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。

   此外，在随后的论文中，弗莱希曼等人报道了每立方厘米产生更多的能量。
   克雷萨应该已经明白这一点。他应该意识到，观测到的热量只会持续很短的时间，而不是120个小时。他写道：
   我们必须在这里报告，当我们从电解池中取出充氘的钯片并将其放在桌子上时，它烧焦了桌面。仍然可以说这是由于氘聚变。因此，我们使用仅含普通水（不含浓缩的重水）的电解质将钯阴极片充氢，然后将其放在一块木头上，在那里也烧焦了（见图2）。这定性证明，如果存在氧，充氢钯释放的氢可以催化氧气为水。该催化复合反应为
                  2 D₂ + O₂ → D₂O H_R° = - 147.3 kJ/mol D
   弗莱希曼和庞斯没有考虑这一点。
   弗莱希曼和庞斯是电化学家，他们当然考虑到了这些。克雷萨也是一名电化学家，因此他应该知道这产生的能量比他们所报道的要少数百倍，尽管它瞬间产生的能量足以烧焦木材。但任何高中生都应该知道功率与能量间的区别。
   克雷萨肯定知道，在相同数量的材料中，核反应通常比化学反应产生的功率要少，但能量却更大。如前所述，居里夫妇从0.1 g镭样品中测得0.012 W。该功率密度太低而无法烧焦木材。木制厨房火柴重0.2 g。它能产生约40 W的热，是镭的3,300倍，当然会烧焦木头。它在25秒内烧尽，产生约1,000 J的能量。镭可保持温暖，每年产生378,000 J。半衰期为1600年，因此从现在起的一千年后，它仍将每年产生245,000 J。
   其他科学家也犯了同样的错误，如乔治·查普林（George Chapline，劳伦斯利弗莫尔国家实验室）说：“弗莱希曼和庞斯重新发现了具有150年历史的德国打火机。”（1989年5月，文献[39]第102页）
   道格拉斯·莫里森反复引用“打火机效应”，很久以前人们就向他指出正在混淆功率和能量。他在1994年的一篇同行评议论文中发表了对“打火机效应”的冗长讨论，并引用了克雷萨的话。莫里森声称这种效应可解释弗莱希曼等人在《简单》论文中描述的沸腾和死后发热。[2,19]
   ···人们已经忘记了“打火机效应”···在用于第三阶段[死后发热]的简单计算中，忽略了氢与氧催化复合产生热量的重大影响。氧通过电解从阳极释放出来，并在电解快结束，电解池即将干涸时从空气中进来。弗莱希曼和庞斯的论文中没有提及任何测量离开试管的气体和蒸气中的氧气、氘气和水分含量的尝试。
   在莫里森发文之前，弗莱希曼提出了反驳：
   首先，我们注意到克雷萨等人的解释不可能应用于所质疑的实验：仅D₂O的汽化就将需要约1.1 MJ的能量，而钯中所有D的燃烧最多能产生约650 J（假设阴极中D/Pd已达到1左右），相差约1700倍。其次，需要解释的时间尺度是不可能的：扩散弛豫时间约为29天，而该现象最多花费约6小时···第三，克雷萨等人将功率（W）与能量（J）的概念混淆了，这又是一个错误，批评家们一直在寻求“冷聚变”的“化学解释”···
弗莱希曼还指出，即使氢以最快的速度扩散，也需要几个小时才能释放出来，并且燃烧产生的热只有5 W，而这种效应是145 W。莫里森看到了弗莱希曼的反应，他重写了论文的部分内容来解释这一点，但继续进行并发表了“打火机效应”部分。
克雷萨、莫里森和其他人怎么犯了这个错误？莫里森是欧洲核子中心（CERN）的职业科学家，CERN是世界顶级实验室。他一定懂得高等物理学才能胜任这个职位。功率和能量之间的区别属于中学物理。他不会不理解这一点，或者说克雷萨不太可能，但是我不能排除这一点。人们的教育水平存在差距和盲点。尽管如此，这就像不知道电流和电压之间的差异一样。这是一个令人难以相信的错误。
   我确信莫里森没有犯过粗心的错误，即他忘记了仔细检查。莫里森看到弗莱希曼的回应。通过比较莫里森评论的不同草稿以及分发日期，我们可以看到莫里森纠正了弗莱希曼指出的一些其他问题，但不是这一点。莫里森要么不理解功率与能量之间的区别，要么他出于恶意而试图说服读者存在一个他知道没有的问题。
   陶布斯的动机很明确。他告诉埃德蒙·斯托姆斯，他不在乎冷聚变是否真实。他写这本书只是赚钱。

10.4. 数据点不够

   史蒂文·琼斯（Steven Jones）、莫里森和其他批评家抱怨说，《简单》论文中数据的时间尺度不够。数据点间隔5分钟，他们说这不够密。数据点之间可能存在尖峰和功率漂移。莫里森首先在ICCF-3会议上提出了这一反对意见。作为回应，弗莱希曼展示了示波器的功率曲线，其分辨率更高，也没有峰值。
   可以通过其他两种方式解决此问题。首先，在没有超热的情况下以及在超热开始后的数周内，获取许多数据，直到沸腾为止。如果出现峰值和漂移，即使他们相距5分钟，也会出现在某些数据点中，因为在16天之内有4,600个数据点。假设峰值以随机间隔发生，那也足以显示峰值。其次，沸腾进行一段时间之后，水位会降到阳极和阴极之下，因此没有电流再通过电解池。然而，沸腾仍在继续。在此阶段，没有输入功率，当然也不会出现尖峰或漂移。

10.5. 关于何时以及如何测量传热系数的争论

   迈尔斯在NHE实验室进行了为期69天的实验，根据他和弗莱希曼计算出的传热系数，他得出结论，实验产生了超热。NHE的其他学者计算出较低的传热系数，并得出结论说没有超热。
   1989年，加州理工学院的刘易斯（Lewis）等人进行了一项实验，得出结论是未产生超热。他们从一个传热系数开始，然后反复增加其数值，总共增加了14％，因此结果总是为零。弗莱希曼、迈尔斯、诺尼斯基（Noninski）和其他人指出，该系数更有可能保持不变，并且有14％的超热。
   在这两种情况下，研究者在如何测量该系数以及在实验过程中何时进行测量上未达成一致。下面讨论这两种情况。
   弗莱希曼和庞斯首先在空白实验中用重水和铂阴极测量传热系数。重水的热质量和热中性电动势与普通水略有不同，因此，这比使用普通水进行空白测试的准确性更高。
   在重水中使用钯进行测试后不久，他们再次测量了传热系数，这称为动态标定。他们通常用加热脉冲来完成此操作（参文献[20]第14-18页）。如果在脉冲后温度回落到与脉冲前相同的水平，则他们认为脉冲显示出每瓦引起电解池温度的变化。只要热量稳定，即使有超热也可以工作。脉冲位于超热之上。
   许多研究者在实验开始不久就通过测量每瓦输入功率引起的温度变化来进行动态标定。该技术之所以有效，是因为在最初的几天中，钯体材的电化学冷聚变实验很少产生热量。因此，没有超功率，温升仅由输入功引起，与空白测试中的铂阴极一样。但这可能不适用于薄膜实验，薄膜实验有时充氘很快，立刻就开始发热。NHE的迈尔斯使用的钯-硼阴极也很快产热，有时是第一天。这使事情复杂了。
   以图3所示为例，系数为4.0°C/W。假设你不知道该系数。想在实验开始后即时进行测量。假设没有超热，并且输入2 W（橙色点）测得温差为11°C。你想传热系数为11°C/2 W = 5.5°C/W。为避免此错误，您需要寻找整个实验的传热系数下限，而不仅仅是一次。假设你测量：
             第1天：11.0°C，输入2 W，系数5.5°C/W
             第2天：13.0°C，输入3 W，系数4.3°C/W
             第3天：4.2°C，输入1 W，系数4.2°C/W
   下限为4.2°C/W，你假设这是没有超热时的系数。回到第1天并应用：2 W × 4.2°C/W = 8.4°C；11°C - 8.4°C = 2.6°C，这意味着超热为0.6 W。实际上，你有点儿不对。你低估了超热，因为没有意识到在最后一次测量中会有0.05 W的超热，否则，温度将是4.0°C而非4.2°C。
   系数下限为整个实验设置了零线。你不小心把零线调高0.05W。但此方法是安全的，因为即使可能低估了热量，也永远不会高估它。该方法适用于弗莱希曼和庞斯的量热计，因为大多数传热是通过辐射进行的，因此你知道该值不能低于理想的斯忒藩-玻尔兹曼系数。如果是这样，则仪器或数据分析出了问题。
   当你设想没有超热并且仅测量一回系数时，此方法将不起作用。这就是NHE的学者们做的。他们在实验第3天测量了温差；他们认为那天没有超热。他们得出的系数下限小于迈尔斯和弗莱希曼的。事实证明，在第3天有超热。他们还忘记了计入电阻加热器提供的0.25 W功率；他们还低估了电解池的热质量；并且他们犯了弗莱希曼已详细描述过的一些其他错误。[9]
   数据图显示NHE的系数有问题。
   迈尔斯在整个实验中每5分钟测量一次系数，发现最低值是在第61天，就是下图10中红色圆圈所示的数据点。他计算出当天的热系数下限为0.85065 ´ 10^-⁹ W/K⁴，他将其应用于所有数据点。图11显示了用NHE系数0.793504 ´ 10^-⁹ W/K⁴绘制的相同数据。这个结果是不可能的。它显示电解池在某些天产生了超热，而在另一些天产生负超热（吸热反应）。这些正向和负向偏移的净结果大约为零：未产生净超热。由于在这种条件下不可能发生吸热反应，因此NHE研究人员得出结论：量热计存在问题，或者弗莱希曼建议的方法存在问题。他们得出结论，迈尔斯没有观测到超热。

[1] 可以想象，一半的气体在水下再复合，而迈尔斯没有注意到这一点，他会认为存在约0.39 W的异常热。

[2] 即输出热功率大于总输入电功率——译者注

   在冷聚变的早期，加州理工学院的刘易斯就犯了类似错误[43]。他一直在调高零线。在相同的输入功率下，他看到温度逐渐升高14％。但他并没有设想这是由超热引起的，而是假设传热系数正在变化。他认为，在测试开始时，1 W会使温度升高14.0°C，但后来又使温度升高15.9°C。Lewis如此描述系数变化：
   我们···有时观察到这些电解池热损失速率突然或逐渐变化，这大概是由于气体逸出速率和/或形式的变化造成的。这些变化通常会导致电解池持续温度升高（这可解释为超焓产生），但是在此期间使用负载电阻器方法进行的重新标定并未显示任何异常超功率的证据，即使在已超过报道的Pd棒激活时间以后。

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