ICCF 12

International Conference on Cold Fusion

Du 27 novembre au 2 décembre 2005

Yokohama, Japon

1 - Introduction

La douzième conférence internationale sur la fusion froide ICCF12 s’est tenue à Yokohama au Japon. 88 personnes y ont participé. Elle était organisée par le Professeur Akito Takahashi. Bien que le nombre de participants ait été plus faible qu'à Marseille pour ICCF11 ou Boston pour ICCF10, la qualité des présentations était excellente, et des nouvelles importantes ont été apportées.

La conférence suivante se déroulera soit en Russie, soit aux Etats-Unis en 2007.

2 - La production de chaleur

2.1 - La diffusion gazeuse

Arata
Essential Condition of the Solid-State Deuterium Nuclear Fusion ("Cold Fusion") 

Arata a depuis plusieurs années montré des grands dégagements d'énergie en faisant l'électrolyse d'eau lourde avec une cathode de palladium creuse remplie avec de la poudre de palladium nanométrique.
Afin de faire un réacteur il a conçu un nouveau système avec un chargement par gaz. Il n'y a plus d'électrolyse. La cathode est enfermée dans une chambre chauffée de 'extérieur jusqu'à 150°C. Il rentre le gaz (hydrogène ou deutérium) dans cette chambre sous pression, et le gaz diffuse à travers la paroi extérieure de la "cathode" (qui n'en est plus une),et atteints la poudre de palladium nanométrique située à l'intérieur. Avec l'hydrogène, il n'a pas de résultat. Avec le deutérium, il a de la chaleur quand il met des poudres de palladium nanométriques. Cela ne fonctionne pas si la "cathode" est vide, ou s'il met du noir de palladium. Malheureusement son expérience ne permet pas de faire des mesures précises d'excès de chaleur. L'analyse du gaz à l'intérieur de la "cathode" montre la formation d'hélium-4.

Li
Excess Heat Induced by Deuterium Flux in Palladium Film

En 1989 Fralick et al. de la NASA ont réalisé une expérience de recherche de neutrons en pompant le deutérium contenu dans un purificateur d'hydrogène. Dans le cas où le système est rempli de deutérium à une pression de 14 atmosphères, la température monte de 383 à 400°C en 15 secondes. Il n'y avait aucun changement de température quand ils utilisaient de l'hydrogène. Li a réalisé une expérience analogue avec une feuille de palladium de 0.3g. Un excès de chaleur de 3 Watts est observé.

Clauzon
Abnormal Excess Heat observed during Mizuno type Experiments 

Il a décrit sa cellule fonctionnant à niveau d'électrolyte constant et à température constante de 100°C. La quantité d'eau évaporée est mesurée par la perte de masse de l'ensemble cellule et réservoir annexe.  La puissance d'entrée est calculée par un wattmètre. L'électrode est en tungstène avec 2% de thorium. La calibration est faite avec une résistance.
La puissance appliquée est de 300 à 700 Watts. Il obtient avec 200 Volts un COP de 1,0, mais avec 350 Volts le COP est compris entre 1,31 et 1,41.
Il a remarqué que le résultat n'est pas changé quand il remplace l'eau légère par de l'eau lourde ou K₂CO₃ par Na₂CO₃.
Kowalski est intervenu pour dire qu'il avait essayé de refaire cette même expérience, mais qu'il n'avait pas réussi.

2.2 - Les expériences d’électrolyse

El Boher
Progress in Electrolysis experiments at Energetics Technologies

Ils utilisent la technique d'électrolyse avec une tension sous la forme de "super waves", c'est-à-dire des sinuso¨des sur lesquelles sont rajoutées d'autres sinusoïdes, avec un aspect fractal.
Ils obtiennent maintenant en routine des excès de chaleur supérieur à 100%, avec un maximum de 600%.
Les résultats sont améliorés s'ils rajoutent des ultra sons;
Ils collaborent avec SRI (Stanford Reaserach Institute), l'ENEA (le CEA italien) et la NRL (Naval Research Laboratory). Ils sont financés par DARPA (une agence dépendant du Département de la Défense américaine).
Le dégagement de chaleur dure jusqu'à 137 heures, mais au début l'excès de chaleur est très élevé, puis diminue régulièrement
En rajoutant des ultra sons, le chargement D/Pd est supérieur à O.95.
L'analyse des électrodes montre la formation de cavités tétraédriques à la surface des cathodes. La reproductibilité est de 66%

Dash
Seebeck Envelope Calorimetry with Pd/D2O+H2SO4 Electrolytic cell

Ils font des expériences similaires à celles qu'ils faisaient précédemment, c'est à dire électrolyse d'électrodes de palladium avec un catalyseur pour recombiner les gaz. Mais la calorimétrie est plus précise, car ils utilisent un calorimètre de type Seebeck (une grande quantité de thermocouples placés en série). Dans ce système ils peuvent changer la température de la paroi externe du calorimètre, et donc de la température de l'électrolyte.
Ils ont obtenus des excès de chaleur de 1.3 Watt pour une puissance input de 13 Watts.
Ils ont ensuite observé les cathodes par microscopie électronique et analyse X. Ils ont mesuré la présence d'argent dans certaines parties de l'électrode.

Mizuno
Anomalous Energy Generation during Conventional Electrolysis

Il y a quelques mois une explosion s'est produite.  Mizuno a décrit  ce qui s'était passé. Il  commençait  une  électrolyse  à faible courant  dans  une cellule de 1000 ml en Pyrex qu'il utilisait depuis 5 années. Il y avait 700 ml d'électrolyte 0.2M de K₂CO₃. La tension était de 15 Volts et un courant de 1.5 A. C'était au début de l'expérience, et en 40 secondes, la température est montée de 20 à 80°C. Il a aperçu une lumière brillante et une explosion qui a brisé la cellule et la paroi en Plexiglas de protection. Il ne pouvait y avoir au plus que de 2 à 3 ml d'oxygène et d'hydrogène.
Le rapport de la puissance produite par rapport à la puissance fournie est au moins de 800!
Une analyse de l'électrode a montré la présence de S, K, Ca, Si, Ba, Ce, Ti, Nd, Sm, Fe, Co, Cu.
Cette explosion ne peut pas être expliquée par une réaction chimique, c'est selon lui une réaction W+4H qui donne de nombreux produits de fission.

Dash
Effect of an additive on Thermal Output during Electrolysis of Heavy Water with a Palladium Cathode 

En ajoutant du titane dans l'électrolyte 0,02 g/ml au maximum, il observe un accroissement de l'excès de chaleur. L'analyse par microscopie électronique montre la présence d'argent sur la cathode.
 

Biberian
Excess Heat Observed during Electrolysis of Deuterated Phosphoric Acid with Palladium Electrodes and a Solid State Electrolyte in Deuterium Gas.

J'ai expliqué comment avec un système de chargement de cathode en phase gaz, nous n'avions pu atteindre qu'un chargement de 0.7 et pas d'excès d'énergie. Nous étions passés ensuite à un système où le deutérium passe de l'anode à la cathode. En appliquant la loi de Nernst qui relie le potentiel à la pression du gaz, si nous arrivons à abaisser ce potentiel, nous pouvons obtenir des pressions très élevées au moment de la formation de la molécule de deutérium, et donc une possibilité de réaction de fusion. J'ai montré que dans une expérience où la face gaz de la cathode était recouverte de zinc, un dégagement de chaleur se produisait proportionnel au courant.

2.2 – Stimulations laser

Violante
Progress in Exccess of Power Laser Triggering

Ils font l'électrolyse d'eau lourde avec comme électrolyte LiOD. L'expérience permet de mesurer la production d'hélium-4, et d'exciter la surface avec un laser en incidente rasante en faisant varier la polarité de la lumière.
Des excès de chaleur de 20 à 50% sont obtenus avec une excitation laser avec une polarisation "p". La polarisation "s" ne produit aucun effet.
L'excès de chaleur se produit quand le chargement est élevé.
La production d'hélium-4 dans le gaz correspond avec une erreur de 30% aux 22 MeV de la réaction D+Dà He-4
Des excès de chaleur de 100 mW (15%) sont mesurés.

2.3 – Faisceaux énergétiques

Kasagi
Kinematical measurement for the D+D --> p+t  Reaction in metals at Ed ~ 10keV. Are Target Deuterons in Motion Before Collide?

En faisant interagir un faisceau de deutérium sur des cibles métalliques deutérées, il mesure le rapport entre la quantité de protons et de tritium produits correspondant aux deux chemins de réaction D+D. Ce rapport est légèrement différent de l'unité. Ses mesures montrent que le deutérium de la cible ne recule pas quand il est frappé par le deutérium incident. Ceci indique que c'est l'ensemble du cristal qui reçoit l'impulsion comme dans l'effet Mossbauer!

3 - Les rayonnements

3.1 – Electrolyse

Lipson
Reproducible Nuclear Emission from Pd/PdO:Dx Heterostructure during Controlled Exothermic Deuterium Desorption

Il fabrique une couche d'oxyde de palladium sur la surface du palladium de 20nm d'épaisseur par oxydation avec une torche au propane. Il charge ensuite cette cathode en deutérium par électrolyse jusqu'à D/Pd =0.7 avec un courant de 20 mA/cm2. Il compare les résultats au deutérium avec une expérience identique avec de l'hydrogène.
Il décharge l'électrode, et au cours de cette décharge, il mesure la production de protons  et de particules alpha énergétiques par un film de CR-39. Sa conclusion:
Production de protons de 1,6 et 3 MeV avec un rendement de 1.15% seulement avec le deutérium
Production d'alphas de 11 à 16 MeV avec un taux de 0.5%, mais aussi bien avec le deutérium qu'avec l'hydrogène
La réaction se produit à une profondeur de 2µm de la surface
 

3.2 - Décharges plasma

Miley
Intense non-linear soft X-ray emission from a hydride target during pulsed D bombardment

Ils font une décharge plasma dans une atmosphère de deutérium sous 10 Torr. C'est une décharge pulsée, avec une cathode de palladium. Les rayons X sont mesurés derrière une fenêtre de béryllium, qui élimine tous les rayons X d'énergie inférieure à 600eV. Ils mesurent des X d'énergie 600eV avec des décharges de 300 Volts, ce n'est donc pas une émission due au rayonnement de freinage. Il s'agit d'une émission cohérente de rayons X!

Karabut
Research into Energy and Temporal Characteristics of X-ray Emission from Solid State Cathode Medium of High Current Glow Discharge 

Des décharges plasma dans du deutérium ou de l'hydrogène à une pression de 10 Torr se produisent en utilisant des cathodes en Al, Sc, Ti, Ni, Mo, Pd, Ta et W à une tension de 1 000 à 2 500 Volts et un courant allant jusqu'à 200 mA. Lorsque la décharge est arrêtée, une émission X provenant de la cathode continue avec un faisceau d'énergie 0,5 à 20 keV. Dans certains endroits on observe des tâches intenses et petites qui ne changent pas de taille lorsque l'on éloigne le film, ceci montre qu'il doit y avoir une émission comparable à un faisceau laser X.

Karabut
Research into Low Energy Nuclear Reactions in Cathode Sample Solid with Production of Excess Heat, Stable and Radioactive Impurity Nucleides

Des décharges dans du deutérium avec des tensions de 1000 à 1400 Volts ont permis de produire des excès de chaleur de 150%. L'analyse par spectrométrie de masse et par SIMS montre que les réactions se produisent dans une couche de surface de 1µm d'épaisseur.

3.3 – Monopôles magnétiques

Savvatinova
Unusual Structures on the Material Surfaces Irradiated by Low Energy Ions and in Other Various Processes

Des traces anormales ont été observées sur des films X qui correspondent à ceux observés par Urutskoev.

3.4 - Neutrons

Lipson
Generation of DD Reactions in a Ferroelectric KD₂PO₄ Single Crystal During Transtion Through Curie Point (Tc=220K)

Lorsque la température du cristal passe au point de Curie 220K, une émission de neutrons est mesurée. Le projet est de fabriquer un générateur de neutrons de 10⁶ neutrons par seconde.

4 - Les transmutations

4.1 - Diffusion gazeuse

Iwamura
Observation of Surface Distribution of Products by X-ray Fluorescence Spectrometry during D₂ Gas Permeation through Pd Complexes

Les expériences précédentes qu'ils avaient fait avaient montré qu'au cours de la diffusion du deutérium à travers le complexe de palladium, c'est à dire une feuille de palladium de 100µm d'épaisseur recouvert de couches alternées CaO-Pd, lorsque du césium est déposé à la surface, il se transmute en praséodyme. Lorsque c'est du baryum qui est déposé, il se forme du samarium.
Cs-133 se transforme en Pr-141 : rajout de 4 protons et 4 neutrons
Ba-138 se transforme en Sm-150 : rajout de 6 protons et 6 neutrons
Ba-137 se transforme en Sm-149 : rajout de 6 protons et 6 neutrons
Ces mesures ont été faites par XPS in situ, puis par TOF-SIMS
Afin de cartographier la composition des produits à la surface, ils ont fait des expériences avec une source synchrotron SPring8. Une cartographie de fluorescence X a été faite qui montre que les produits de transmutations se font probablement aux joints de grain. Information intéressante: à 120°C, il n'y a plus de transmutation.

Kitamura
In-situ Accelerator Analysis of Palladium Complex under Deuterium Permeation

Il a refait l'expérience d'Iwamura, mais inversée, c'est à dire que le deutérium est placé sous pression du côté palladium, et le côté multicouche côté vide. Les résultats obtenus sont similaires.

Yamada
Producing Transmutation Elements on Plain Pd-foil by permeation of Highly Pressurized Deuterium flow

Ils ont fait une expérience similaire à celle d'Iwamura. Ils ont fait diffuser du deutérium sous une pression de 10 atmosphères. Trois échantillons différents  de dimensions : 12,5x12,5x0,1 mm³ ont étés utilisés:
Palladium seul
Césium déposé sur le palladium
Des multicouches CaO/Pd + Césium.
Les expériences  de diffusion ont duré entre une et deux semaines. Les analyses ensuite ont été faites par TOF-SIMS et ICP-MS.
Pour l'échantillon 1: Il est apparu du bore, du magnésium, du calcium, du zinc, du baryum. Pour l"échantillon 2: il est apparu la masse 137, dans ce cas, il y a eu addition de deux protons et de deux neutrons.

Li
High Resolution Mass Spectrum for Deuterium (Hydrogen) Gas Permeating Through Palladium Film

Il a fait diffuser du deutérium à travers une feuille de palladium, et a analysé les gaz à la sortie. Le spectre de masse haute résolution fait apparaître un pic à la masse 3 qui correspond soit à du tritium soit de l'hélium-3. Par contre il ne trouve pas d'hélium-4.

4.2 – Electrolyse

Toryabe, Mizuno, Ohmuri et Aoki

Elemental Analysis on Palladium Electrodes after Pd/Pd Light Water Critical Electrolysis

Ils ont fait l'expérience de Mizuno avec deux électrodes en tige de 1 mm de diamètre de palladium et comme électrolyte du Na₂CO₃. L'expérience a duré 15 jours, mais le point de fonctionnement choisi était celui du pic de courant (quand on trace la courbe du courant en fonction de la tension, le courant montre d'abord, puis redescend). L'analyse montre sur la cathode du fer, titane, chrome, manganèse et nickel.
 

Celani

New Procedure to Make Active, Fractal Like, Surfaces on Thin Pd Wires.

Nouvelle procédure pour produire des structures fractales sur la surface de fils fins de palladium. Arata obtient des taux de chargement supérieur à 1 avec des nano particules en mettant ces particules dans une matrice de ZrO₂. Ces nano particules ont une structure fractale.

Ils ont fait des expériences avec comme cathode un fil de palladium très fin. Ils rajoutent de la silice qui se dépose sur la cathode, et on obtient des taux de chargement élevés. Par ICP-MS on mesure de nouveaux éléments : Pt, Cu, Zn.

Avec de l'eau lourde il y a une baisse du Pd-108.

Conclusion: les nano structures sont importantes pour obtenir des forts taux de chargement.

4.3 – Transmutations biologiques

Vysotskii
Experimental Observation and Combined Investigation of High-Performance Fusion of Iron-Region Isotopes in Optimal Growing Microbiological Associations.

Il a fait se développer les bactéries Escherichia coli et Deinicocus Radiodurans dans un milieu de culture contenant de l'eau lourde et du MnSO₄. Il montre un résultat très important : la baisse du Mn-55, et l'augmentation du Fe-57! Ces analyses ont été faites par Mossbauer et spectrométrie de masse.

5 – Le taux de chargement

5.1- La supraconductivité

Lipson

Evidence of Superstoichiometric H/D LENR Active Sites and High Temperature Superconductivity in a Hydrogen-Cycled Pd/PdO

Le palladium est supraconducteur à T<1 mK. Par contre pour PdHx pour x>0.8  la température critique va de 1 à 9 K.

Le chargement et de déchargement du palladium produit des dislocations jusqu'à 5.10¹¹ /cm². L'énergie de liaison de l'hydrogène dans les dislocations est forte: 0.7 eV, avec une pression de 120 GPa dans les dislocations.

Ils ont réalisé l'expérience suivante: 62mg de palladium 99,999% qui a été chargé et déchargé électrochimiquement en hydrogène plusieurs fois, puis recuit à 300°C pendant deux heures, laminé pour obtenir une épaisseur de 12,5 µm et enfin oxydé pour obtenir une couche de PdO de 20nm. Ensuite chauffé à 870°C. Des mesures de désorption thermique montrent que l'hydrogène est très lié dans les dislocations avec une énergie de 1.7 eV.

Les mesures de  susceptibilité magnétique montrent une transition supra conductrice de 18 à 40 K pour PdHx et de 40 à 70 K pour PdOHx.

5.2 – La résistivité

McKubre

Using Resistivity to Measure H/Pd and D/Pd Loading; Method and Significance

Il a fait un rappel de l'historique de la courbe de la résistance du palladium en fonction du taux de chargement. Les nouvelles données montrent que les véritables taux de chargement sont légèrement inférieurs à ceux que l'on pensait.

Il a montré aussi que le coefficient de résistivité thermique en fonction du taux de chargement est constant jusqu'à 0,95, mais monte ensuite très vite.

Il montre aussi que ce qui est important c'est le taux de lacunes: à haute température il y a de nombreuses lacunes, à faible taux de chargement et à basse température il faut un fort taux de chargement.

5.3 - Fragilisation

Lipson

Enhanced First Wall Damage in ITER type Tokamak due to LENR Effects.

Dans un Tokamak, la réaction de fusion  D + T à He-4 + n produit de l'hélium, mais aussi des neutrons de 14 MeV qui interagissent avec les matériaux environnant et les fragilisent en volume. Ce phénomène est connu, et pris en compte dans la construction de ITER et des futures centrales de fusion. Par contre un phénomène connu des spécialistes de la fusion froide n'a pas été envisagé. Les ions D⁺ lorsqu'ils interagissent avec des métaux deutérés ont une section efficace beaucoup plus grande que celle prévue à partir des mesures faites dans le vide. A une énergie de 1keV, une amplification de 9 ordres de grandeurs peut se produire grâce à un effet d'écrantage par les électrons. Les ions deutérium interagissent avec le deutérium du métal pour former de l'hélium. Au bout de 10 années de fonctionnement, ce deutérium va diffuser aux joints de grain en suffisamment grandes quantités pour fragiliser le métal.

6 – Cavitation

Le projet de la société IESI du Canada

Le système de cette société a été expliqué par de deux conférenciers:

Krivit

Introduction to a Novel Method for Cold Fusion Condensed Matter Nuclear Reactions

puis

Vysoyskii

Observation and Investigation of He-4 Fusion and Self Induced Electric Discharges in Turbulent Distilled Light Water

Voici la synthèse de ces deux exposés:

Cette méthode a été développée par Koldamasov de Russie et Yang de Corée, et industrialisée par la société IESI du Canada. Nous avons vu une vidéo de la démonstration qui a eu lieu en juin 2005 à laquelle ont participé outre Krivit lui-même, Fleischmann, McKubre et Hagelstein. Le système est très simple, c'est un petit tube de Plexiglas épais dans lequel est placé un diaphragme avec un trou d'environ 1mm de diamètre et de longueur environ 1cm.  Un liquide, soit de  l'huile de machine  soit de  l'eau  très pure circule grâce à une pompe  haute pression.  Lorsque la pression  est de 20  à 30 atmosphère la couleur  du liquide  à la sortie du diaphragme  est  de  couleur  laiteuse.  Vers  30  atmosphères, le jet est transparent. Vers 40 atmosphères, la couleur redevient couleur laiteuse, vers 60 atmosphères, le liquide redevient transparent. Vers 70- 80 atmosphères, on observe un jet de couleur bleue de 6mm de diamètre et de 10cm de longueur. très parallèle. Des décharges électriques se produisent de part et d'autre du diaphragme avec une lueur bleue an amont du diaphragme. C'est de la cavitation avec sonoluminescence qui est produite.

L'expérience est totalement reproductible, il n'y a pas de pièce métallique, pas d'électrochimie. Un excès de chaleur de 10 000% est observé. La couleur observée correspond à une température de 5000K.

Dans le cas du fonctionnement à l'huile, la réaction proposée est celle d'une fusion entre les noyaux de C, N, O, H. Dans le cas de l'eau, du bore est rajouté, et la réaction proposée est: B-11 + H-1 à 3 He-4. En effet de l'hélium est mesuré dans ce genre d'expérience.

 7 - Les théories

7.1 – Distribution des vitesses

Kim
High Density Quantum Plasma Fusion Mechanism for Low Energy Nuclear Transmutation Reaction
En faisant un calcul de mécanique quantique classique, il montre que dans le cas d'un système de N charges identiques avec un spin entier, la distribution de vitesses de Maxwell-Boltzmann ne s'applique pas, et qu'il existe beaucoup plus de particules ayant des vitesses  élevées. Son modèle s'applique aussi bien au deutérium qu'à l'hydrogène. Il en conclut qu'il faut accroître  le chargement en H ou D, et augmenter le nombre de H ou D mobiles.

7.2 – Résonance

Li
Multiple Scattering of Deuterium Wave Function near Surface of Palladium Lattice
Il a développé une théorie d'interférences multiples lorsque le deutérium entre dans le palladium. Il montre que le flux est important. Lorsque le deutérium absorbé dans le palladium est re-pompé, la température monte au lieu de baisser alors que cette réaction est normalement endothermique
 

8 – Conclusion

Au niveau scientifique plusieurs avancées ont été faites : les résultats d'Arata sont spectaculaires et montrent qu'une diffusion de deutérium dans des nano particules de palladium permet d'obtenir un fort dégagement de chaleur. Kasagi a montré expérimentalement avec ses expériences de faisceaux de deutérium sur des cibles métalliques deutérées qu'il n'y avait pas de recul des noyaux formés par la réaction. En conséquence l'idée de l'absorption de l'énergie par l'ensemble du réseau, c'est-à-dire l'effet Mossbauer inverse était probablement l'explication de l'absence de rayons gammas. Kim de son côté a montré théoriquement qu'il y avait à basse température une queue de particules à haute énergie non négligeable qui peut expliquer l'origine de ces réactions à basse température. Les résultats obtenus au Canada avec des jets d'eau ou d'huile haute  pression produisant de la cavitation et de la sono luminescence sont évidemment très prometteurs, mais il est nécessaire que nous en sachions plus pour pouvoir avoir une idée réelle de cette technologie.

Ma compréhension du phénomène est maintenant la suivante. Pour qu'il y ait réaction nucléaire froide, il faut: un flux de noyaux de deutérium qui rencontrent des sites riches en atomes deutérium (atome voulant dire ici un environnement ou le noyau de deutérium est entouré d'électrons fournis par le métal). La réaction est non pas D⁺ contre D⁺qui est impossible à faible énergie à cause de la barrière de Coulomb beaucoup trop élevée, mais D⁺ contre D. Dans ce cas, les électrons font écran, et facilitent la réaction. Cet environnement de deutérium atomique doit se localiser dans des sites particuliers, probablement des surfaces,  interfaces, joints de grain ou lacunes. Tout le travail important qui nous reste à faire est de produire ces sites particuliers.

Cette conférence a aussi montré que le domaine des Réactions Nucléaires dans la Matière Condensée est maintenant entrée dans une phase nouvelle: reconnaissance du thème par les instances officielles: DARPA aux Etats-Unis finance certains travaux, expériences produisant des grands excès d'énergie: IESI au Canada, Arata au Japon. Il est probable que dans les années qui viennent le sujet rentrera définitivement dans les domaines scientifiques et industriels traditionnels.