Energia, ambiente e innovazione - Enea
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energia, ambiente e innovazione
N
editoriale
el 1989 Martin Fleischmann e Stanley Pons, due elettrochimici dell’Università dello Utah, an-
nunciarono di aver prodotto energia, sotto forma di calore, da palladio deuterato, mediante pro-
cedimento elettrochimico. La cosiddetta “fusione fredda” fu difficile da ripetere attraverso gli
esperimenti e fu in larga parte abbandonata. Alcuni istituti e laboratori di ricerca in Francia, Ger-
mania, Giappone, Russia, Stati Uniti e Cina hanno continuato però la ricerca in questo campo. In Ita-
lia l’ENEA ha brevettato un tipo di metallo che consente di riprodurre in modo affidabile la so-
glia di concentrazione di deuterio all’interno del reticolo di palladio, necessaria a innescare il feno-
meno. A venti anni dall’annuncio di Fleischmann e Pons si è tenuta a Roma, dal 5 al 9 ottobre
2010, la XV Conferenza internazionale sui fenomeni nucleari nella materia condensata, cui hanno
partecipato centocinquanta esperti provenienti da tutto il mondo. Si è trattato del maggior even-
to internazionale su questo tema durante il quale è stato fatto il punto sullo stato di avanzamen-
to della ricerca, scambiando esperienze tra discipline diverse. Pensiamo sia utile e d’interesse per i
nostri lettori riportare un’ampia rassegna delle tematiche affrontate nel corso della Conferenza,
curata da Violante, Sarto, Castagna e Lecci dell’ENEA.
In tema di fonti rinnovabili, due articoli si occupano dell’energia eolica. Nel primo, Foresta Martin e
Calcara ci offrono un breve excursus sull’età pionieristica dell’eolico in Italia, alla fine degli anni
Trenta del secolo scorso, quando il fisico Antonino Lo Surdo lanciò l’idea di sfruttare il vento per
produrre energia elettrica anche in Italia. Finita la guerra, il progetto non riuscì a decollare, perché
l’Italia stava puntando sugli idrocarburi e sull’idroelettrico, e l’energia nucleare sembrava sufficien-
te a rispondere alla domanda di energia, a prezzi bassissimi. Nel secondo articolo Pagnoni e Ber-
tasi presentano un quadro dell’impatto dell’eolico sull’avifauna, basato su numerosi studi interna-
zionali condotti negli ultimi venti anni. Le conclusioni che se ne possono trarre non sono univoche,
né aiuta molto la normativa nazionale e regionale, una ancora carente, l’altra a volte eccessiva.
Prosini ci presenta le attività di ricerca ENEA nel campo della produzione d’idrogeno dall’acqua
tramite cicli termochimici. Uno di questi, il ciclo NIS, originariamente sviluppato per essere alimen-
tato da energia solare, potrebbe utilizzare energia termica prodotta da reattori nucleari di IV ge-
nerazione per produrre grandi quantità d’idrogeno.
Borriello, De Maria e Schwarz illustrano un metodo alternativo per rendere più compatibili substra-
ti inorganici idrofilici, quali i filosilicati, con matrici polimeriche idrofobiche. I risultati di una pri-
ma indagine dimostrano le potenzialità che la modificazione di substrati inorganici offre per lo
sviluppo di materiali alternativi avanzati.
Di nuovi materiali, le fibre di carbonio attivato per il trattamento dei reflui dell’industria tessile,
si occupano Donnaperna, Duclaux e Pietrelli. Nell’ambito di una collaborazione con un’università
italiana e un centro di ricerca francese, è stata sperimentata, in ambito ENEA, l’applicazione dei
tessuti a base di fibre di carbonio, nel trattamento di acque reflue derivanti dall’industria tessile.
La ricerca rappresenta la migliore garanzia per assicurare a un paese competitività e benessere
economico. L’Unione Europea è in ritardo, in termini di risorse umane impegnate in ricerca e svilup-
po, rispetto agli Stati Uniti e al Giappone. Per questo motivo nuove iniziative sono state messe in
campo per cercare di colmare questo gap. De Crescenzo le illustra brevemente nel suo articolo.
Nell’articolo di Manilia viene presentato un progetto attuato di concerto con la Regione Siciliana
per lo sviluppo di un modello energetico che punti largamente sull’utilizzo di fonti rinnovabili. Si
tratta di uno dei compiti dell’agenzia ENEA, di supporto tecnico-scientifico alle amministrazioni
locali, in tema di energia.
Infine Amato fornisce un utile vademecum per le piccole e medie industrie per accedere ai pro-
getti europei.
Il Direttore Responsabile
Flavio Giovanni Conti
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
1
sommario
primo piano
LA XV CONFERENZA INTERNAZIONALE SUI FENOMENI NUCLEARI
NELLA MATERIA CONDENSATA (ICCF-15), SVOLTASI A ROMA
6 DAL 5 AL 9 OTTOBRE 2009
ICCF-15: 15TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON CONDENSED MATTER
NUCLEAR SCIENCE (ROME, 5-9 OCTOBER, 2009)
Vittorio Violante, Francesca Sarto, Emanuele Castagna, Stefano Lecci
riflettore su
18 UN PIONIERE DIMENTICATO DELL’ENERGIA EOLICA
A FORGOTTEN PIONEER OF WIND ENERGY
Franco Foresta Martin, Geppi Calcara
studi & ricerche
PRODUZIONE DI IDROGENO ED ENERGIA ELETTRICA CON REATTORI
24 NUCLEARI DI IV GENERAZIONE
IV GENERATION NUCLEAR REACTORS FOR HYDROGEN AND POWER
GENERATION
Pier Paolo Prosini
L’IMPATTO DELL’EOLICO SULL’AVIFAUNA E SULLA CHIROTTEROFAUNA:
38 LO STATO DELLE CONOSCENZE E IL TREND VALUTATIVO IN ITALIA
WIND ENERGY IMPACT ON BIRDS AND BATS: CURRENT KNOWLEDGE
AND EVALUATION TREND IN ITALY
Gian Andrea Pagnoni, Fabio Bertasi
COMPATIBILIZZAZIONE DI NANOCARICHE INORGANICHE
48 PER LA PREPARAZIONE DI COMPOSITI POLIMERICI
COMPATIBILIZATION OF INORGANIC NANOFILLER TO PREPARE
POLYMERIC COMPOSITES
Carmela Borriello, Antonella De Maria, Massimo Schwarz
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
2
segue studi & ricerche
LE INIZIATIVE COMUNITARIE NEL SETTORE DEL CAPITALE UMANO IN
60 RICERCA E SVILUPPO
EU INITIATIVES FOR R&D HUMAN CAPITAL
Vittorio De Crescenzo
NUOVI MATERIALI PER IL TRATTAMENTO DI REFLUI DELL’INDUSTRIA
64 TESSILE: LE FIBRE DI CARBONE ATTIVATO
NEW MATERIALS FOR THE TREATMENT OF TEXTILE WASTEWATER:
ACTIVATED CARBON FIBERS
Lucio Donnaperna, Laurent Duclaux, Loris Pietrelli
REGIONE SICILIANA ED ENEA PER L’ENERGIA, L’AMBIENTE
72 E LO SVILUPPO: IL PROGETTO SICENEA
SICILIAN REGION AND ENEA FOR ENERGY, ENVIRONMENT AND
DEVELOPMENT: SICENEA PROJECT
Emilio Manilia
appunti di
78 ACCESSO DELLE PMI AI PROGETTI EUROPEI: ALCUNE INDICAZIONI PER L’USO
Flavia Amato
cronache
DAL MONDO, DALL’UNIONE EUROPEA, DALL’ITALIA,
82 DALL’ENEA, EVENTI, LETTURE
dal Mondo 82
dall’Unione Europea 85
dall’Italia 88
dall’ENEA 91
Eventi 93
Letture 94
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
3
Bimestrale dell’ENEA Anno 56, gennaio-febbraio 2010 Il contenuto degli articoli pubblicati è di esclusiva responsabilità degli autori. La riproduzione di articoli o parte di essi deve essere autorizzata dall’ENEA. Direttore responsabile Flavio Giovanni Conti Comitato tecnico-scientifico Osvaldo Aronica, Paola Batistoni, Vincenzo Di Majo, Stefano Giammartini, Massimo Maffucci, Emilio Santoro Responsabile editoriale Diana Savelli Coordinamento redazionale Paola Molinas ENEA – Lungotevere Thaon di Revel, 76 – 00196 Roma Tel. 06-36272907 – e-mail: paola.molinas@enea.it Collaboratori Giuliano Ghisu Promozione Paola Crocianelli Traduzioni Carla Costigliola Progetto grafico Bruno Giovannetti Lo staff della rivista Da sinistra: Stefano Giammartini, Paola Molinas, Osvaldo Aronica, Paola Crocianelli, Massimo Maffucci, Giuliano Ghisu, Vincenzo Di Majo, Diana Savelli, Flavio Giovanni Conti, Paola Batistoni, Emilio Santoro, Bruno Giovannetti (foto di Roberta Francescone) Stampa Fabiano Group srl - Regione San Giovanni, 40 - 14053 Canelli (AT) Registrazione Tribunale Civile di Roma - Registrazione in corso Pubblicità Fabiano Group srl - Regione San Giovanni, 40 - 14053 Canelli (AT) Tel. 0141 827802 - Fax 0141 827830 - e-mail: info@fabianogroup.com Abbonamento annuale Italia € 21,00 + € 8,00 (spese di spedizione), Estero € 21,00 + € 15,00 (spese di spedizione); una copia € 4,20 - C.C.P. n. 12439121 intestato a Fabiano Group srl Tel. 0141 8278234 - Fax 0141 8278300 - e-mail: ordini@fabianogroup.com Finito di stampare nel mese di marzo 2010 www.enea.it
autori
Fabio Bertasi Franco Foresta Martin
Istituto Delta Ecologia Applicata, Ferrara Giornalista scientifico
pag. 38 pag. 18
Carmela Borriello Emilio Manilia
ENEA, Unità Tecnica Tecnologie Portici ENEA, Unità Tecnica Efficienza Energetica
pag. 48 pag. 72
Geppi Calcara Gian Andrea Pagnoni
INGV e Archivio Centrale dello Stato Istituto Delta Ecologia Applicata, Ferrara
pag. 18 pag. 38
Vittorio De Crescenzo Loris Pietrelli
Parlamento Europeo, ENEA, Sezione Metodi e tecnologie per
Direzione Generale Politiche Interne, la gestione dei rifiuti
Scienze and Technology Options Assessment
pag. 60 pag. 64
Antonella De Maria Pier Paolo Prosini
ENEA, Unità Tecnica Tecnologie Portici ENEA, Unità Idrogeno e Celle a Combustibile
pag. 48 pag. 24
Lucio Donnaperna Massimo Schwarz
Università degli Studi La Sapienza, ENEA, Sezione Tecnologie e processi di
Dipartimento di Ingegneria Chimica, dei trattamento e rivestimento dei materiali
Materiali delle Materie prime e Metallurgia
pag. 64 pag. 48
Laurent Duclaux
Laboratorie de Chimie Moleculaire et
Environment, Polytech Savie,
Le Bourget du Lac Cedex France
pag. 64
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
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primo piano riflettore su studi appunti di
& ricerche
primo piano
La XV Conferenza
internazionale sui
fenomeni nucleari La conferenza ha fornito
nella materia approfondita presentazione
tecnica e discussione critica dei
condensata (ICCF-15), risultati più recenti e dei
svoltasi a Roma progressi nel campo dei
dal 5 al 9 ottobre 2009 fenomeni nucleari nella
materia condensata, ed ha
Vittorio Violante promosso lo scambio di
Francesca Sarto
Emanuele Castagna informazioni trasversale tra
Stefano Lecci i diversi settori scientifici
ENEA, Unità Tecnica Fusione connessi con questa area di
ricerca altamente
interdisciplinare
ICCF-15: 15th International
Conference on Condensed
Matter Nuclear Science
(Rome, 5-9 October, 2009)
The Conference has provided an in depth technical
presentation and critical discussion of the latest results and
development in the condensed matter nuclear science. It
has also promoted the cross-disciplinary exchange of
information between the several scientific fields related
with such a highly-interdisciplinary research area
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
6
La XV Conferenza internazionale sui fenomeni nucleari nella materia condensata (ICCF-15)
Sono trascorsi circa vent’anni dall’annuncio di Mar- si può ancora parlare di riproducibilità controlla-
tin Fleischmann e Stanley Pons. I due elettrochi- ta, ma senza dubbio si tratta di un notevole passo
mici dell’Università dello Utah sostennero, nel cor- in avanti nello studio del fenomeno.
so di una conferenza stampa, di aver prodotto ener- Oltre all’Italia, con l’ENEA, l’INFN e alcuni Istituti
gia, sotto forma di calore, da palladio deuterato universitari tra cui il Dipartimento Energetica dell’U-
mediante procedimento elettrochimico. Secondo niversità La Sapienza di Roma, vi è una ragguar-
l’interpretazione dei due elettrochimici la produ- devole attività negli Stati Uniti. Diversi gruppi svol-
zione di energia in eccesso era riconducibile ad una gono attività di ricerca anche in Francia, Germa-
reazione di fusione tra nuclei di deuterio (isotopo nia, Giappone, Russia e Cina.
dell’idrogeno) nella materia condensata. Gli studi, sia teorici che sperimentali, condotti nel
Dopo l’annuncio, chi provò a ripetere l’esperimen- campo della scienza dei materiali hanno consentito
to di Fleischmann e Pons ottenne risultati molto di accrescere il controllo sul fenomeno e di creare
contrastanti. Alcuni laboratori di vari paesi che pro- le premesse per una sua completa comprensione.
varono a ripetere l’esperimento non riuscirono a Su questo specifico tema cresce l’attenzione a livel-
replicare quello che i due chimici dichiaravano di lo di istituzioni: finanziamenti specifici sono stati
primo piano
aver ottenuto. Poiché la riproducibilità è un fattore stanziati in Italia dal Ministero per lo Sviluppo Econo-
essenziale per la definizione di un fenomeno scien- mico attraverso il Progetto di ricerca “Generazione
tifico, la fusione cosiddetta “fredda” fu in qualche di Eccesso di Potenza in Metalli Deuterati”, condot-
modo considerata ascrivibile a errori di misura, ve- to dall’ENEA nel biennio 2006-2007. Tutti gli obiet-
nendo di fatto abbandonata dalla maggior parte tivi fissati dal progetto sono stati ampiamente rag-
di ricercatori e laboratori. Soltanto un limitato nu- giunti. Anche negli Stati Uniti è in corso un proces-
mero di istituti continuò a studiare la materia. so di revisione del fenomeno, il lavoro di ricerca è
Gli esperimenti, nel corso di questi anni, hanno supportato con fondi governativi ed ampio spazio è
messo in evidenza che, talvolta, l’eccesso di po- dedicato alla scienza dei materiali.
tenza si manifesta anche con una notevole viva- Gli incoraggianti risultati fino ad ora ottenuti in
cità. L’istituto californiano SRI International e la IM- questo ambito, con segnali ben superiori all’incer-
RA Japan osservarono, all’inizio degli anni 90, che tezza di misura ed il trasferimento della riprodu-
si trattava di un fenomeno ‘a soglia’, vale a dire cibilità, creano una premessa solida affinché il per-
che l’eccesso di potenza si innesca solo se si rag- corso intrapreso secondo questo indirizzo di ricer-
giunge un livello di concentrazione di deuterio (ov- ca continui nel futuro.
vero di quantità di atomi di deuterio) all’interno Per quanto concerne la natura del fenomeno, si
del reticolo di palladio non inferiore ad un certo può dire che, sulla base della scienza nota e in ba-
valore. Dopo diversi anni di studio, l’ENEA ha crea- se alle misurazioni calorimetriche, è difficile spie-
to e brevettato una tipologia di questo metallo e gare i fenomeni che si osservano come effetti chi-
un processo per realizzarlo, che consente di ripro- mici. Una misura calorimetrica consiste nel bilancio
durre in modo affidabile la soglia di concentrazio- tra la potenza che viene immessa dall’esterno nel
ne necessaria all’innescarsi del fenomeno. sistema e quella che il sistema emette. Nel suo
I materiali prodotti sono stati forniti anche ad al- complesso, lo studio è ancora in una fase di ricer-
tri istituti, come, ad esempio, l’SRI e l’Energetics ca fondamentale e ben lontano dal piano appli-
(Stati Uniti). Anche questi gruppi di ricerca hanno cativo. Attraverso la ricerca di base occorre rico-
potuto constatare che l’utilizzo di questi materia- struire, definire e comprendere lo scenario di fron-
li aumenta la probabilità di osservare il fenomeno te al quale ci troviamo.
della produzione di eccesso di potenza. Certo, non Con questo spirito è stato organizzata e condotta
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
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Vittorio Violante, Francesca Sarto, Emanuele Castagna, Stefano Lecci
la XV Conferenza internazionale sui fenomeni nu- conoscenza e della funzione dell’EU attraverso il
cleari nella materia condensata. Si tratta del mag- VII programma quadro. Il Prof. Luigi Campanella,
gior evento internazionale su questo tema, con- Presidente della Società Italiana di Chimica, nel suo
cernente principalmente la produzione di poten- intervento, ha sottolineato il ruolo della chimica
za in idruri metallici, meglio conosciuta come ef- nell’energia e nella sostenibilità. Il Dr. Enzo De Sanc-
fetto Fleischmann&Pons. tis, Vice Presidente della Società Italiana di Fisica,
La ricerca in questo campo si inquadra sostanzial- ha chiuso la sessione di apertura della manifesta-
mente come ricerca di base; tuttavia essa apre in- zione ricordando gli aspetti più importanti del la-
teressanti prospettive scientifiche collegate al te- voro di revisione scientifica in corso in questo setto-
ma, di grande attualità, delle energie rinnovabili re della ricerca, ossia lo studio delle proprietà dei
e sostenibili. materiali e l’identificazione del fenomeno.
Questa edizione della manifestazione ha avuto Il Prof. Robert Duncan, Research Vice Cancelor e
una valenza particolare, in quanto il suo svolgi- Docente presso l’Università del Missouri, ha dato
mento è coinciso con il ventesimo anniversario del- inizio alla prima sessione tecnica, dedicata all’ef-
la scoperta dell’effetto della produzione dell’ec- fetto Fleischman e Pons, esponendo il suo punto di
cesso di potenza in palladio deuterato. All’incontro vista di osservatore “esterno” alla comunità scien-
hanno partecipato numerosi esperti provenienti tifica che opera in questo settore.
da tutto il mondo (circa 150). Durante questa sessione, dedicata allo studio della
La manifestazione si è svolta con il patrocinio della produzione di potenza in eccesso nel palladio deu-
primo piano
Società Italiana di Chimica, della Società Italiana di terato attraverso procedimento elettrochimico, so-
Fisica e del Consiglio Nazionale delle Ricerche. L’a- no stati presentati i risultati ottenuti presso l’SRI In-
pertura dei lavori si è avuta con un intervento del ternational, l’Energetics e l’ENEA nell’ambito dei
Prof. Fleischmann, il quale ha ricordato l’evolversi recenti programmi di ricerca svolti in stretta collabo-
della materia fin dalle sue origini nel 1989. Dopo razione tra gli istituti. È stato dato particolare rilie-
il prof. Fleischman è intervenuto Il Dr. Renzo To- vo alla riproducibilità trasferita del fenomeno e al
mellini della Direzione Generale del Direttorato del- lavoro rivolto all’identificazione delle caratteristiche
la Ricerca della Commissione Europea, il quale ha del materiale ritenute necessarie per l’ottenimen-
parlato del ruolo dei materiali nella società della to della produzione di potenza in eccesso.
Figura 1
Laboratorio di Calorimetria presso il centro ENEA Frascati
Fonte: ENEA
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
8
La XV Conferenza internazionale sui fenomeni nucleari nella materia condensata (ICCF-15)
Il Naval Research Laboratory ha mostrato l’elevato a 12 W per grammo di palladio nei materiali Zr-
livello dei risultati raggiunti nello studio dei mate- NiPd. Esperimenti simili sono stati condotti presso
riali e nello sviluppo delle tecniche calorimetriche. l’Università di Kobe, in collaborazione con la Tecno-
Senza dubbio, nello studio dell’effetto Fleischmann va e presso l’Università di Tohoku in collaborazio-
e Pons, l’evidenza che identiche osservazioni spe- ne con la Toyota. Esperimenti di questo tipo sono
rimentali siano state effettuate in diversi istituti at- stati condotti anche presso il Naval Research La-
traverso l’utilizzo di campioni di palladio, prepa- boratory di Washington DC, utilizzando zeoliti con-
rati in ENEA e provenienti da identici lotti di ma- tenenti nano particelle di palladio. Le misure han-
teriale, ha elevato il livello di attenzione nei con- no evidenziato una produzione di calore con il
primo piano
fronti di questa disciplina. Questi risultati sono sta- deuterio superiore a quella ottenuta con l’idroge-
ti inoltre determinanti per il superamento delle mi- no. Esperimenti con deuterio gassoso sono stati
lestones previste dai programmi di revisione ai qua- effettuati anche presso l’INFN.
li si è fatto cenno in precedenza. Di solito, i guadagni di energia ottenuti con gli
Negli esperimenti condotti in elettrolisi, è stata rag- esperimenti condotti con deuterio gassoso sono
giunta una ampiezza dei segnali molto superiore risultati inferiori a quelli ottenuti con il procedi-
all’incertezza di misura, con guadagni di potenza mento elettrochimico. L’analisi di questi risultati
anche superiori al 500% e con diverse strumen- comporta uno studio approfondito dell’interazio-
tazioni calorimetriche. ne degli isotopi dell’idrogeno con le nano-parti-
Gli studi, sia teorici che sperimentali, condotti nel celle di palladio, partendo dai dati di letteratura
campo della scienza dei materiali hanno consenti- che mostrano una notevole differenza tra i valori
to di accrescere il controllo sul fenomeno e di crea- delle funzioni termodinamiche (i.e. entalpia) quan-
re le premesse per una sua migliore definizione. do gli idruri sono ottenuti con nano particelle, ri-
Sono state identificate numerose caratteristiche spetto ai valori ottenuti con dimensioni delle par-
del materiale (palladio) necessarie per avere una ticelle metalliche superiori al micron.
significativa probabilità di osservare la produzio- Nel quadro dei fenomeni nucleari nella materia
ne di potenza in eccesso. Resta tuttavia un pro- condensata, sicuramente le misure delle sezioni
blema non ancora risolto: quello di riuscire ad d’urto della reazione deuterio-deuterio a bassa
ottenere, in maniera riproducibile, un materiale energia costituiscono un elemento di novità che
con tali caratteristiche. Ciò ovviamente compor- merita la massima attenzione.
ta l’assenza, allo stato attuale, del controllo sia È stato osservato sperimentalmente che le sezioni
della completa riproducibilità che dell’ampiezza d’urto della reazione di fusione tra due nuclei di
del segnale termico prodotto. deuterio aumentano, rispetto alla reazione nel vuo-
Una sessione della conferenza è stata dedicata agli to, anche di diversi ordini di grandezza, se la reazio-
esperimenti condotti mediante caricamento gas- ne avviene in materiali deuterati.
soso del deuterio. Esistono sostanzialmente due Il Prof. Kasagi, dell’Università di Tohoku, ed i Pro-
tipi di esperimenti di caricamento gassoso: quel- fessori Huke e Chersky, dell’Università di Berlino,
lo statico e quello dinamico. Nel primo caso, il deu- hanno mostrato i loro risultati relativi all’aumento
terio penetra nel materiale fino al raggiungimento della sezione d’urto della reazione deuterio-deute-
delle condizioni di equilibrio, mentre nel secondo rio alle energie dell’ordine del KeV, quando questa
caso il gas si solubilizza nel materiale e diffonde reazione avviene in materiali come il palladio, l’os-
mantenendo uno stato di non equilibrio. sido di palladio e in altri. La sezione d’urto, al decre-
Esperimenti con deuterio gassoso sono stati con- scere dell’energia delle particelle, arriva ad aumen-
dotti dai Professori Arata e Zhang presso l’Univer- tare anche di alcuni ordini di grandezza rispetto a
sità di Osaka. Il deuterio compresso fino a circa 15 quanto avviene nel vuoto o nei plasmi. Questo
atm è stato inviato su letti di nano polveri di comportamento si spiega in termini di un forte ef-
ZrO2Pd35, ZrO2Ni30Pd5. Misure di temperatura han- fetto di screening, non noto fino a poco tempo fa.
no portato a stimare produzione di potenza fino Anche se la reazione è condotta in maniera clas-
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
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Vittorio Violante, Francesca Sarto, Emanuele Castagna, Stefano Lecci
sica, con i tipici prodotti di reazione (neutroni, trizio, nenti la formazione di microcavità); analisi elemen-
protoni ed elio tre), resta significativo il fatto che tare via FIB e mediante Microscopio Elettronico a
la materia condensata esercita un effetto tutt’al- Trasmissione (TEM) della superficie stessa e delle
tro che trascurabile sulla reazione di fusione. interfacce ai bordi di grano (gradienti); decora-
zione degli elettrodi o patterning per uno studio
Materiali sistematico dell’influenza della rugosità sui micro-
cambiamenti strutturali occorsi durante l'esperi-
I materiali rivestono un ruolo cruciale nel settore mento; patterning ad elevato rapporto di aspetto
delle reazioni nucleari a bassa energia nella mate- (ad esempio foreste di pilastri, pillar forests) per
ria condensata (LENR), non solo in quanto ade- indagare il rapporto tra effetti di superficie e di vo-
guate caratteristiche dei materiali sembrano esse- lume e fluido-dinamici durante l'esperimento.
re una condizione necessaria per l’insorgenza di Li Voti ed altri (Dipartimento di Energetica, Univer-
tali fenomeni, ma anche per ottenere l'affidabilità sità “La Sapienza” di Roma) hanno prodotto sia
necessaria per aumentare la riproducibilità ed il calcoli teorici che risultati sperimentali ottenuti
controllo del loro verificarsi. analizzando fenomeni di scattering della radia-
Elementi essenziali della ricerca sono la produzio- zione luminosa. Il lavoro ha dimostrato la possibi-
ne dei materiali, la loro modifica e caratterizzazio- lità di stimare i parametri di rugosità di superfi-
ne prima, durante e dopo gli esperimenti. Data cie attraverso misure di scattering, giungendo ad
l'importanza centrale dei materiali, attenzione si- ottenere valori che sono in ottimo accordo con
primo piano
gnificativa è stata loro data durante l’ICCF-15. i dati forniti da misure effettuate con tecniche
Lo studio globale dei materiali richiede l’analisi sia profilometriche e di microscopia a forza atomi-
della loro composizione che della loro struttura. ca (AFM). È stato inoltre proposto un metodo per
La determinazione di tali caratteristiche, in parti- prevedere la probabilità di eccitare plasmoni di
colare su scala nanometrica, sembra essere fon- superficie (modi di eccitazione collettiva degli
damentale per il raggiungimento della comprensio- elettroni associata alle oscillazioni del plasma di
ne, della riproducibilità, del controllo e, forse, del- elettroni contenuti in un metallo; il plasmone è
lo sfruttamento delle LENR. il quanto delle oscillazioni di plasma) su superfici
Bemporad e i suoi collaboratori (Gruppo di Ricer- rugose.
ca di Scienza e Tecnologia dei Materiali, Università Sarto e collaboratori (ENEA, Centro Ricerche Fra-
“Roma Tre”) hanno presentato una relazione sul- scati) hanno discusso il ruolo della morfologia e
l'uso combinato di fasci di ioni focalizzati (FIB) e della rugosità della superficie dei catodi di Palladio
di micro e nano prove meccaniche per la caratte- nel caricamento elettrochimico di deuterio e nel-
rizzazione delle superfici dei materiali utilizzati ne- l’amplificazione e localizzazione della radiazione
gli esperimenti LENR: nel caso di materiali non luminosa.
omogenei e di rivestimenti, l'uso di tecniche di na- Il lavoro presentato ha sottolineato come gli sce-
no-indentazione, anche a profondità di indenta- nari teorici suggeriscano che effetti elettro-dina-
zione molto bassa, può essere utile per una rapida mici siano coinvolti nella produzione di eccesso
identificazione di importanti aspetti micro-struttu- di calore; disomogeneità locali del campo elet-
rali. In particolare, il lavoro presentato suggerisce tro-magnetico (EM) incidono sulla cinetica elet-
metodi per eseguire misure di tensioni residue su trochimica e sulla ricostruzione dell’interfaccia
fogli o tubi di Pd, e per esaminare la superficie e metallo/elettrolita.
le proprietà meccaniche locali (anche inter-grano): Il campo EM può essere amplificato in prossimità di
gradienti di densità, modulo elastico reale e ap- un’interfaccia metallo-dielettrico tramite l'eccita-
parente, fenomeni di infragilimento. zione di plasmoni di superficie (SP).
Inoltre, si suggerisce la possibilità di effettuare in- La rugosità superficiale e strutture morfologiche
dagini su siti specifici sulla superficie e sotto di es- locali rendono possibile l'accoppiamento della sor-
sa: micro/nano-cambiamenti strutturali (concer- gente di campo EM con i modi del SP, in quanto
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
10La XV Conferenza internazionale sui fenomeni nucleari nella materia condensata (ICCF-15)
primo piano
Figura 2
Immagine AFM 2D e 3D di un campione di Pd dopo attacco chimico
Fonte: ENEA
forniscono alla sorgente di campo EM l’incremen- ficazione di campo si può verificare su campioni
to del vettore d’onda necessario a soddisfare la che forniscono eccesso di calore.
necessaria conservazione della quantità di moto: Castagna e colleghi (ENEA, Centro Ricerche Fra-
è il “contenuto” di vettore d’onda della morfo- scati) hanno discusso l'interazione della radia-
logia superficiale (cioè lo Spettro di Potenza) che zione elettromagnetica con la superficie di ca-
svolge il ruolo fondamentale nell'interazione con todi di palladio idrurato. Nel lavoro presentato
il SP. In particolare, i profili di superficie con valo- è stato considerato che la solubilizzazione di idro-
ri più alti della Power Spectral Density (PSD) per geno o deuterio all'interno di un reticolo metal-
valori del vettore d’onda corrispondenti alla con- lico e la formazione di un idruro metallico per-
dizione di accoppiamento, hanno una maggiore turba in maniera rilevante gli elettroni ed i fo-
probabilità di sostenere modi propri dei plasmoni noni del materiale ospite; di conseguenza, la
di superficie. densità degli stati elettronici del palladio si modi-
Il campo elettrico associato alla carica di oscillazio- fica all’aumentare della concentrazione di deute-
ne del SP è amplificato a causa del suo confina- rio nel reticolo metallico.
mento spaziale vicino all'interfaccia. Una fluttuazio- Le variazioni della funzione dielettrica del palladio
ne di corrente elettrica nel doppio strato elettro- sono state considerate tenendo conto sia della for-
chimico potrebbe innescare eccitazioni dei pla- mazione di idruro di palladio sia della presenza, in
smoni di superficie fino a lunghezze d'onda del- una interfaccia elettrochimica sotto polarizzazio-
l’ordine della frazione di micron. ne catodica, di una elevata concentrazione di cari-
La morfologia superficiale dei catodi di Pd è stata ca elettrica superficiale.
caratterizzata mediante microscopia a forza ato- Sono state effettuate delle simulazioni le quali han-
mica (AFM), dopo il caricamento elettrochimico no mostrato come, su di una superficie di adegua-
di deuterio. ta rugosità, l’eccitazione di plasmoni di superficie
L’amplificazione del campo elettrico a causa del- (SP) possa essere ottenuta sulla superficie di cato-
l’eccitazione del plasmone è stata stimata sulla ba- di di palladio idrurati o deuterati. Tale eccitazione,
se delle immagini AFM e dello Spettro di Potenza in condizioni adeguate, può dar luogo ad elevate
da queste ricavato. I risultati indicano che l’ampli- amplificazioni del campo elettromagnetico. Una
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
11Vittorio Violante, Francesca Sarto, Emanuele Castagna, Stefano Lecci
Figura 3
Eccesso di potenza osservato nei laboratori del Centro Ricerche ENEA di Frascati
Fonte: ENEA
primo piano
modellizzazione avanzata dei processi che si veri- di una collaborazione internazionale volta a tro-
ficano a livello sia dell’interfaccia elettrochimica vare una correlazione tra le caratteristiche dei ma-
che nel corpo del metallo sembra essere il primo teriali e la produzione di eccesso di calore. Tale col-
passo verso l'ingegnerizzazione dei materiali. laborazione include scienziati di due laboratori ne-
Violante (ENEA, Centro Ricerche Frascati), il Chair- gli Stati Uniti (il Naval Research Laboratory e lo
man della Conferenza, ha fornito la panoramica Stanford Research Institute International), di uno
in Italia (Università “La Sapienza” di Roma) e uno
in Israele (Energetics Technologies Ltd.). Il gruppo
di ricerca ha utilizzato tecniche di diffrazione a rag-
gi X per determinare l'orientamento cristallogra-
fico in lamine di Pd e tecniche di microscopia a
forza atomica per misurare la rugosità superficia-
le dei campioni.
Le lamine di palladio caratterizzate sono state uti-
lizzate come catodi in esperimenti di calorimetria in
elettrolisi. È stato rilevato come campioni che pre-
sentano prevalentemente orientazione cristallo-
grafica secondo la direzione (100) e adeguata ru-
gosità superficiale mostrino con maggior probabi-
lità produzione di eccesso di calore.
Lecci e colleghi (ENEA, Centro Ricerche Frasca-
ti) hanno descritto il database utilizzato per tene-
re traccia dei molti campioni esaminati e dei risul-
Figura 4
Tipica immagine SEM di un campione di Pd dopo attacco tati da questi ottenuti: un gran numero di cato-
chimico. I grani ed i bordi grano sono ben visibili di di palladio sono stati realizzati, in molti anni,
Fonte: ENEA
per eseguire esperimenti di caricamento elettro-
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
12La XV Conferenza internazionale sui fenomeni nucleari nella materia condensata (ICCF-15)
chimico. Questi catodi hanno avuto, molto spes- D+D ➝ p (protone) + 3He (elio3);
so, storie diverse riguardo ai processi di produ- D+D ➝ n (neutrone) + T (trizio);
zione, alle procedure di caratterizzazione e alle D+D ➝ γ (radiaz. gamma) + 4He (elio4);
condizioni sperimentali. La necessità di mante- D+D ➝ 4He (elio4) + calore (nella materia
nere traccia di tutte le fasi della “vita” di un ca- condensata);
todo è stato il punto di partenza per la creazio- 2. la rivelazione degli eventuali prodotti di reazio-
ne di un database. ni nucleari tra il deuterio e gli atomi del metal-
La struttura del database è stata organizzata cro- lo (trasmutazioni);
nologicamente: catodi più recenti sono aggiunti 3. la rivelazione di radiazione, o particelle di alta
primo piano
in sequenza, così come in sequenza vengono inse- energia emesse durante le reazioni suddette.
rite le operazioni di recente eseguite su di essi. Tut- Tutti e tre questi settori di ricerca comportano pro-
te le informazioni memorizzate per ogni elettro- blematiche sperimentali molto complesse, determi-
do sono facilmente accessibili tramite una sempli- nate fondamentalmente dalla piccola entità dei
ce interfaccia. Il gran numero di informazioni, este- segnali che devono essere rivelati e dalla necessità
se su un ampio periodo di tempo, hanno messo di discriminarli da quelli dovuti a contaminazioni
in condizioni, come mostrato in altri lavori degli ambientali.
stessi autori, di cercare di correlare statisticamente Al fine di favorire una discussione critica dei risul-
il comportamento sperimentale dei catodi con le lo- tati sperimentali e la loro discriminazione da arte-
ro proprietà o con i processi di produzione che es- fatti di misura, è stato dato ampio spazio, all’ICCF-
si hanno subito. Molto lavoro supplementare è co- 15, accanto ai lavori sui risultati delle attività pro-
munque richiesto per migliorare questo strumen- priamente di ricerca, a presentazioni di tipo me-
to, sia in termini di varietà di informazioni memo- todologico, che evidenziassero i limiti e le potenzia-
rizzate che in termini di capacità di selezionare lità delle varie tecniche di misura utilizzate.
elettrodi che condividono una o più caratteristi- La misura accurata di 4He tramite spettrometria di
che. Nel tempo, verrà incrementato il numero di massa, ad esempio, implica l’utilizzo di una macchi-
informazioni e migliorato ancora il database in na di elevatissima risoluzione (Δm/m>160), in gra-
modo che possa diventare, più di quanto lo sia do di risolvere il segnale di interesse da quello del-
oggi, uno strumento assolutamente necessario la molecola del deuterio, che è ovviamente in gran-
per un approccio sistematico allo studio ed alla de abbondanza nell’ambiente di misura, ma che
comprensione dei fenomeni LENR. ha la stessa massa nominale dell’4He (presentazio-
ne di M.L. Apicella, ENEA). Un altro aspetto critico
Misure nucleari di questo tipo di misura deriva dal fatto che l’4He
è presente naturalmente nell’atmosfera in una
Una delle ipotesi formulate sulla causa della produ- concentrazione (5,24 ppm) confrontabile con quel-
zione di calore in eccesso è quella che fa riferimen- la attesa come prodotto di reazione nucleare; ciò
to all’origine nucleare del fenomeno. Al di là dello implica che, al fine di poter escludere in modo as-
sviluppo di un modello teorico in grado di giustifi- soluto la possibilità di contaminazioni, l’effetto di
care le osservazioni sperimentali, una consistente eccesso di potenza deve essere osservato a livelli
attività di ricerca, in diversi laboratori, è dedicata sufficientemente elevati o per tempi sufficiente-
alla misura delle eventuali tracce di reazioni nu- mente lunghi da permettere l’accumulo di una
cleari. L’indagine sperimentale segue tre principa- quantità totale di energia in eccesso sufficiente-
li direzioni: mente alta, alla quale corrisponda un arricchimen-
1. la rivelazione degli eventuali prodotti della rea- to di elio che superi il fondo atmosferico.
zione D+D (deuterio-deuterio che, assieme al La correlazione tra la quantità di elio misurato e
Trizio, è un isotopo dell’idrogeno), nei suoi cana- quella di calore prodotta nell’esperimento, è un
li di decadimento già noti nel vuoto ed in quel- altro aspetto che tende ad avvalorare l’ipotesi nu-
lo considerato per la materia condensata: cleare. Risultati in tal senso sono stati riportati da
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
13Vittorio Violante, Francesca Sarto, Emanuele Castagna, Stefano Lecci
F. Tanzella e colleghi (SRI, Stati Uniti), che hanno sviluppata parallelamente sia nel campo della mi-
riscontrato valori della concentrazione di 4He su- sura della sezione d’urto delle reazioni nucleari a
periori a 7 ppm, correlati linearmente con la quan- bassa energia nella materia condensata (effetto
tità di energia in eccesso. dello screening), sia in quello della rivelazione di
particelle e/o radiazione nucleari in esperimenti di
Emissione di particelle energetiche idrurazione di catodi metallici tramite bombarda-
mento ionico e glow discharge.
A differenza di ciò che avviene nella fusione cal- In particolare alla ICCF-15 Lipson e i suoi collabo-
da, sulla base delle indicazioni sperimentali dispo- ratori (Chernov, Roussetski) hanno riportato evi-
nibili, il canale della reazione D+D più probabile denze di emissione di particelle nucleari (protoni
sembrerebbe essere quello che produce 4He, men- da 3 MeV e particelle alpha da 11-20 MeV) da ca-
tre l’osservazione di trizio, di neutroni e di parti- todi metallici impiantati con ioni deuterio e sotto-
celle cariche è molto più rara. Anche in questi ca- posti a bombardamento elettronico.
si, la misura è molto delicata a causa della piccola Roussetski, del gruppo di Lipson, ha presentato i ri-
entità dei segnali da rivelare. Il principale limite/ar- sultati di un accurato lavoro di verifica dell’emis-
tefatto strumentale è dovuto al rumore e/o a in- sione di neutroni in esperimenti di elettrolisi. I ri-
terferenze elettroniche, tanto più difficili da ridur- sultati, ottenuti tramite l’utilizzo di rivelatori al CR-
re quanto più il setup sperimentale è complesso. 39, nel quale campo il gruppo vanta una ben con-
Angelone (EURATOM-ENEA, Centro Ricerche Fra- solidata e pluriennale esperienza, hanno mostrato
primo piano
scati) ha riassunto gli aspetti fondamentali delle una debole, seppur statisticamente significativa,
tecniche di misura dei neutroni, evidenziandone emissione di neutroni veloci in due esperimenti. I
gli aspetti critici. dati sono tuttavia discrepanti rispetto alle prece-
Afonichev (IMSP RAS, Russia) ha riportato misure denti misure effettuate originariamente tramite ri-
di trizio in membrane metalliche permeate con velatori al BF3, che mostravano segnali molto più
deuterio e riscaldate. Stringham ha osservato se- elevati, probabilmente inquinati, secondo Rous-
gnali attribuibili alla produzione di trizio in esperi- setski, da rumore elettromagnetico.
menti di cavitazione indotta da ultrasuoni. Toriya-
be et al. (Tokohu University, Japan) hanno ripor- Trasmutazioni o contaminazioni?
tato l’emissione di particelle alfa in un esperimen-
to di cavitazione prodotta sulla superficie di ber- Per trasmutazione si intende la trasformazione di
sagli di litio metallico dal bombardamento con io- un elemento atomico in uno di massa più gran-
ni deuterio di energie tra i 10 e gli 80 keV. de, a seguito di una reazione nucleare tra un nu-
Mastromatteo (STM Microelectronics) ha utilizza- cleo di idrogeno o deuterio e uno degli atomi del
to rivelatori al CR-39 per evidenziare l’eventuale reticolo ospite. È questo un tema assai controver-
emissione di particelle durante esperimenti elet- so nel campo della scienza nucleare nella materia
trochimici, senza però ottenere risultati positivi. condensata, sul quale lo stato attuale della ricer-
Kitamura ha tentato di evidenziare la emissione di ca non è ancora in grado di fornire una risposta
particelle tramite un rivelatore del tipo camera a certa. Diversi gruppi hanno riportato evidenze spe-
bolle, durante il caricamento gassoso di nanopar- rimentali tendenti a indicare la presenza di pro-
ticelle, in un esperimento replica di quello di Ara- dotti di trasmutazioni. Dash and Wang (Portland
ta, senza però ottenere nessun risultato positivo. State University) hanno osservato, tramite microsco-
Il contributo più importante al campo delle misu- pia elettronica e microanalisi, la presenza di “cra-
re nucleari nella materia condensata è certamente teri” sulla superficie di campioni di palladio sotto-
quello di Andrei Lipson (Russian Academy of Scien- posti ad elettrolisi, caratterizzati da una accresciu-
ces), purtroppo prematuramente scomparso po- ta concentrazione di Ag nella regione centrale del
co tempo dopo aver presentato i suoi più recenti cratere; l’effetto è stato riferito dagli autori come
risultati a ICCF-15. La sua attività di ricerca si era possibile traccia di trasmutazione del Pd in Ag.
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
14La XV Conferenza internazionale sui fenomeni nucleari nella materia condensata (ICCF-15)
A fronte delle varie indicazioni sperimentali, pur- sono dovuti a contaminazione dal filo di platino
tuttavia la criticità della misura delle trasmutazio- usato come anodo nel processo di elettrolisi, men-
ni non ha ancora permesso di ottenere un’evi- tre la presenza di Cr, Hf, Mo, W e, nuovamente,
denza pienamente convincente ed un accordo Zn può essere essere attribuita all’intero processo
condiviso sul fenomeno. In effetti, la misura delle di preparazione del film sottile. Inoltre la contami-
trasmutazioni in esperimenti nei quali si registri- nazione da Ag, Co, Cr e Fe è attribuibile alla de-
no eccessi di calore è assai critica. Innanzitutto le posizione catodica durante l’elettrolisi di contami-
quantità di elementi che dovrebbero essere pro- nanti presenti nelle soluzioni elettrolitiche utilizza-
dotti in tali esperimenti è molto piccola, perché te. Di conseguenza, si configura un processo di
primo piano
le probabilità di reazione sono assai basse, ed è arrichimento “apparente” più che un fenomeno
quindi necessario utilizzare strumenti di analisi al di trasmutazione nella materia condensata. È da
alta sensibilità. Un altro, fondamentale, proble- sottolineare che è stato possibile determinare que-
ma riguarda la discriminazione di elementi even- sti elementi solo grazie all’attivazione neutronica,
tualmente prodotti da trasmutazioni, da quelli perché presenti a livelli estremamente bassi.
provenienti da contaminazioni. Se la tecnica di La tecnica più appropriata per evidenziare le trac-
analisi utilizzata è risolta spazialmente, come la ce di trasmutazioni è la misura dell’abbondanza
microanalisi (SEM-EDX) o la spettrometria di mas- isotopica dei presunti prodotti di trasmutazione e
sa da ioni secondari (SIMS), la presenza, a fine l’osservazione della loro eventuale deviazione dal
esperimento, di elementi non presenti inizialmen- valore naturale. Infatti, se i “nuovi” elementi fos-
te non costuisce una prova sicura della loro for- sero il risultato di una reazione nucleare, il loro
mazione a causa di un processo di trasmutazio- rapporto isotopico dovrebbe essere legato a quel-
ne. È infatti possibile che questi elementi inizial- lo delle specie reagenti, e differire quindi da quel-
mente fossero presenti nella zona di misura con lo naturale. La misura del rapporto isotopico può
un livello di concentrazione inferiore a quello mi- essere effettuata tramite spettroscopia di massa;
nimo rivelabile dalla strumentazione. Poi, a cau- a causa delle piccole quantità dei segnali da mi-
sa di processi di trasferimento di massa, la loro surare, anche in questo caso è necessario però di-
concentrazione è aumentata nella zona di misura sporre di strumentazione ad alta risoluzione, oltre
rendendoli rivelabili. che ad elevata sensibilità, per poter discriminare
Inoltre, anche nel caso in cui si utilizzino tecniche le interferenze di massa dovute ai composti (tipica-
di analisi integrali e ad elevata sensibilità, quali l’at- mente organici) con massa nominale pari a quella
tivazione neutronica (NAA) o la spettrometria di degli isotopi degli elementi da misurare.
massa ICP, la comparsa di “nuovi “ elementi do- Apicella et al. (ENEA) hanno presentato uno stu-
po l’esperimento può essere ascrivibile a contami- dio di verifica fatto su dati preliminari che evi-
nanti provenienti dall’ambiente in cui si svolge l’e- denziavano un rapporto isotopico anomalo sulla
sperimento stesso (componenti della cella elettro- massa del rame, in film di nichel sottoposti ad
litica, strumenti di analisi e utensili utilizzati nella elettrolisi. Le nuove analisi effettuate sugli stessi
manipolazione dei catodi ecc.). campioni con un SIMS a tempo di volo (TOF) ad
Santoro, Rosada (ENEA, Italia) e Avino (ISPESL), alta risoluzione (misure effettuate per cortese col-
hanno riportato i risultati di misure di attivazione laborazione da Mel Brooks c/o Assing ) e con un
neutronica su film sottili di Pd sottoposti ad elet- Super-SIMS (misure effettuate per cortese collabo-
trolisi. Un attento lavoro di verifiche sperimentali razione da ETH di Zurigo ed NRL) hanno invece
su campioni “bianchi” ha dimostrato che le varia- mostrato che l’apparente anomalia isotopica era
zioni nella concentrazione dei vari elementi rive- dovuta all’interferenza di massa con un compo-
lati erano dovute a contaminazioni ambientali piut- sto organico proveniente dal substrato polimeri-
tosto che alla “comparsa” di nuovi elementi. In- co del film.
fatti, gli autori riferiscono che, a seguito di eviden- Un esperimento interessante è quello di Iwamura
ze sperimentali, i livelli anomali di Ag, Au, Ir, Ta e Zn (Mitsubishi Heavy Industries). Analisi effettuate tra-
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
15Vittorio Violante, Francesca Sarto, Emanuele Castagna, Stefano Lecci
mite fluorescenza X (XRF) e spettrometria di mas- Teorie
sa sembrano indicare, in film multistrato Pd/CaO/Pd
sottoposti a permeazione con deuterio, la trasmu- I contributi teorici ad ICCF-15 sono stati molto
tazione di elementi pesanti in altri di massa supe- numerosi, più di quelli raccolti su ogni altro
riore (precisamente Ce in Pr e Sr in Mo). L’effetto argomento.
sarebbe localizzato nelle regioni vicine alle inter- Per dare spazio al confronto tra i vari modelli ed
facce del film nano-strutturato. Ad ICCF-15 l’auto- alla discussione, inoltre, è stata organizzata una
re ha riportato i dati di un sistema sperimentale, tavola rotonda sulle teorie, nella quale si è cercato
basato su tecniche nucleari, sviluppato apposita- di far emergere soprattuto gli obiettivi ed i limiti
mente per misurare la distribuzione spaziale del dell’impegno teorico.
deuterio vicino alle interfacce dei film utilizzati nel- Un punto fondamentale, sottolineato da più par-
la permeazione. A supporto dei risultati sperimen- tecipanti, è senz’altro la necessità di poter disporre
tali, l’autore ha avviato anche un lavoro teorico di un insieme di risultati sperimentali affidabili, con-
basato su calcoli da principi primi della struttura divisi e criticamente analizzati rispetto ai possibili
elettronica degli elementi prodotto di trasmuta- artefatti strumentali. Tale esigenza è necessaria per
zione. L’esperimento di Iwamura è stato oggetto di poter stabilire univocamente l’obiettivo che ogni
vari tentativi di replica. interpretazione teorica si propone di raggiungere.
Kitamura et al. (Kobe University) hanno riporta- Un primo passo in questo senso può essere fatto
to i risultati di un lavoro di replica dell’esperimen- riducendo l’insieme delle osservazioni sperimenta-
primo piano
to di Iwamura molto accurato. Tramite tecniche li a quelle più abbondantemente documentate.
di analisi basate su acceleratore (in-situ ed ex-situ Il quesito principale al quale la teoria deve fornire
PIXE, ERDA), essi hanno riferito risultati “appa- una risposta è quello del superamento della bar-
rentemente” positivi, in 8 esperimenti su 14, del- riera di Coulomb tra due nuclei di deuterio. Un se-
la trasmutazione dello Sr in Mo a seguito della condo problema è quello di spiegare i valori ano-
permeazione di film multistrato CaO/Sr/Pd con mali delle probabilità di reazione osservate, in par-
deuterio, sebbene l’identificazione del segnale del ticolare l’alta probabilità di emissione di calore ed
4He in assenza di raggi gamma e la bassissima pro-
Mo non sia priva di incertezza e fenomeni come lo
sputtering preferenziale possano essere respon- babilità di emissione di neutroni e trizio, che la rea-
sabili di parte dei risultati osservati. Esperimenti zione D+D dovrebbe avere nella materia condensa-
incrociati di emissione di raggi gamma durante la ta, diversamente da quanto avviene nel vuoto.
permeazione con deuterio di campioni impianta- Un altro aspetto importante che la teoria deve af-
ti con 183W, finalizzati alla rivelazione della radia- frontare, è quello della interdisciplinarità del feno-
zione associata alla reazione di trasmutazione di meno, che implica l’unione di modelli e concetti
tale elemento nell’isotopo radioattivo 191Pt, han- sia di fisica nucleare che di stato solido, di chimica,
no dato esito negativo. di elettrochimica, di scienza di materiali, di nanotec-
Un altro tentativo di replica dell’esperimento di nologia, ciascun settore con il suo proprio linguag-
Iwamura è stato condotto dal Naval Research La- gio e formalismo.
boratory di Washington D.C. (NRL, Dr. Grabrowski) Al momento, un modello completamente condi-
in collaborazione con lo stesso gruppo di Iwamu- viso e coerente con le varie osservazioni sperimen-
ra. Il lavoro di verifica, molto articolato ed accura- tali non è ancora disponibile, nonostante molti
to, non ha permesso tuttavia di ottenere la con- degli impiani teorici proposti siano assai ben strut-
ferma dei risultati giapponesi, attribuendo a con- turati ed elaborati. Senza voler scendere nel det-
taminazioni ambientali, piuttosto che a trasmuta- taglio dei singoli lavori, il che renderebbe questa
zioni, la presenza anomala di alcuni elementi. Il di- descrizione troppo specifica, ci limitiamo a citare
battito è comunque tuttora in corso, contestual- alcuni concetti, più rappresentativi dei vari ap-
mente alla raccolta di ulteriori dati di conferma da procci teorici utilizzati.
parte dell’istituto giapponese. Il lettore interessato potrà trovare maggiori detta-
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
16La XV Conferenza internazionale sui fenomeni nucleari nella materia condensata (ICCF-15)
gli nelle presentazioni già disponibili sul sito web risonanza, applicato alle oscillazioni fononiche
della conferenza (http://www.iccf15.frascati.enea.it) ed elettromagnetiche.
o, prossimamente, nelle relazioni che saranno pub- Poca attenzione generalmente viene prestata al
blicate nel libro dei Proceedings (edizioni ENEA). modello che si assume per descrivere la struttura
L’aumento della sezione d’urto della rezione D+D del nucleo degli atomi del reticolo cristallino del
nella materia condensata, dovuto allo screening metallo. Un lavoro originale da questo punto di vi-
elettronico, è stato descritto nei paragrafi prece- sta è quello di Cook e Dallacasa, che propongono
denti. Il fenomeno è ben conosciuto e verificato una struttura di tipo cubico a facce centrate (FCC)
sperimentalmente in un intervallo di energie de- per il nucleo del Pd, e ne analizzano le possibili im-
primo piano
gli ioni incidenti dell’ordine dei keV e tende ad es- plicazioni ai fini di reazioni di trasmutazione.
sere più pronunciato al diminuire di tale energia. Alcuni lavori si propongono di descrivere il proble-
L’estrapolazione fino ad energie dell’ordine delle ma utilizzando il linguaggio della meccanica quan-
frazioni di eV, quali ci si aspetta di avere negli espe- tistica (Hagelstein, Takahashi, Tasker). In tal caso,
rimenti di fusione fredda, porta a prevedere valo- i vari lavori si differenziano per le ipotesi formula-
ri molto elevati con il conseguente abbassamen- te sulla natura delle interazioni tra le varie parti
to della barriera coulombiana. Tuttavia, tale mec- (ioni deuterio, atomi del reticolo, elettroni, fono-
canismo non è da solo sufficiente a spiegare le ve- ni [una quasiparticella che descrive un quanto di
locità di reazione che si possono presumere sulla vibrazione in un reticolo cristallino rigido], fotoni)
base delle quantità di calore osservate; inoltre, l’e- che formano il sistema.
strapolazione delle sezioni d’urto a valori di ener- Infine, un paio di lavori esplorano la possibile re-
gia tanto diversi è giustificato solo se fosse piena- lazione tra i meccanismi che spiegano le reazioni
mente compreso il meccanismo responsabile di “piezonucleari” e quelli che si assumono possa-
tale enhancement. no essere alla base del fenomeno della fusione
Diversi modelli teorici si basano su fenomeni di fredda (Pietrucci, Lacidogna). Senza poter, ovvia-
coerenza, che possono coinvolgere tanto l’insie- mente, entrare nel merito delle prime, in quanto al
me degli ioni deuterio presenti nel reticolo me- di fuori del tema di nostra competenza, ci limitia-
tallico (per es. Kim, con la teoria della conden- mo ad osservare che per poter stabilire una plau-
sazione di Bose), come pure il collettivo elettroni- sibile correlazione tra i due fenomeni sarebbe ne-
co del cristallo (per es. Chernov, Sibilia, Frisone). cessario acquisire un maggior grado di conoscen-
Meccanismi di coerenza sono spesso citati come za su entrambi i meccanismi.
causa o effetto della produzione di campi locali
molto elevati. Campi locali di stress dovuti alla Conclusioni
presenza di dislocazioni si assume possano per-
mettere il confinamento spaziale degli ioni deu- La Conferenza ha creato le condizioni per un con-
teri necessario perché avvenga la condensazio- fronto scientifico ricco di scambi di idee e di osmo-
ne di Bose; campi elettrici locali prodotti dalle si di conoscenza tra discipline.
oscillazioni plasmoniche si stima che possano ac- La partecipazione di prestigiose istituzioni, il conte-
celerare due deuteri fino a superare la repulsio- nuto delle presentazioni e l’accresciuto interesse
ne coulombiana. nei confronti di questa disciplina sono gli indica-
La formazione di cluster di ioni deuterio è un al- tori del livello raggiunto dalla conferenza e del-
tro meccanismo utilizzato da alcuni studiosi per l’importanza scientifica della materia.
spiegare comportamenti coerenti, che possano I risultati calorimetrici presentati non lasciano dub-
rendere possibile una reazione di fusione (Storms, bi sull’esistenza della produzione di eccesso di po-
Miley). Un altro concetto ricorrente è quello di tenza in palladio deuterato.
ENERGIA, AMBIENTE E INNOVAZIONE 1/2010
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