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。

刘易斯推测该变化是由气体逸出变化引起的，但他并没有通过测量气体流量或通过测量电解质损失来确认这一点。在对超热进行的重新标定测试中，他认为冷聚变热与电流密度正好成比例，并且它会立即对电流密度变化做出响应。为了寻找超热，他降低了电解输入功率（从而降低了电流密度），并增加了相同水平的电阻加热功率进行补偿，使进入电解池的总功率总是相同。他希望降低电流密度以减少异常热。他没有看到。温度没有下降。因为他的假设是错的：冷聚变热并不总是与电流密度成正比。它也不立即响应。在某些情况下，如死后发热中，它会在关闭电源后持续几个小时。即使在电流密度降低后，如果冷聚变热持续处于相同水平，刘易斯的检查方法也不会显示出任何变化。

   迈尔斯用技术语言这样描述：[12]
   刘易斯的实验观察表明，P'_EL + P'_Re ≈ P_EL不能简单地证明没有超功率，而只能证明𝑃_𝑋 - 𝑃'_𝑋 ≅ 0，即当电解功率由电阻功率部分取代时P_X变化很小。有趣的是根据表2我们注意到，在刘易斯较高电流密度的实验中，维持恒定电解池温度所需输入功率(P'_EL + P'_Re)始终较小。这种效应与异常超功率的存在相一致，该异常功率随电流密度的增加而增加，接近弗莱希曼等人报道的幅度。
   并且：[22]
   加州理工报告中最令人不安的方面涉及Pd/D₂O + 0.1 M LiOD实验中的加热系数，该系数从14.7小时的14.0 K·W^-¹（0.0714 W·K^-¹）增加到115.0小时的15.9 K·W^-¹（0.0629 W·K^-¹）。这也可解释为13.6％的超功率效应。加州理工进行的Pd/H₂O + 0.1 M LiOH实验得出较低的加热系数（h = 12.5 ± 0.7 K·W^-¹），但该系数并未显示出随时间的大幅增加。使用14.0 K·W^-¹的恒定h值会产生超功率，该功率会随着电解时间而增加，直至76 mW。分析给出刘易斯实验的超功率密度为1.0 W/cm³ Pd，这与其他弗莱希曼和庞斯实验中使用类似电流密度下报道的结果极为一致。
我更简单地总结如下：[44]
   刘易斯可能已经观察到弗莱希曼和其他人在类似材料和电化学条件下所产生的超热。但是，刘易斯并没有断定自己看到14％的超热，而是断言仪器性能改变了14％。他没有确定引起更改的可能原因，也没有进行再标定测试来确认该变化并查明仪器误差来源。
   马洛夫（Mallove）形容得最好：
   站在秤上就别再去皮了。
   弗莱希曼、迈尔斯和其他人向《自然》杂志的编辑林德利（Lindley）去信指出了这些问题。诺尼斯基等人还发现其他问题。林德利说，他把批评寄给了刘易斯本人以寻求“建议”。换句话说，他问刘易斯应该接受还是拒绝对自己论文的批评，刘易斯认为他自己的工作还可以。这不是同行评议的工作方式。
   敬请读者阅读刘易斯、林德利、弗莱希曼等人的评论，并自行决定谁对谁错。

致谢

   感谢梅尔文·迈尔斯和让-保罗·比伯里安的许多有益建议和更正。他们都有使用ICARUS量热计的实际经验，并且撰写了许多描述量热及其结果的优秀论文。埃德蒙·斯托姆斯也提出了许多有益建议。

附录A. 18和19世纪的量热计能测量冷聚变效应吗？

马丁·弗莱希曼曾经指出，他们的量热方法是焦耳在1840年代开发的。焦耳测量电阻加热器产生的热量后发现了焦耳定律（热量 = 电流² × 电阻）。后来测量电解产生热量的是弗莱希曼和庞斯。[23]

本评述促使我想知道焦耳可否用他的仪器检测到冷聚变。我决定用与他的装置（图12）相似的电解池进行测试。焦耳对环境温度变化无可奈何。我则有意在春天打开房屋门窗，以免控制环境温度。

我使用了精度为0.1°C的热敏电阻以及模拟电压表和电流表。电源可以设置为1.1到4.0 W的5个级别。每个级别我都尝试几次，测量环境和电解池温度，然后计算电解池与环境空气间平均温差（表1）。图2（上方）显示了1.1和1.7 W时的标定，图3显示了标定曲线。

焦耳描述了不受控制的环境空气温度变化：“在做实验的不同日子里，使室内空气保持在安静、湿度等相同状态是困难的。”焦耳的温度计灵敏度大约是我的两倍，我的刻度为0.1°F。焦耳采用绝热而非等温外套法。在其他方面，他的实验确实类似于弗莱希曼和庞斯的。

  我得出的结论是，即使用我的粗笨仪器或焦耳1841年的仪器也可有把握地检测到许多冷聚变反应。我确信这些仪器可以测量1 W或约0.5 W的功率。斯托姆斯观测到124个非常成功的实验，超过1 W的有84个，超过0.5 W的有20个。[45]
  不用说，弗莱希曼和庞斯的量热计比焦耳的仪器或我设计的原始仪器要精确得多。我故意让环境温度变化高达2°C。他们将浴温控制在± 0.01°C内。他们使用了高稳定度热敏电阻，年稳定度在0.02％内，并根据NIST温度计进行了校准。因此，他们可以在毫瓦级别进行可靠的测量。他们的分析比我的初级近似值精确无比，也更复杂。它基于第一原理，而我使用的是初中教科书的近似值。
  我做测试的部分目的是为了反驳那些怀疑者，他们宣称该效应难以检测。我证明，过去150年中任何有能力的科学家都可以检测到许多冷聚变反应。事实上，用拉瓦锡（Lavoisier）和拉普拉斯（Laplace）于1780年制造的第一台现代量热计可能已经测量了许多反应，这就是冰量热计[13]。他们用它来测量豚鼠的新陈代谢，确认新陈代谢热与二氧化碳的比例与燃烧中的比例相同。来自豚鼠的热量在10个小时内融化了447 g水，这是149,097 J的热释放。除以10个小时得到3.91 W。这与现在估计的豚鼠代谢热2.67 W接近[46][1]。他们称量水的精确度至4 g（1德拉克马）。因此，他们可测量的最小热释放为4 g × 333.55 J/g ~ 1,334 J。如果在10个小时内只有4 g的融水，我想它会蒸发掉，从而难以精确测量。我想他们可以在1小时（3600秒）内测量出4 g的重量，这不难，这意味着他们可以测量最小1,334 J/3,600 s或0.37 W的功率，令人印象深刻。这足以确认1 W以上的冷聚变热。
  壳牌石油公司的研究人员制造了一种类似于拉瓦锡冰量热计的仪器，它当然更灵敏。他们用它测量了冷聚变反应产生的热量。[47]

附录B. 冷聚变的非科学反对意见

  有些人对冷聚变提出了许多非科学的反对意见。最常见的是它违反了理论，因为它不像等离子体聚变那样产生辐射。因此，它不会是聚变，所以这必须是实验误差。这将科学方法颠倒了。科学的基本原则是，实验是真理的唯一标准。实验定义了这种现象。他们表明冷聚变不可能是化学的，因为电解池没有化学燃料且产生的热量比任何化学反应都要多数千倍。它产生的氦与热的比率与等离子体聚变的比率相同，因此从定义上讲就是聚变。它不产生辐射，因此它的模式不能与等离子体聚变相同。
  当然，必须以高信噪比广泛重复实验，然后才能依赖他们。不应相信一次性冷聚变的报告。但这些实验已在180多个实验室中进行了数百次重复[45]。如果这些实验与物理学定律相抵触，那只能意味着这些定律是不正确的。
  实验是否真的与理论冲突是一个悬而未决的问题。一些理论家这样说，而其他人，如朱利安·许温格（Julian Schwinger）和彼得·黑格尔斯坦（Peter Hagelstein）则认为并非如此。无论哪种方式，理论都不能成为拒绝重复实验的基础。
  美国能源部ERAB小组负责人约翰·休曾加（John Huizenga）于1989年否决了冷聚变，他的书中有6点总结[48,49]。第5点是无论实验结果如何，都不能违反核理论。因此第6点是，由于影响不能是核的，也不能是化学的，因此我们先验地知道所有冷聚变正超热结果必然是误差：
  5. 如果报告的核产物强度比超热要求的小几个数量级，那么超热不是来自核反应过程。
  6. 此外，如果所宣称的超热超过了其他常规过程（化学、机械等）可能的热量，则必须得出结论，在测量超热时出现了误差。
  休曾加认为没有义务展示实验中的技术错误。根据他对核理论的解释，他们一定是错的。博德特（Beaudette）如此总结第5点和第6点：[50]
  在第5句中，他含蓄地否认了未知过程存在的可能性，因为在他表述的逻辑中没有留下任何位置。对于那些没有注意到缺失要素的读者来说，他的陈述导致了对该领域认识的普遍混乱。
  最后的第6句与第5句紧密相关。前5个否定了常规聚变能源的可用性，第6个否定了非核能源的可用性。瞧，没有异常能源之类的怪力乱神。
  第5、6句断言，核测量是科学，而量热不是科学。丢掉他们的测量但保留我的。我奇怪在科学中是否可以找到比这些句子更狭隘，更省事的专业观点。
  关于科学方法，还有许多其他混淆的概念，例如，只有在任何人都可以轻松重复之后，才接受实验。相反，许多实验只能由专家来重复，但难度很大。例如，下一组托卡马克等离子体聚变实验将需要数千专家在数十亿美元的ITER反应堆上工作。世界上没有其他机构可以从事这些实验。无人因为难以重复就声称不存在等离子体聚变。一个相关的想法是，除非重复几乎总是成功，否则无法接受实验。如果采用了该标准，则没有人在1950年代初期会相信晶体管是真实的，当时许多晶体管都失败了；或者说1950年代后期大多数火箭爆炸时，火箭是真实的；或只有千分之一的婴儿能够存活下来，克隆动物是真实的。如果你算出产生一个顶夸克所需的200亿个质子-反质子碰撞，那么找到顶夸克的失败率将是天文数字般高的。
  批评者犯了许多其他逻辑错误，特别在2004年美国能源部（DoE）审查中。罗斯韦尔和梅利奇（Melich）列出了14个最严重的错误。[51]

附录C. 传热系数[k_R']符号说明
  弗莱希曼和庞斯使用符号[k_R']表示辐射传热系数，该变量带有2或3个下标[k_R']_i,j,l。下标表示：
i表示分析方法：1 = 微分；2 = 向后积分；3 = 前向积分
j如果存在：测量周期。如果只有两个下标，则不包括该项。
j = 5，比原点高一点的时间
j = 6，比t₁稍高的时间[施加标定脉冲]
j = 7，比t₂稍高的时间[停止标定脉冲]
j = 8，j = 6和j = 7的时间组合
l表示1 = 下限；2 = 真值
因此：
[k_R']₁₁表示：微分，下限。
[k_R'] ₂₆₂表示：向后积分；时间段6；真值。
k_R'顶上的单横条表示这是11点平均值，其中每5分钟（共55分钟）测量一次值：
其他文件中使用的双杠表示两重平均。也就是说，在11点平均值基础上再进行6点平均（6 × 55 = 共330分钟）：
文献来源：Miles, M., M. Fleischmann, and M.A. Imam, Calorimetric Analysis of a Heavy Water Electrolysis Experiment Using a Pd-B Alloy Cathode 2001, Washington: Naval Research Laboratory, pages 4-5。所述平均值在第12页。

[1] 冰量热计很冷，所以豚鼠在其中可比平常产生更多的热。但是，它放在巢中（应该是连窝带鼠一起放入量热计中——译者注），拉瓦锡和拉普拉斯向我们保证，“在这些实验中，动物似乎没有遭罪。”

文献
1. Fleischmann, M., S. Pons, and M. Hawkins, Electrochemically induced nuclear fusion of deuterium. J. Electroanal. Chem., 1989.

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