Studená jaderná fúze je spekulativním neprokázaným procesem, při němž se má uvolňovat jaderná energie ve formě tepla jadernou fúzí jader deuteria při pokojové teplotě. Jaderná fúze, při níž dochází ke slučování atomových jader lehkých prvků vyžaduje extrémně vysoké teploty, které se vyskytují v nitrech hvězd nebo ve vodíkové bombě zažehnuté atomovou bombou.

V roce 1989 Dr. B. Stanley Pons a Dr. Martin Fleischmann, chemikové z Univerzity v Utahu, oznámili, že v experimentu prováděném za "pokojové" teploty s využitím elektrod z palladia a platiny ponořených do těžké vody (oxidu deuteria) vznikal přebytek tepla a vedlejší produkty, které naznačovaly průběh jaderné fúze. Snahy opakovat tento experiment vedly k rozporným výsledkům. Několik zpráv o experimentálním potvrzení bylo později odvoláno. Pons a Fleischmann byli poději kritizováni za úpravu získaných výsledků tak, aby dokazovaly emisi g záření, které je typické pro jadernou fúzi. Výzkum možnosti studené jaderné fúze přesto nějakou dobu ještě pokračoval kvůli zajímavým avšak neprůkazným výsledkům a kvůli lákavé možnosti vyrábět relativně čistou energii při běžných teplotách.

Nestalo se tak poprvé, kdy bylo oznámeno pozorování jaderná fúze při experimentech s elektrolýzou. Nejstarší zpráva pochází z konce 20. let 20. století. Později však byla odvolána. Již několik hodin po oznámení studené jaderné fúze Dr. Jonesem a Dr. Fleischmannem se někteří vědci pokoušeli experiment ve své laboratoři zopakovat. Odhaduje se, že ve Spojených státech se vynaložilo několik desítek miliónů dolarů na experimenty se studenou jadernou fúzí.

Počáteční nadšení a následné pochybnosti, které provázely experimenty se studenou jadernou fúzí, lze pochopit, pokud si objasníme podstatu procesu jaderné fúze.

Nadšení pochází především z možnosti produkce tepla studenou jadernou fúzí a tím možnosti nového čistého zdroje energie. Navíc se deuterium v přírodě poměrně hojně vyskytuje. Známé reakce jaderné fúze s isotopy vodíku jsou popsány v následující tabulce.
 

reakce	uvolněná energie (MeV)	počet reakcí za 1 s na 1 W energie
D + D --> 3He + n	3,27	1,90.1012
D + D --> T + p	4,03	1,54.1012
D + D --> 4He + g	23,85	2,61.1011
D + T --> 4He + n	17,59	3,53.1011
p + D --> 3He + g	5,49	1,13.1012
p + T --> 4He + g	19,81	3,14.1011

Všechny tyto jaderné reakce produkují miliónkrát více energie než jakékoliv chemické reakce. Jednoduchá metoda získávání takové energie by byla klíčovým objevem. Naše civilizace bude v dohledné době citelně trpět nedostatkem energie a provoz jaderných elektráren naráží na odpor veřejnosti nejen kvůli možnému nebezpečí ale především kvůli nebezpečnému radioaktivnímu odpadu.

Některé výzkumné skupiny sice potvrdily pozorování nadbytku tepla, ale většina z nich dospěla k rozporným závěrům. Tvrzení o nadbytku tepla vycházelo většinou z obtížných kalorimetrických měření. Většina laboratoří při experimentech neobjevila množství tepla, které by přesahovalo množství tepla vznikající při běžné elektrolýze vody. Žádné výsledky nepodaly dostatečný důkaz ve prospěch hypotézy studené jaderné fúze.

Dalším důvodem pro vážné pochybnosti byl nesoulad mezi tvrzením o nadbytku tepla a tím, že nebyly pozorovány žádné produkty předpokládané jaderné fúze. Jak je vidět z předchozí tabulky, mělo by být pozorováno buď tritium (jehož jádro obsahuje jeden proton a dva neutrony) nebo isotopy hélia (dva protony a dva neutrony nebo dva protony a jeden neutron). Mezi produkcí tepla a množstvím tritia nebo hélia existuje vysoká korelace.

Jak dále plyne z předchozí tabulky, pokud byl pozorován vznik tepla o výkonu 1 Wattu, pak by muselo vznikat asi 10¹² atomů za sekundu při reakci s produkcí tritia nebo hélia. Konečně při reakci s produkcí tritia nebo hélia by měla být pozorována emise neutronů, protonů nebo g záření o energii několika MeV. Takové částice by byly snadněji měřitelné než vzniklé teplo. Protony lze pozorovat přímo nebo pomocí vznikajícího g záření.

Původní oznámení Dr. Ponse a Dr. Fleischmanna v březnu 1989 obsahovalo právě tento rozpor mezi množstvím tepla a pozorovanou emisí záření. Konkrétně množství pozorovaných neutronů bylo asi 10⁹ krát menší než by muselo vzniknou při jaderné fúzi, aby bylo možno vysvětlit pozorované množství tepla jadernou fúzí.

Přetrvávání tohoto zásadního rozporu ve všech následných experimentech vedlo k různým vysvětlením, proč produkty jaderné fúze nejsou pozorovány. Například jedna z hypotéz tvrdila, že v pevném tělese se energie jaderné fúze šíří vibracemi kovové mřížky a proto není pozorováno žádné záření. Žádná hypotéza však nedokázala vysvětlit nepřítomnost hélia nebo tritia. Hélium by mělo vznikat asi v polovině všech možných reakcí. Proto některé elektrody z experimentů se studenou jadernou fúzí byly testovány na přítomnost relevantního množství hélia, avšak nebyly oznámeny žádné průkazné výsledky. Množství pozorovaného tritia bylo příliš malé, aby vysvětlilo množství uvolněného tepla předpokládanou jadernou fúzí.

Třetí pochybnost vycházela z faktu, že studenou jadernou fúzi nepředpovídala žádná existující teorie. Reakce jaderné fúze byly studovány řadu let předtím jako možný zdroj energie. Energie z jaderné fúze se uvolňuje při velmi vysokých teplotách miliónů Kelvinů, jaké se vyskytují v nitrech hvězd. Tento poznatek byl ověřen vývojem termojaderné vodíkové bomby. V roce 1929, několik let před prvním pozorováním jaderné fúze v laboratoři, Atkinson a Houtermans přišli s teorií, že jaderná fúze je zdrojem záření Slunce.

Při jaderné fúzi se musí jádra deuteria dostat těsně k sobě. Jádra deuteria mají kladný elektrický náboj, který je navzájem odpuzuje. Normálně se nacházejí ve vzdálenosti asi 0,1 nm, což je příliš velká vzdálenost na vznik jaderné fúze. Při vysokých teplotách mají atomy dostatečnou rychlost, aby překonaly vzájemné odpuzování a mohlo dojít k jaderné fúzi. Jakmile je dosaženo teploty několika miliónů Kelvinů, dojde k prudké termojaderné reakci.

Jaderná fúze byla pozorována v laboratoři v experimentech, při nichž byly deuterony urychlovány v urychlovači na dostatečně vysoké rychlosti. Tuto metodu ale nelze využít k výrobě energie, protože urychlená jádra se vzájemnými srážkami rychle zpomalují, aniž dojde k jaderné fúzi. Proto se pozornost vědců soustředila na vytvoření podmínek jako v nitrech hvězd.

Myšlenka, že palladium nebo titan mohou katalyzovat jadernou fúzi, vychází ze zvláštní schopnosti těchto kovů absorbovat velké množství vodíku nebo deuteria. Tato hypotéza předpokládá, že atomy deuteria se tak dostanou dostatečně blízko k sobě, aby mohlo dojít k zažehnutí studené jaderné fúze. Zvláštní schopnost palladia absorbovat vodík byla objevena v 19. století. Koncem 19. století dva němečtí vědci F. Paneth a K. Peters oznámili přeměnu atomů vodíku v atomy hélia spontánní jadernou katalýzou, když byl vodík absorbován v palladiu při pokojové teplotě. Autoři později své oznámení odvolali, když zjistili, že zjištěné hélium pochází ze vzduchu.

V roce 1927 švédský vědec J. Tandberg tvrdil, že pozoroval jadernou fúzi atomů vodíku na hélium při elektrolýze, v níž použil elektrody z palladia. Na základě jeho práce byl vydán švédský patent "metody produkce hélia a využitelné energie z této reakce". Poté, co v roce 1932 bylo objeveno deuterium, Tandberg pokračoval v experimentech s těžkou vodou D₂O. Kvůli odvolání výsledků Panethem a Petersem byl Tandbergův patent zamítnut.

Přestože palladium je schopno absorbovat velké množství deuteria, atomy deuteria jsou od sebe příliš daleko na to, aby mohlo podle běžných teorií dojít k jaderné fúzi. Atomy deuteria jsou v tomto případě od sebe vzdáleny více než v molekulách plynu D₂, v němž k jaderné fúzi nedochází. Nejmenší vzdálenost mezi atomy deuteria v palladiu je přibližně 1,7.10^-1 nm, kdežto v molekule deuteria je vzdálenost atomů asi 0,74.10^-1 nm.

Vzdálenost mezi atomy deuteria pro vznik jaderné fúze vychází z kvantově mechanického jevu tunelování. Ve větší než kritické vzdálenosti je velmi nízká pravděpodobnost, že dojde ke sloučení atomových jader. Podle některých teoretických výpočtů by vzdálenost mezi atomy deuteria musela dosahovat 1/10 normální vzdálenosti, aby v kovovém palladiu saturovaném deuteriem mohla vzniknout měřitelná jaderná fúze. Aby se pevné těleso zkrátilo na desetinu svých původních rozměrů, musí dojít ke zmenšení objemu na jednu tisícinu původního objemu, což vyžaduje enormní tlak. Efektivní "tlak" vázaných atomů v kovech je o několik řádů menší.

Tyto teoretické závěry lze použít jak na pozorovaný nadbytek tepla tak na měřitelnou emisi neutronů pozorovanou při pokusech s elektrolýzou těžké vody. Pozorované množství neutronů odpovídá toku 0,1 neutronu za sekundu, což je asi 10¹² krát méně, než je nutné pro vysvětlení odpovídajícího množství tepla.

Někdy se pod pojmem studené jaderné fúze chápe dnes dobře známý a opakovatelný proces katalýzy mionů. Miony byly poprvé pozorovány v kosmickém záření ve 40. letech 20. století. Miony jsou částice o hmotnosti zhruba 207 krát vyšší než je hmotnost elektronu. Při katalýze mionů těžké záporně nabité miony se chovají jako těžký elektron v chemické vazbě mezi jádry deuteria. Tato vazba mezi jádry deuteria je těsnější a může dojít k jaderné fúzi. Dnes víme, že mionová katalýza nemůže vést k produkci energie kvůli nedostatečné produkci mionů v řetězové reakci.

Jaderná fúze deuteria je studována více než 40 let. Dosud byly pozorovány tři následující reakce jader deuteria při nízké energii:
 

(a)	D + D --> 3He (0.82 MeV) + n (2.45 MeV)
(b)	D + D --> T (1.01 MeV) + p (3.02 MeV)
(c)	D + D --> 4He + g (23.85 MeV)

Reakce (a) a (b) byly studovány při energii deuteronů do několika keV s účinným průřezem (množstvím produkce) asi 10%. Při interakci paprsků deuteronů s ledem z těžké vody nebo s kovovým terčíkem deuteria se uvolňovaly neutrony s energií 2,45 MeV. Reakce (a) a (b) odrážejí základní symetrii jaderných sil mezi protonem a neutronem, slabě narušenou pouze při MeV energiích kvůli Coulombově interakci, která není mezi protonem a neutronem symetrická. Účinný průřez reakce (c) je 10⁷ menší než u prvních dvou reakcí.

Všechny jaderné reakce při nízkých energiích mezi dvěma deuterony jsou omezovány odpuzováním Coulombovými silami mezi dvěma kladně elektricky nabitými jádry. Coulombova bariéra se rychle snižuje s rostoucí energií deuteronů.

Každá jaderná fúze mezi jádry atomů deuteria musí vést ke vzniku detekovatelného množství produktů fúze. Při reakci (a) lze přímo detekovat neutrony a při reakci (b) lze přímo detekovat protony nebo jádra tritia. Tritium lze identifikovat také pomocí jeho radioaktivity díky poločasu rozpadu tritia 12 let. Při reakci (c) by měly být detekovány paprsky g o vysoké energii a atomy hélia, které lze prokázat hmotnostním spektrografem, jehož citlivost je dnes dostatečná pro zjištění množství hélia při jaderné fúzi s výsledným výkonem 1 Wattu.

Reakce jaderné fúze vzniká pouze v případě, kdy jádra atomů překonají Coulombovu bariéru. Vzdálenost mezi jádry musí být asi 10⁴ krát menší než je vzdálenost v běžné látce. Průchod atomů Coulombovou bariérou potenciálu při nízkých energiích je kvantový jev, který se označuje jako kvantově mechanické tunelování.

Při termonukleární fúzi, která se vyskytuje v nitrech hvězd a v laboratoři při experimentech "horké fúze" jsou nutné teploty desítek miliónů Kelvinů, aby srážky jader deuteria překonaly Coulombovu bariéru. Obhájci studené jaderné fúze ovšem tvrdí, že průchod jader deuteria bariérou kvantově mechanickým tunelováním může být efektivní dokonce při pokojových teplotách. Někteří obhájci studené jaderné fúze tvrdí, že proces jaderné fúze je pozměněn dosud neznámým mechanismem, jehož výsledkem jsou jiné produkty jaderné reakce.

Některé jednoduché výpočty dokazují, jak pochybné je tvrzení o jaderné fúzi při pokojové teplotě. Ve sluneční hmotě jsou jádra deuteria k sobě blíže než v uvažovaných elektrodách palladia. V uvažovaném laboratorním množství deuteria by docházelo jen k jednomu jevu jaderné fúze ročně. Fúze protonů a deuteronů je 10⁹ krát rychlejší než fúze jader deuteria. Dosud není znám žádný fyzikální mechanismus, který by zvýšil počet jevů jaderné fúze asi o 40 řádů, jak požadují publikované výsledky.

Jedním z navrhovaných mechanismů studené jaderné fúze je elektrostatické odpuzování "těžkých" elektronů. Těžké elektrony by skutečně zvýšily rychlost reakce na požadovaný počet jevů. Takové "těžké fermiony" skutečně existují. Při velmi nízkých teplotách vznikají kvazičástice s hmotnostmi několikrát vyššími než hmotnost elektronu. Tento jev souvisí s dlouhovlnnými excitacemi, při nichž silné korelace modifikují vlnové funkce elektronů poblíž Fermiho povrchu. Těžké fermiony jsou kvůli dlouhovlnným excitacím rozprostřeny přes několik bodů mřížky. Tunelování při jaderné fúzi se objevuje ve vzdálenostech menších než je nejmenší vzdálenost bodů mřížky těžkých fermionů. Proto lze uvažovat pouze krátkovlnné excitace elektronů, které na průběh jaderné fúze nemají žádný výrazný vliv.

Relativní rychlosti reakcí (a), (b) a (c) se označují jako štěpné poměry (branching ratios) a hrají rozhodující roli při úvahách o studené jaderné fúzi. Všechny zmíněné reakce byly studovány v laboratorních experimentech s využitím urychlovačů s energiemi deuteronů několika keV. Malý účinný průřez reakcí (a) a (b) znemožňuje spolehlivá měření při nižších energiích. Poměr mezi těmito dvěma rychlostmi ukazuje slabou závislost na energii a je přibližně roven 1.0 při nejnižších energiích. Data získaná z mionově katalyzované fúze deuteronů jsou s tímto výsledkem konsistentní.

Pouze výrazná změna známých štěpných poměrů ve prospěch reakce (b) nad reakcí (a) by mohla vysvětlit experimenty, podle nichž byla pozorována výrazná jaderné fúze bez odpovídajícího vysokého toku neutronů. Protože by se však studená jaderná fúze měla vyskytovat při energiích několika elektronvoltů, nelze toto vysvětlení použít. Není znám žádný mechanismus, který by umožnil tak silnou závislost štěpného poměru na energii.

Někteří výzkumníci vyslovili hypotézu, že v procesu studené jaderné fúze převažuje reakce (c) nad reakcemi (a) a (b), přestože za běžné situace je asi 10⁷ krát slabší než tyto reakce. Aby tato hypotéza byla konsistentní s tím, že nebyl pozorován tok neutronů, musela by být produkce g fotonů asi 10¹³ vyšší než je běžně pozorováno. Není znám žádný chemický nebo jaderný proces, jímž by takovou produkci g fotonů bylo možno vysvětlit.

Navíc převažování reakce (c) nad reakcemi (a) a (b) by bylo nutně provázeno elektromagnetickým zářením o vysoké energii (fotony, positrony nebo rychlé elektrony). Pokud by existovala nějaká přímá vazba na kovovou mřížku, která by dosud neznámým mechanismem bránila takovému záření, musela by být pozorována u kovů při vysoké energii záření.

Nutně očekávanými sekundárními produkty z jaderné fúze jsou jednak neutrony vznikající z tritia a jednak Coulombovy excitace atomů palladia Pd protony. Tritony vznikající v reakci (b) mají energii 1,01 MeV. Tato energie se musí nutně rozptýlit v okolním materiálu, tedy v elektrodách z palladia saturovaného deuteriem a v těžké vodě. Tritony (jádra tritia) nemají dostatečnou energii k tomu, aby vyvolaly jaderné reakce s jádry atomů palladia Pd. Mohou však bombardovat deuterium v okolním materiálu. Reakce jader atomů tritia s jádry atomů deuteria je bohatým zdrojem neutronů s energií 14 MeV. Účinný průřez této reakce dosahuje až 5 barnů (tj. 5.10¹⁴ na cm²) při energii 0,12 MeV, klesá na 0,7 barnu při energii 0,5 MeV až na 0,3 barnu při energii 1 MeV. Pro tritony s energií 1,01 MeV z reakce jader atomů deuteria je průměrný účinný průřez 1,2 barnu. Tritony zachycené v palladiu saturovaném deuteriem se přeměňují na neutrony, přičemž vzniká od 1,5 neutronu do 2.10^-5 neutronu na jeden triton. Tritony zachycené v těžké vodě vytvářejí průměrně 9.10^-5 neutronů na jeden triton.

Sudé isotopy atomu palladia (104, 106, 108, 110) s poměrným zastoupením 11, 27, 26 a 12% mají první excitovaný stav při energii 555, 512, 434 a 374 keV a účinný průřez od 0,5 do 0,8 barnů. Účinný průřez pro Coulombovu excitaci je již od 20 do 50 milibarnů a proto lze očekávat g záření od 2.10^-6 do 5.10^-6 fotonů na jeden proton. V palladiu se pohltí polovina g záření při tloušťce vrsty asi 4 mm, v těžké vodě při tloušťce několika centimetrů.

Při výkonu jaderné fúze 1 Wattu se proto očekává produkce asi 10⁸ sekundárních neutronů (s energií 14 MeV) za sekundu, a to dokonce v případě, že nedochází k přímé produkci neutronů reakcí (a) a probíhá pouze reakce (b).

Někteří výzkumníci vyslovili hypotézu, že dochází k jinému procesu jaderné fúze, než bylo dosud uvažováno, konkrétně

p + D --> ³He + g  (5.49 MeV)

Při tomto procesu by však nutně muselo být pozorováno g záření a navíc při výkonu jaderné fúze 1 Watt by musela být zjištěna měřitelná koncentrace hélia ³He v roztoku těžké vody.

Hlavním produktem jaderné fúze jader deuteria jsou neutrony. Neutrony lze snadno detekovat, protože interagují pouze s jádry atomů a řada z nich opouští oblast reakce bez větší ztráty své energie. Čítače neutronů se proto mohou umístit za silné sklo komory, protože tímto sklem pronikají bez větších problémů.

Skupina z Univerzity v Utahu ve své původní zprávě tvrdila, že detekovala neutrony z reakce jader deuteronů pomocí záření g  emitovaného při zachycení moderovaných neutronů ve vodě. Skupina ve své zprávě publikovala velmi úzkou špičku vrcholu pulsu sodík-jodového scintilátoru, která však byla užší, než tento typ detektoru technicky umožňuje. Navíc v rozsahu energií byly skupinou z MIT odhaleny určité nekonsistence. Skupina z MIT získala špičku při energii 2,2 MeV při spontánním štěpení atomů california ²⁵²Cf a zachycením moderovaných neutronů ve vodě, která byla provázena špičkami z přirozeného pozadí. Tyto špičky umožnily kalibraci měření. Následná výměna názorů mezi skupinou z Univerzity v Utahu a z MIT v odborné literatuře ukázala, že skupina z Univerzity v Utahu se dopustila omylu při měření.

Původní práce z Brigham Young University předkládala detekci neutronů jako experimentální důkaz existence studené jaderné fúze. Neutrony byly detekovány ve dvoufázovém neutronovém čítači. Nejprve byl zaznamenán odraz protonu v organickém scintilátoru, který byl o několik desetin mikrosekundy následován signálem z fotonásobiče při zachycení moderovaného neutronu v boronu. Tato dvojitá detekce jediného neutronu redukuje nejednoznačné pozadí g záření, ačkoliv zůstává pozadí z neutronů v kosmickém záření a z jiných přírodních zdrojů.

Vědci z Brigham Young University spolupracovali s dalšími skupinami, jmenovitě se skupinou z Národní laboratoře v Los Alamos a se skupinou s Yale University. Původní detekce neutronů byla zpochybněna redukcí statistických chyb a přítomností možných fluktuací neutronového pozadí z kosmického záření. Fluktuace neutronů v kosmickém záření může dosahovat 20 procent i více se změnou barometrického tlaku nebo se změnami sluneční aktivity.

Většina zpráv o detekci neutronů v elektrochemických buňkách byla později odvolána nebo opravena na základě potíží s čítači neutronů. Některé čítače jsou citlivé na vlhkost, další na jemné vibrace, další na změny elektrického napětí apod.

Výsledky publikované v dubnu 1989 skupinou ve Frascati otevřely poněkud jinou oblast výzkumu studené jaderné fúze jader deuteria. Výzkumníci v antikorozní ocelové reakční nádobě daly plyn deuteria o tlaku 60 atmosfér do kontaktu s titanem, přičemž nádobu různě ohřívali a ochlazovali. Při chemické reakci titanu s deuteriem při pokojové teplotě nepozorovali žádné neutrony. Při ochlazení nádoby na teplotu kapalného dusíku (77 Kelvinů) byly pozorovány svazky průletů částic čítačem, obvykle 20 průletů v jednom výtrysku v intervalu asi 60 mikrosekund.

Skupina ve Frascati uvedla, že při ohřívání reakční nádoby z teploty kapalného dusíku pozorovala jiný typ emise neutronů. Křivka pozorovaného časového průběh rychlostí průletu částic měla tvar zvonu s vrcholem 300 neutronů za čítací interval 10 minut. Vrchol nastal po pěti hodinách od počátku ochlazování. Tyto důležité experimentální výsledky vyvolaly snahy po jejich ověření jak skupinou ve Frascati tak jinými výzkumníky. Osobní rozhovor autorů zprávy [X1] s M. Martonem z Frascati naznačil, že výsledky týkající se výtrysků a spojité emise neutronů ze "suché jaderné fúze" ve Frascati nebyly potvrzeny. Navíc žádné elektrochemické buňky neprodukovaly pozorovatelné neutrony a celý experiment byl v červenci 1989 bez výsledků ukončen.

Skupina z Národní laboratoře v Los Alamos se pokoušela o suchou jadernou fúzi s titanem Ti a palladiem Pd a své výsledky publikovala na zasedání v Santa Fe. Tato skupina použila velmi výkonné systémy, které moderovaly rychlé neutrony z pokusných buněk a moderované termální neutrony detekovaly v čítači s plynem ³He. Po dobu 3000 až 5000 sekund po vyjmutí vzorku z kapalného dusíku byly pozorovány výtrysky neutronů při teplotě vzorku asi -30 stupňů Celsia. Tyto výtrysky dosahovaly asi 100 neutronů a byly pozorovány asi u 30 procent všech testovaných vzorků. Pokusy tento experiment opakovat v jiné laboratoři však nebyly úspěšné.

Skupina v Yale použila odlišné detekční schéma s několika kapalnými scintilačními čítači se stejnou celkovou účinností, jaké dosahovala skupina v Národní laboratoři v Los Alamos. Dále použila čítače pro monitorování kosmického záření a studovala čtyři buňky za stejných podmínek jako v Los Alamos. Skupina však nepozorovala žádné výtrysky větší než 5 neutronů po dobu stovky hodin. Dva výtrysky z pěti pocházely z kosmického pozadí a další dva pocházely ze stlačených buněk oxidu titanu. Všechny tyto výtrysky se shodovaly se záznamy kosmického záření.

Atomového výzkumné středisko Bhabha v Indii publikovalo výsledky několika svých skupin. Byla pozorována detekce neutronů v elektrolyzéru a tritium a neutrony z katod zhotovených ze slitiny palladia a stříbra a z čistého palladia. Dále byla provedena suchá jaderná fúze při postupném zvyšování teploty a odčerpávání plynu deuteria. Nebyl zaznamenán žádný významný vzrůst neutronového pozadí.

V roce 1986 skupina z Ústavu fyzikální chemie v Moskvě oznámila, že pokud byl krystal LiD roztříštěn zařízením poháněným vzduchovou pumpou, byl pozorován vznik několika neutronů. Tento jev byl vysvětlován pomocí vnitřních polí zlomků materiálu. Později stejná skupina oznámila, že protřepáváním lupínků titanu s těžkou vodou a deuterizovaným polypropylenem při použití kovových kuliček a vibrací o kmitočtu 50 Hz byla několik minut pozorována produkce neutronů o rychlosti 0,31 +/- 0,13 průletů za sekundu. Po několika minutách celý jev ustal.

Jaroslavskij oznámil pozorování emise několika neutronů během plastické deformace zrn beryliového bronzu s oxidem deuteria při opakovaném působení tlaku.

Tyto jevy nejsou dodnes objasněny a řadu experimentů se nepodařilo zopakovat se stejným výsledkem. Pokud budou potvrzeny, mohlo by dojít k rozvoji zajímavé oblasti fyziky. Úroveň energie v těchto experimentech s vnitřními poli je však o několik řádů vyšší než aby mohla souviset se studenou jadernou fúzí.

V některých výše zmíněných experimentech existují problémy s konsistencí mezi počtem atomů tritia a počtem neutronů. Ve zprávě Atomového výzkumného střediska v Bhabha se uvádí, že celkové množství tritia odpovídá asi 10¹⁶ atomům za předpokladu, že štěpný poměr ve studené jaderné fúzi je menší než 10^-8. V tomto případě by měl připadat nejméně jeden neutron na 10⁴ tritonů, pokud by pozorované tritium pocházelo ze studené jaderné fúze. Proto je množství neutronů asi 1000 krát menší, než se očekávalo.

Všechna experimentální měření neutronů souvisejících se studenou jadernou fúzí dosahují hodnot, které jsou mnohem menší než publikované množství tepla pocházející ze studené jaderné fúze jader deuteria.

Několik zpráv uvádí experimenty měření protonů o energii 3 MeV a/nebo tritonů o energii 1 MeV vznikajících při reakci dvou deuteronů, které se přeměnily na tritium a proton. Pro měření byla použita řada metod. Při použití plastických detektorů bylo dosaženo nejvyšší citlivosti. Jejich uspořádání bylo takové, že kontrolní buňka s lehkou vodou byla co nejtěsněji umístěna k buňce s těžkou vodou. Elektrolýza byla prováděna 13 dní a katodovou stechiometrií byl určen poměr H(D)/Pd = 0,8.

V obou buňkách byla zaznamenána emise a částic s rychlostí odpovídající nečistotám přírodního uranu ²³⁸U a thoria ²³²Th ve fóliích z palladia. Nebyly zaznamenány žádné stopy protonů s energií od 0,2 MeV do 3 MeV nebo tritonů s energií od 0,2 do 1 MeV. Rychlost fúze byla odhadnuta na méně než 0,002 na cm³ za sekundu, což odpovídá horní mezi 8,3.10^-26 fúzí na dvojici deuteronů za sekundu. Tato hodnota je o řád nižší než hodnota získaná metodou povrchové křemíkové bariéry.

Ziegler použitím metody povrchové křemíkové bariéry získal mez rychlosti fúze 0,028 na cm³ za sekundu nebo 1,24.10^-24 fúzí na dvojici deuteronů za sekundu. Chemická analýza elektrolytů ale neprokázala žádný anomální vzrůst koncentrace tritia. Podobného výsledku dosáhl Sundqvist, který také použil metodu povrchové křemíkové bariéry pro detekci protonů. Jeho výsledky však leží v rozmezí statistických chyb.

Všechny experimentální metody na hledání nabitých částic dávaly velmi nízké meze pro studenou jadernou fúzi dvou deuteronů na tritium a proton. Tyto výsledky jsou opět nekonsistentní s předpokládanou studenou jadernou fúzí.

Jeden řídký typ reakce deuteronů je provázen emisí g fotonů o energii 23,85 MeV. Podobně reakce protonu s deuteronem je provázena emisí g fotonů o energii 5,49 MeV. Ve všech publikovaných zprávách se uvádí, že při reakcích dvou deuteronů nebo protonu s deuteronem nebyla žádná podstatná emise záření g zaznamenána. Porter oznámil, že nezaznamenal žádnou emisi fotonů g s energií 5,5 MeV, ani emisi roentgenova záření.

Podobné negativní výsledky pozorování emise g záření byly oznámeny z dalších pracovišť v Santa Fe a v Pons Laboratory.

Beuhler a kolektiv urychloval nabité shluky molekul těžké vody napětím až 325 keV proti deuterizovanému terčíku titanu. Pozoroval důkaz reakce dvou deuteronů na proton a triton a také vznik neutronu a jádra atomu hélia ³He.

Tyto jevy nejsou dosud plně objasněny, protože experimenty lze obtížně opakovat. Pokud by byly potvrzeny, mohly by opět vést k rozvoji zajímavé oblasti fyziky. Úroveň energie v těchto experimentech s ionty je ale o několik řádů vyšší než aby mohla souviset se studenou jadernou fúzí.

Jak již bylo uvedeno, všechny reakce jader deuteria vedou ke vzniku buď tritia nebo hélia. Kromě přímé detekce jader tritia nebo hélia se pozorování soustředilo na nalezení akumulace plynu tritia nebo hélia na některé z katod palladia, na nichž docházelo ke vzniku přebytku tepla.

V těchto experimentech je důležité zjistit počáteční obsah tritia v těžké vodě a tak určit, že elektrolýza těžké vody vedla ke zvýšení obsahu tritia v těžké vodě. Detekce akumulovaného tritia nebo hélia je obecně méně citlivější než přímá detekce.

Například detekce tritia měřením jeho b rozpadu je méně citlivější test reakce dvou deuteronů než přímé měření neutronů nebo nabitých částic. Asi 10⁷ atomů vede k jednomu b rozpadu za minutu. Relativní objem tritia v normální vodě je asi 10^-18. V těžké vodě dochází k asi 120 až 180 rozpadům tritia za minutu v jednom mililitru. Proto je nutné předem určit počáteční objem tritia v těžké vodě před vlastním experimentem.

Většina zpráv o nadbytku tritia v elektrolytických buňkách souvisí s původním objemem tritia v těžké vodě a také původní experimenty Fleischmanna a Ponse jsou konsistentní s touto interpretací.

Několik experimentátorů oznámilo občasné měření nadbytků tritia ve vzorcích těžké vody z elektrolytických buněk po několika dnech experimentu. Mezi tato pozorování patří pokusy Stormse z Národní laboratoře Los Alamos, Fullera a Scotta z Národní laboratoře v Oak Ridge. Některé experimenty v Národní laboratoři v Oak Ridge vykazovaly nadbytek tritia po krátkou dobu, po níž se množství tritia vrátilo k hodnotě pozadí. Storms oznámil asi stonásobný nadbytek tritia ve dvou buňkách ze sedmdesáti buněk.

Čtyři výzkumné skupiny studovaly produkci tritia v uzavřených elektrolytických buňkách. Počáteční množství tritia v buňkách odpovídá množství tritia v těžké vodě a v elektrodách. Tyto experimenty detekovaly nadbytek tritia vznikající elektrolýzou kromě tritia obsaženého v katodě z palladia. Obecně je množství deuteria v katodě zanedbatelné ve srovnání s těžkou vodou. Není započítáno pouze tritium vznikající v katodě, které zde zůstává kvůli pomalé difúzi. V těchto experimentech je celkové množství vzniklého tritia v těžké vodě menší než 10⁴ atomů za sekundu. Pokud toto tritium vzniká při reakci jader deuteria, pak největší výkon je 10 miliWattů. V jednom experimentu v otevřené buňce byl zaznamenán výkon 35 Wattů po dobu 90 minut (187 kJ). Nebyl však zaznamenán žádný nadbytek tritia. Je zřejmé, že teplo nepocházelo z jaderné fúze jader deuteria.

Dvě výzkumné skupiny pozorovaly množství tritia 10¹² až 10¹⁴ atomů v jednom mililitru těžké vody D₂O po dokončení elektrolýzy vody trvající několik hodin. Toto množství tritia podle uvedeného zmenšení objemu těžké vody nemohlo vzniknout elektrochemickým obohacením. Bockrisova skupina z A&M v Texasu ale nepozorovala přebytek tritia ve všech buňkách. Skupina použila roztok LiOD a anody z niklu. Během elektrolýzy byl vysrážen oxid nikelnatý a určité množství niklu se usadilo na katodě z palladia. V jednom experimentu bylo měřeno množství plynu molekul deuteria.

Wolfova skupina z A&M v Texasu hledala v Bockrisově typu buněk vznik neutronů. Horní mez produkce neutronů byla asi 1 neutron za sekundu, což nesouhlasí s množstvím tritia oznámeným Bockrisovou skupinou. Na základě štěpného poměru mezi rychlostí vzniku neutronů a deuteria v uvažované studené jaderné fúzi jde o značně nekonsistentní výsledek, který se liší 10⁴ až 10⁵ krát od předpokládaných hodnot.

Rozsáhlé a systematické studium tritia při elektrolýze těžké vody z katodami z palladia provedl Martin z A&M v Texasu. Použil jak otevřené tak uzavřené buňky a katody od dodavatele Johnson & Mathey nebo katody téhož typu, jako použila Bockrisova skupina. Martin uvedl, že objevil asi 50 krát vyšší množství tritia než na počátku experimentu s těžkou vodou. Toto množství tritia je větší než se očekávalo z elektrolytického obohacení.

Skupina BARC oznámila množství tritia srovnatelné s údaji Bockrisovy skupiny, když byla elektrolýza prováděna několik dní s různými proudy od 1 do 100 ampérů. Výsledek byl znovu naprosto nekonsistentní s měřením emise neutronů a sekundárních neutronů, které by měly při jaderné fúzi jader deuteria na tritium vznikat.

Experimenty s určitým pozorovaným nadbytkem tritia se ve většině případů jinými skupinami nepodařilo zopakovat. Tato měření jsou navíc zcela nekonsistentní s množstvím neutronů, které při uvažované jaderné fúzi mělo vzniknout.

Jedna ze štěpných reakcí jader deuteria vede ke vzniku hélia ⁴He a paprsků g. Žádná z výzkumných skupin však růst množství isotopů hélia ³He nebo ⁴He neoznámila. Původní zpráva o množství hélia v experimentech Ponse a Fleischmanna byla později odvolána. Profesor Pons provedl nová měření hélia v několika laboratořích. Univerzita v Utahu ve spolupráci s Battelle Northwest předala několik svých elektrod z palladia k testování na množství hélia různým laboratořím.

Ani další zprávy produkci hélia nepotvrdily. Některé skupiny, jako Lewisova skupina, použily citlivou hmotností spektroskopii a testovaly jak unikající plyny z elektrolýzy tak elektrody z palladia. Očekávalo se, že hélium bude zachyceno v kovové mřížce elektrod z palladia. Proto tyto elektrody byly rozdrceny na jemný prach a bylo testováno množství uvolněného hélia. Nebylo však objeveno žádné množství hélia nad mez 8.10¹¹ atomů hélia v cm³ palladia. Tato mez odpovídá běžnému pozadí hélia a je stále ještě tisíckrát menší než očekávané množství hélia při jaderné fúzi jader deuteria za jednu hodinu s výkonem 1 Wattu.

Výzkumníci z Národní laboratoře Lawrence Livermorea testovalo katody z palladia, které jim poskytla skupina z A&M v Texasu. Ve vzorku zjistili 3.10⁵ atomů isotopu hélia ³He a 5.10⁸ atomů isotopu hélia ⁴He, což jasně ukazuje, že ve vzorku žádné hélium nevzniklo. Získaná množství jsou totiž o mnoho řádů menší než by měly být v případě jaderné fúze s výkonem 43 mW po dobu 100 hodin.

Množství výsledných produktů jaderné fúze při experimentech s elektrolýzou jsou o několik řádů nižší, než se očekávalo. Proto někteří výzkumníci navrhli jistá nekonvenční vysvětlení. Několik výzkumníků navrhlo mechanismus, podle něhož reakční teplo z jaderné fúze dvou deuteronů na jádro isotopu hélia ⁴He přechází do tepla mřížky elektrod a nevyzařuje se ve formě fotonů. Jiní výzkumníci se odkazovali na Mossbauerův jev. Ani jedno z těchto vysvětlení nelze použít na isotop hélia ⁴He.

V září 2000 bylo oznámeno první pozorování procesu, při němž energie uvolněná jádrem způsobila excitaci elektronu z nejnižšího stavu energie do vyššího stavu. Za normálních okolností jevy v atomovém jádře a jevy v elektronovém obalu atomu spolu nijak nesouvisejí. Energie způsobující změny kvantového stavu elektronu se měří v elektronvoltech a energie způsobující změny stavu atomového jádra se měří v tisících až miliónech elektronvoltů. Avšak v případě velmi těžkých iontů, které mají několik desítek elektronů, se mohou energie změn kvantových stavů atomů překrýt se změnami kvantových stavů v jádře. Společný tým z Bordeaux, Gif sur Yvette, Darmstadtu, Orsay, Manchasteru, Caenu a Stanfordu (Jean Francois Chemin, Středisko jaderného výzkumu, Bordeaux- Gradignan, [M1], 011-33-55-712-0874) provedl experiment s atomy telluru na francouzském urychlovači GANIL, při němž se odstranilo 47 nebo 48 elektronů. Energie z atomového jádra excitovala elektron z hladiny 1s na volnou "Rydbergovu" vazební hladinu.

Tato pozorování mají neobyčejné důsledky. Energie mezi jádrem atomu a jeho elektronovým obalem se může přenášet resonančním procesem, který se podobá resonančnímu procesu mezi kondenzátorem a odporem v obvodu typu LC. Navíc tento přenos energie může hrát určitou roli v anomálním chování některých typů atomů. Jádro atomu může být naopak ovlivněno excitacemi elektronového obalu. (Carreyre et al., Physical Review C, 1. září 2000; Kishimoto et al. Physical Review Letters, 28. srpna 2000.) [I1]

Vnitřní konverze umožňuje elektronu v atomu s excitovaným jádrem odnést část energie z reakce, aniž by došlo k vyzáření fotonu. Tento jev je kvantitativně objasněn. Dochází k němu v těžkých atomech s pevně vázanými vnitřními elektrony a s fotony o nízké energii (méně než 1 MeV). V atomu héliu jsou elektrony vázány k jádru slabě a foton má energii 23,85 MeV. Proto nemůže docházet k žádné vazbě mezi tímto fotonem a elektrony a nemůže docházet ke vnitřní konverzi. Wallingův a Simonsův návrh se pokusil rozšířit působení vnitřní konverze elektronů v atomech na vyšší efektivní hmotnost odpovídající pevným tělesům. Taková vazebná struktura však nemůže sehrávat roli elektronů o vysoké hmotnosti. Proces vnitřní konverze probíhá pouze v subatomových vzdálenostech a pro energie řádově MeV. Později Wallingova zpráva o množství isotopu hélia ⁴He konsistentním s nadbytkem tepla byla vysvětlena atmosférickou kontaminací vzorku héliem.

V Mossbauerově jevu se moment fotonu o velmi nízké energii (nižší než 100 keV), avšak nikoliv jeho energie rozkládá v celé mřížce v jistém koherentním módu. Tento proces však nemůže nijak souviset s vysvětlovaným jevem.

Obecně existuje řada reakcí analogických jaderné fúzi dvou deuteronů nebo protonu a deuteronu, při nichž jsou emitovány fotony s energií srovnatelnou s jadernými reakcemi nízké energie (g paprsky zachycených termálních neutronů). Účinný průřez pro záchyt termálních neutronů byl již podrobně prostudován, protože se využívá ve štěpných jaderných reaktorech. Pokud by existovaly nějaké anomální procesy, při nichž by byla potlačena emise g záření kvůli jeho přímé konverzi v teplo mřížky, byly by zcela jistě zaznamenány jako nesoulad mezi vypočtenou hodnotou účinného průřezu a skutečnou hodnotou při provozu reaktorů. Po více než 40 letech rozsáhlého studia procesů ve štěpných reaktorech nebyl žádný takový proces pozorován a možnost zcela neznámých jevů je nepravděpodobná.

Kromě diskutovaných jaderných fúzí dvou deuteronů a protonu s deuteronem existuje několik dalších exotermických reakcí, které mohou probíhat za nízkých energií. Mimo jiné může jít o jadernou fúzi deuteronů s isotopy lithia 6Li a 7Li a s různými isotopy palladia. Rychlost reakce je také v těchto procesech určována Coulombovou bariérou a proto jsou tyto jaderné fúze při nízkých teplotách ještě nepravděpodobnější než jaderná fúze deuteronů. Relativně nejpříznivější jsou jaderné fúze isotopů lithia, jehož jádro má elektrický náboj roven třem. Přesto fúze těchto jader je kvůli náboji jádra mnohem obtížnější než fúze deuteronů a je asi o 40 řádů pomalejší. Jaderná fúze deuteronu s isotopem lithia 6Li a protonu s isotopem lithia 7Li nevytváří neutrony nebo přímé g fotony, protože jejich energie je obsažena v a částicích (jádra isotopu hélia ⁴He). Měly by však být pozorovány g fotony způsobené Coulombovou excitací atomů palladia. Žádné takové záření pozorováno dosud nebylo.

Někteří výzkumníci se domnívají, že produkty jaderných fúzí při nízkých energiích lze pozorovat v přírodních geologických procesech. Poměr isotopů hélia ³He:⁴He je anomálně vysoký při těkavých emisích z velmi hlubokých vulkánů, jaké se vyskytují na Havajských ostrovech, v Grónsku a Yellowstoneském národním parku. Některá měření vykazují také anomální množství tritia a některé další radioaktivní isotopy, jako je chlór ³⁶Cl. Ačkoliv vysoké hodnoty isotopu hélia ³He byly již dříve považovány za relikty procesů v geologicky dávné minulosti Země, vysoké množství tritia nebo isotopu chlóru ³⁶Cl (po odečtení hodnot z testů jaderných zbraní) by mohlo být důkazem přírodních procesů studené jaderné fúze uvnitř Země. Pokud by takové procesy skutečně existovaly, bylo by možno objasnit některé závažné geofyzikální problémy, jako je tok tepla v tělese Země, rozdělení chemických prvků s rostoucí hloubkou a složení zemského jádra.

Podle geochemiků některé isotopy nelze vysvětlit přírodní studenou jadernou fúzí. Na druhé straně některé univerzitní laboratoře hledají důkazy takových procesů jaderné fúze v emisi vulkanických plynů nezávisle na laboratorních experimentech se studenou jadernou fúzí.

Žádný z dosud provedených experimentů neprokázal očekávané produkty studené jaderné fúze. Změřené hodnoty jsou o mnoho řádů nižší než očekávané hodnoty na základě množství tepla vzniklého elektrolýzou. V řadě experimentů nebyly objeveny žádné produkty jaderné fúze, někteří výzkumníci oznámili pozorování neutronů nebo tritia v množství mnohem menším, než jaké by mělo vznikat v procesech studené jaderné fúze. Navíc některé výsledky měření produktů jaderné fúze jsou nekonsistentní.

Někteří výzkumníci oznámili pozorování výtrysků neutronů, ale jejich experimenty se nepodařilo zopakovat jinými výzkumníky. Některé mechanismy mohou produkovat slabé výtrysky horké jaderné fúze (způsobené vnitřními poli s vysokým napětím při určitých teplotách nebo deformace materiálu), avšak nelze je jednoznačně prokázat.

Pokud by existoval proces studené jaderné fúze, pak by vyžadoval:
 

a) značně vysoké pronikání kvantově mechanickou bariérou, které by muselo být potvrzeno měřením (při studiu spontánního štěpení, při studiu poločasu rozpadu a radioaktivity a při studiu účinného průřezu některých reakcí)  b) drastickou modifikaci štěpných poměrů jaderné fúze dvou jader deuteria  c) pokud takové procesy vedou ke vzniku isotopu hélia 4He, vysvětlení přenosu tepla a případně dosud neobjevených jaderných procesů.

Obecně všechny nové vědecké objevy musí být konsistentní a musí být reprodukovatelné. Pokud experimenty nejsou příliš komplikované, lze fyzikální objev potvrdit nebo vyvrátit během několika měsíců. Hypotéza studené jaderné fúze se od počátku potýkala ze zásadními problémy nekonsistence a neopakovatelnosti experimentálních výsledků. Někteří výzkumníci tvrdili, že problém spočíval v uspořádání experimentů. Studenou jadernou fúzi navíc nepodporovala konsistentní teorie, která by nebyla s ostatními teoriemi v rozporu.

Pokud studená jaderná fúze skutečně existuje, musí za ní stát zcela nové jaderné procesy, které dosud nebyly objeveny a ani nevyplývají z žádné současné teorie.

Literatura a odkazy:

[X0] The Concise Columbia Electronic Encyclopedia. Columbia University Press. 1994. Licensed from Inso Corporation.

[X1] Cold Fusion Research. November 1989. A Report of Energy Research Advisory Board to the United States Department of Energy. DOE/S-0073 DE90 005611

[X2] An Attempted Replication of the CETI Cold Fusion Experiment. Barry Merriman, with Paul Burchard. Clean Energy Technologies, Inc. (CETI)

[X3] Afsar Abbas: Implications of Theoretical Ideas Regarding Cold Fusion. 29 Mar 1995. Institute of Physics, Bhubaneswar - 751005, India. nucl-th/9503029 e-Print archive. Los Alamos National Laboratory. US National Science Foundation.

[I1] From: physnews@aip.org (AIP listserver) PHYSICS NEWS UPDATE. The American Institute of Physics Bulletin of Physics News. Number 500. August 31, 2000 by Phillip F. Schewe and Ben Stein