podido, y pueden, reproducirse a voluntad una vez que se repiten las condiciones apropiadas, y muestran el mismo patrón de funcionamiento. Es más, se han descubierto muchos de las razones que provocaban los pasados errores a la hora de reproducir el efecto calórico”.

2. “La producción de Helio 4 como residuo asociado a este exceso calórico, en cantidades proporcionales a los mecanismos de reacción, que concuerde con D+D -> Helio 4 + 23,8 MeV de calor”. (MeV=Mega electrón voltio)

3. “Un efecto físico que da como resultado la emisión de: (a) partículas energéticas que concuerdan con las reacciones de fusión d(d,n)Helio 3, y d(d,p)t, y (b) alfas energéticas y protones con excesos energéticos de 10 MeV, y otras emisiones no consistentes con las reacciones deuterón-deuterón”.

Todo el material presentado puede encontrarse en http://www.sc.doe.gov Después de las presentaciones orales, los revisores solicitaron documentación adicional a los proponentes. Este material suplementario también puede encontrarse en el link arriba indicado.

Resumen Detallado de la Respuesta de los Revisores a los Elementos de Cargo.
A continuación incluimos un resumen de las respuestas de los revisores a los tres elementos de cargo, redactado por los directores del programa del DOE y cuya intención es la de dar un sentido general a los comentarios de los revisores. Se enviaron los comentarios de los revisores (tras eliminar las referencias a sus nombres y a las instituciones para las que trabajan) a los proponentes.

Elemento de Cargo 1. Examinar y evaluar las evidencias teóricas y experimentales de los sucesos de reacciones nucleares en materia condensada a baja energía (menos de unos pocos electrón voltios).

Las evidencias experimentales presentadas en el documento a revisar y en las presentaciones orales sobre la ocurrencia de reacciones nucleares son de dos tipos: producción de exceso de energía generado por una pila electrolítica en la que se incluían dos electrodos metálicos (típicamente paladio) y un electrolito deuterado; y las mediciones de los esperados productos resultantes de la fusión, tales como Helio 4 en la pila electrolítica, o cualquier otro de los productos que cabe esperar se puedan observar en procesos de fusión caliente: protón + tritón (el núcleo del tritio, que consta de dos neutrones y un protón), o neutrón + Helio 3, todo ello mediante una variedad de experimentos.

El exceso energético que se observa en algunos experimentos, está (según el informe) más allá de lo atribuible a la química ordinaria o a las fuentes en estado sólido; los proponentes atribuyen este exceso de energía a reacciones de fusión nuclear. Las evaluaciones de los revisores varían desde: 1) las evidencias del exceso calórico son convincentes, hasta 2) no existen evidencias convincentes de que este exceso sea producido de forma constante mientras dura el experimento. A este respecto los revisores se reparten a partes iguales entre ambas posiciones. Aquellos revisores que aceptan la producción del exceso calórico sugieren normalmente que el efecto es fácilmente observable, y bajo ciertas condiciones comprensibles, es convincente. Los revisores que no la encuentran convincente citan una serie de aspectos, incluyendo la de que el exceso energético a corto plazo no es igual al exceso total de energía neta producido a lo largo de todo el experimento; no todas las causas posibles (estados químicos o sólidos) del exceso calórico han sido investigadas y descartadas como posible explicación; y la producción de energía a lo largo de un período de tiempo es solo un pequeño porcentaje de la energía externa aplicada, y por ello la calibración y los efectos sistemáticos podrían influir en los efectos netos aparentes. La mayoría de los revisores, incluyendo a los que aceptaron las evidencias y a los que no lo hicieron, afirman que los efectos no son repetibles, la magnitud de los efectos no se ha incrementado a lo largo de más de una década de trabajo, y argumentan además que los informes experimentales no han sido bien documentados.

La hipótesis de que la producción del exceso energético en pilas electrolíticas es debida a reacciones nucleares de baja energía fue puesta a prueba en varios experimentos tratando de buscar subproductos propios de las reacciones de fusión D+D, particularmente Helio 4, el cual se produce en condiciones normales en un cantidad de 1x10^7 en las reacciones de fusión D+D en caliente. Los resultados sobre los que informa el documento a revisar parecen mostrar que el Helio 4 se detecta en 5 de cada 16 casos en los que se detectó el exceso calórico en las pilas electrolíticas. El Helio 4 detectado estaba normalmente en niveles muy próximos, aunque notoriamente por encima, de los niveles normales de fondo. Esta evidencia fue considerada convincente, o convincente en cierto modo por algunos de los revisores; para otros la falta de consistencia era un indicativo de que el sentido general de la hipótesis no quedaba justificado. Se citó que una de las posibles causas para el falso positivo en las mediciones resultantes pudo ser debida a la contaminación por aire de los aparatos o de las muestras.

En el documento a revisar y en las presentaciones orales se informó sobre experimentos con haces de luz (que no incluían pilas electrolíticas) y que parecían proveer evidencias de reacciones nucleares de baja energía. Estos experimentos implicaban haces de deuterio de baja energía incidiendo en hojas cargadas de metal, por ejemplo Titanio. Se diseñaron estos estudios para investigar los efectos pantalla en materiales que podrían ser relevantes en campos como la astrofísica nuclear. La visión de los revisores que hicieron los comentarios sobre estos estudios fue generalmente favorable, pero para varios revisores, estos estudios eran periféricos, en cierto modo, a la cuestión principal a revisar.

Una línea de investigación similar incluía el empleo de detectores de partículas usando técnicas de coincidencia para el cuenteo de deuterio en las hojuelas, estos experimentos tenían como objetivo la observación de productos típicos de las reacciones nucleares estándar, tales como protón + neutrón, protón + tritón o neutrón + Helio 3. Se presentaron indicaciones que parecían indicar la detección de coincidencias protón + tritón en bajos niveles. Incluso los revisores más escépticos citaron este trabajo como la línea de trabajo que debería de seguirse para alcanzar conclusiones claras. Sin embargo, para algunos revisores, los resultados no fueron convincentes en lo relativo a la ocurrencia de reacciones nucleares de baja energía. Los expertos hicieron notar varias deficiencias en los métodos, técnicas e interpretaciones de los datos presentados. Existen en la actualidad técnicas de última generación para el rastreo de coincidencias y metodologías de experimentación para la obtención de datos a bajos porcentajes más avanzadas que las que se emplearon para elaborar el informe a revisar y las presentaciones orales.

Los comentarios de dos tercios de los revisores (12 de 18) sobre el elemento de cargo 1 no creen que las evidencias de reacciones nucleares de baja energía sean concluyentes, uno las encontró convincentes, y los restantes (5) indicaron que en cierto modo estaban convencidos. Muchos revisores hicieron notar que el pobre diseño de los experimentos, la documentación, el control de los medios y otros elementos similares impidieron la comprensión e interpretación de los resultados presentados.

Elemento de Cargo 2. Determinar si las evidencias son lo suficientemente concluyentes como para demostrar que dichas reacciones nucleares suceden.

Los revisores expertos en física nuclear hicieron notar que el mecanismo de la fusión fría presentado por los proponentes no está de acuerdo con el conocimiento aceptado en la actualidad sobre la fusión D+D. En concreto, la fusión D+D viene acompañada por la producción de protones, neutrones, tritones, Helio 3, Helio 4 y rayos gamma altamente energéticos, todos ellos en proporciones bien conocidas. El cauce de fusión resultante en Helio 4 y rayos gamma aparece aproximadamente una de cada 10^7 reacciones de fusión D+D. Estas proporciones características en la aparición de productos de fusión se obtienen, hasta la fecha, para cualquier nivel de energía del deuterón incidente, y han sido medidos incluso a los niveles más bajos.

Tanto en el documento a revisar como en las presentaciones orales se argumentaba que los porcentajes de emisión de subproductos son diferentes a bajos niveles energéticos, y que en la fusión fría, el cauce predominante es el del Helio 4. Según estos documentos, no aparecen rayos gamma altamente energéticos acompañando al Helio 4, tal y como se observa en las reacciones de fusión D-D. En cambio, se estima que los valores energéticos resultantes de la fusión D-D (aproximadamente 24 MeV) surgen en forma de calor en la matriz de material. Para explicar estas características inusuales, se presentó a los revisores un marco de trabajo teórico que pretendía describir: el modo en la energía colectiva de la matriz de material se acopla a un par de deuterones para inducir la fusión; cómo el único cauce de fusión resultante sería la producción de Helio 4, y cómo toda la energía es reacoplada al material en forma de calor en lugar de en forma de rayos gamma de alta energía. Los revisores expresaron serias dudas en lo relativo a las pretensiones postulados en el modelo teórico propuesto para la explicación de la producción de Helio 4.

La evaluación preponderante por parte de los revisores indicó que el elemento de cargo 2, la ocurrencia de reacciones nucleares de baja intensidad, no quedaba concluyentemente demostrada por las pruebas aportadas. Un revisor creía que el suceso quedaba demostrado, y varios revisores no quisieron pronunciarse sobre la cuestión.

Elemento de Cargo 3. Determinar si hay caso para continuar con los estudios, y en ese caso identificar las áreas de estudio más prometedoras en las que centrarse.

Prácticamente, la opinión unánime de los revisores es que las agencias de financiación deberían contemplar las propuestas individuales y bien diseñadas de experimentación, que abordasen temáticas específicas relevantes para dilucidar si existe o no esa producción anómala de energía en los sistemas Pd/D, o si las reacciones de fusión D-D suceden a niveles de unos pocos eV. Estas propuestas deberían acometerse bajo los estándares científicos, y someterse a los rigores de la revisión por pares. Ningún revisor recomendó un programa específico sostenido por fondos federales centrado en las reacciones nucleares de baja intensidad.

Los revisores identificaron dos áreas en las que podrían realizarse investigaciones adicionales. La primera versa sobre las propiedades de los metales deuterados, incluyendo posibles efectos en aleaciones y dislocaciones. Estos estudios deberían de beneficiarse de las modernas herramientas para la caracterización de materiales. Una segunda posibilidad de estudio recae en el empleo de aparatos y técnicas que empleen tecnología punta, para detectar sucesos de fusión en finas planchas deuteradas. Varios revisores anotaron concretamente, que continuar la investigación siguiendo una mecánica similar a la de los experimentos efectuados durante los últimos 15 años, probablemente no haría avanzar el conocimiento sobre esta materia.

Conclusión

A pesar del significativo progreso en la sofisticación de los calorímetros, desde la primera revisión en 1989, las conclusiones alcanzadas por los revisores de hoy son similares a las alcanzadas aquel año.

Los revisores actuales, identificaron unas pocas áreas de investigación básica que podrían ser útiles en la resolución de algunas controversias en el campo, dos de las cuales fueron: 1) aspectos materiales de la ciencia de los metales deuterados, empleando técnicas de caracterización modernas, y 2) el estudio de las partículas emitidas por las hojuelas deuteradas, empleando aparatos y métodos de última generación. Los revisores creen que este campo podría beneficiarse de los procesos (revisados por pares) asociados a la remisión de estas propuestas a las diferentes agencias, y de la elaboración de documentos y su envío posterior a publicaciones adecuadas.

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Traducido por Miguel Artime para

Puede leerse el informe de revisión original aquí