弗莱希曼和庞斯量热法述评—杰德·罗斯韦尔
2020-11-06 17:38:20 来源：冷聚变世界评论：0 点击：

本文介绍了弗莱希曼（Fleischmann）和庞斯（Pons）在实验中使用的量热方法。从1989年到1993年，他们发表了一系列论文，描述了三种量热方法：等温外套法、相变和冷却曲线分析。

   量热计的焓值 = 电解引起的焓输入 - 气流的焓值 + 超焓 + 标定脉冲 - 与时间有关的传热系数 ´（辐射效应 + 热传导效应）
该公式中的符号在该论文末尾的所用符号表中列出。读者可能会对这个公式中以及弗莱希曼和庞斯的大多数其他论文中的k_R表示法感到困惑。它意味着传热系数。它具有下标，例如[k_R']₁₁。在本文的附录C中对此进行了说明。
   在公式下面的部分中，解释了各个术语。这是一个非常详细的分析。它包含一些项，因为他们数值很小，因此几乎不需要考虑。例如，有两项与电解池中电解质液位的变化有关。随着电解的进行，水以游离氘气和氧气的形式离开电解池。水位下降。每两天补充一次水。这些水位的变化以两种方式影响量热：改变了电解池的热容量，改变了辐射散热壁的表面积。在该公式中，这两个效应由两项表示。第一项 “允许随时间变化的水当量。”这意味着计算了电解池中所有水、金属和玻璃的热容量，并将其转换为以摩尔为单位的重水热质量当量。当加热电解池时，温度变化乘以重水的比热就可以告诉我们电解池本身保留了多少能量。第二项（除λ替代β外，其余均相同）， “允许辐射表面积随时间减小。”当液位下降时，加热的电解池壁表面积变小，因此从该壁辐射到水浴中的热量也变少。这两种影响都在毫瓦级别。后者几乎被电解池上部的镀银和透明玻璃窗口完全否定：“···正如我们已经注意到的，对于在上部镀银的量热计，该项可以忽略（但是，该项对于在未镀银的杜瓦瓶中进行的测量非常重要）···”
   弗莱希曼和庞斯从第一性原理分析了他们的量热方法。他们分析了从电解池到周围环境的每条可测量的热传递路径。这是如此困难和严峻，以至于许多学者根本没有尝试这样做。如前所述，他们只需进行标定，然后使用标定曲线确定是否存在超热。
弗莱希曼和庞斯不仅根据基本原理进行了分析，还进行了广泛的标定，并显示出超热高于标定曲线。
   他们对细节的追求是不懈的。以至于在某种意义上说，这会对读者不利。人们可能会觉得，你必须用许多描述详细物理学的方程来确定冷聚变效应。你必须考虑液位的变化，这只会产生微小的影响。读者可能会想：“如果只能通过跟踪这么小的细节才能检测到冷聚变，那肯定是很小的影响。他们为什么要付出如此艰巨的努力将其测量到毫瓦。一定很难发现。这可能是一个错误。所有这些深奥的物理学和所有这些参数都可能隐藏着一些误差。”
   我多么希望弗莱希曼和庞斯首先强调，在第一近似中，超热很容易通过简单的分析来检测。他们制造了极其精确的仪器，并通过许多细微因素的复杂分析来提高了精确度。他们的仪器非常简单，但是非常好，可以检测到毫瓦的热量。他们这样做不是因为必须具有毫瓦的精度才能看到冷聚变，而是因为他们想仔细观测。他们要详细检查反应，并且想在反应出现时能立即检测得到。他们之所以这样做，是因为弗莱希曼喜欢“简单的硬件和复杂的软件”，正如他所说的那样，“软件”通常是指他用铅笔和纸进行的计算，包括方格纸上的铅笔图。（弗莱希曼喜欢图；他说眼睛是最好、最重要的分析工具。见文献[20]第14页。）
   让-保罗·比伯里安认为，如果没有如此精确的仪器，他们将不会发现该效应。他写道：“通过开发新仪器已经取得了许多新发现：用显微镜看到微生物，用望远镜看到木星的卫星，有很多例子。就冷聚变而言，这是一种高精度电化学量热计的创建。没有如此精确和简单的仪器，他们就不可能做出发现。” [21]
   该论文充满了技术细节。很多公式聚焦于水位问题。还有其他一些几乎无法产生可测量结果的细节。甚至有关于不可能发生事情的讨论。例如，他们对不同大气压的可能影响投入了大量精力。在一张图中，他们显示了一个模拟结果，说明如果不沸腾，水是如何从电解池中蒸发的。这将需要2.3个小时。大气压必须不同于当天的实际记录值。他们写道：
   下一节将讨论操作最后阶段的电解池内含物随时间变化的证据。图7C显示出使用两个假设大气压0.953和0.97 bar计算的(k_R')₁₁的值。选择第一个值是为了使电解池内含物平稳蒸发（M₀ = 5.0 D₂O），即直至电解池变干时刻（50,735 s）之前没有沸腾。但是，这种特殊的操作模式将要求电解池在变干前2.3 h时已充满一半。另外，此时的环境压力为0.966 bar。因此，我们认为，必须排除这种运行模式。
   事实是，水确实烧开了。他们看到它沸腾了。并且半瓶沸腾的时间只有10分钟，而不是2.3小时。假设的2.3小时场景与实际情况有很大不同，这对我来说似乎是人为的。他们总在竭尽全力地表明自己的严谨性，并告诉读者：“看，我们啥都想到了！”
   与该量热计相关的分析和软件很复杂，但样品池本身却优雅，简单，并且具有难以置信的精确度。它具有许多优点，请参见文献[22]中的描述：
   价格便宜，因此你可以轻易制造多个电解池并进行同时测试，如《简单》论文和视频所示。
   将电解池放在玻璃外壳的水浴中时，可以通过底部窗口看到电解池内部。这在沸腾实验中尤其重要。
   辐射作为传热方法具有诸如“无记忆”之类的优势。在电解池内壁上形成的气泡或静水层对辐射传热系数没有影响。可以将热电偶和小型核探头插入电解池而不影响量热法。
   量热中的两个主要参数是：1. 传热系数（k_R）在实验过程中不变；2. 电解池的总热质量（C_pM）确实会改变，但它可精确测量。它是所有电解池组件（包括玻璃、重水、电极、热敏电阻、电阻加热器等）的热质量，换算成一个数，等效于具有该热质量重水的摩尔数。（有趣的是，焦耳也曾将样品池中所有物质都转换为等效的水热质量。[23]）    其他硬件，例如水浴，价格昂贵。温控器将温度保持在±0.01°C以内。[14]

10. 争议

   1990年代，怀疑者们对弗莱希曼和庞斯的工作提出了许多异议。这些反对意见分为三类：
   情感和人身攻击，例如说冷聚变研究者是疯子和罪犯。从《华盛顿邮报》[24]到维基百科，成千上万种，到处都有。但我这里不予讨论。一些样本可参考文献 [25]。
   许多论文断言这种效应违反了理论，因此结果不可能是对的。例如，说在该类功率水平的聚变必须产生高中子流，其量大到足以杀死观测者，但没有出现这么多中子，所以这不可能是核聚变。这是一个逻辑错误。它违反了科学方法。当重复实验与理论冲突时，只能是实验正确，理论错误。怀疑者犯了许多其他逻辑错误。但是，这些错误也不在本文视野之内，因此将其归入附录B。
   断言量热计器和方法中存在错误。这些批评大多数是在非正式场合中进行的，例如会议和互联网讨论组。据我所知，只有莫里森和沙纳汉（Shanahan）发表了五篇同行评审的论文，试图发现量热错误[26-30]（另请参见对沙纳汉的反驳[31,32]）。在我看来，这些论文没有任何优点。敬请读者阅读并自行判断。    批评者们声称中子检测有误，这是对的。弗莱希曼和庞斯错误地使用了BF3计数器。弗莱希曼在首篇论文发表后不久就承认了这一点。
   在这里引用的五篇论文以及无数非正式场合中，批评家声称热测量存在错误，超热也非真实。在本文的剩余部分，我将讨论《简单》文中使用的三种量热方法的要求。我将试图证明这些说法是错误的。据我所知，没有人在《简单》一文发表之后撰文尝试指出回流量热计中存在的错误。
   在讨论具体错误之前，让我指出这些批评的普遍问题。据我所知，除了沙纳汉之外，没有任何怀疑者试图找出其他学者如斯托姆斯（Storms）[33]、麦库布[34]或迈尔斯[35]的工作，或意大利国家实验室（ENEA）论文[36]独立重复性实验中出现的错误。怀疑者只专注于弗莱希曼和庞斯的早期报告，好像其他文献都不存在。事实上，许多怀疑者们声称实验从未重复过，而且也没有其他文献。尽管有许多示例，他们在其他使用等温外套热量法的实验中没有发现任何错误。他们没有发现质流型量热、塞贝克量热、沸腾和冰相变量热或红外热像检测超热的错误。
   怀疑者也许认为，在所有这些使用不同技术的实验中寻找错误是徒劳的。理由不错——
   实验科学的基础之一是，当用两个或多个不同系统检测到同一种效应时，那就不会是系统误差。用等温外套、质流和塞贝克量热计检测到超热，就是基于三种不同物理原理的三种不同系统。如果他们都是错误的，则必须存在三个单独的系统误差。你不仅必须找到三个不同的误差，还必须解释为什么他们显示相同的基本行为。他们都符合麦库布的经验公式，即超热随充氘率、电流密度和氘流而增加[37]。你必须证明为什么钯和重水会产生效应，而铂和重水却没有。这是不可能完成的任务。难以想象的是，电流密度的变化，或者选择钯而非铂，会在物理上使不同的仪器中以某种程度触发相同类型的误差。即使你假设钯的选择可能会影响放置在电解液中的热敏电阻，也不会：
   以同样的方式影响热电偶；
   或电解池外的热电偶，这些热电偶放置在铜护套中，铜护套紧靠在电解池周围；
   或质流量热计中的热电偶，它放置在距电解池一定距离的冷却水流中；
   或塞贝克量热计中以一定距离包围电解池的热电器件。    想象一下，所有这些不同器件的设备都以相同的错误方式响应，并且仅当钯中氘含量高且电流密度也高时，他们才会这样响应。这真是神奇的想法。
让我们谈谈在《简单》文件中出现的具体、可量化的错误。这种说法可以辩论和证伪。
   弗莱希曼和庞斯公布这一发现之后，许多科学家有理由怀疑他们是否犯了一个错误。他们提出可能想到的会暴露出严重问题的每个疑问。四个与量热有关的主要问题是：
   混合不充分会产生看起来像超热的温度变化。
   可能出现的复合反应误差。
   阴极未热到足以发生聚变。这不是有效的反对意见。这样说的科学家混淆了功率和能量。
   争论何时以及如何测量传热系数。    这些反对意见很快得到答复和解决，但直到今天，这种反对意见仍在继续。

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