Cold Fusion, Antara Imajinasi dan Kenyataan 0

Pada tahun 1989, dunia seakan dibuat terkejut saat Pons-Feischmann melaporkan penemuannya yang sangat kontroversial, yang kemudian disebut dengan apa yang dikenal sebagai ‘cold fusion’. Hal ini cukup beralasan, sebab apabila ini memang benar terjadi, maka batasan perhitungan termodinamika klasik yang selama ini menjadi pegangan para ahli dan ilmuwan telah berhasil dilampai dan akan menjadi suatu lompatan besar di dalam dunia ilmu reaksi nuklir dan fusi.

Pada saat itu, Pons-Feischman melaporkan adanya kelebihan (excess) energi panas pada proses rekasi elektrolisa air berat deuterium pada sel palladium (Pd). Produksi panas yang melebihi perhitungan ini di-klaim sebagai hasil reaksi nuklir fusi. Efek yang ditimbulkan dari laporan ini benar-benar berdampak besar. Dana puluhan milyar dollar amerika pun langsung dikucurkan baik oleh lembaga pemerintah maupun lembaga riset untuk melakukan pernelitian lanjutan tentang masalah ini.

Bantahan dan dukungan tentang hasil penelitian ini pun muncul secara bersamaan. Tak heran jika dalam Americal Physical Society meeting 1989 menjadi ajang ‘pertarungan’ para ahli untuk memperdebatkan masalah ini. Banyak yang menyatakan bahwa fenomena reaksi nuklir fusi hanyalah khayalan dan bentuk dari kesalahan analisis dari hasil percobaan. Dilain pihak, sedikitnya 10 negara telah berhasil memperoleh energi ‘asing’ seperti apa yang dilaporkan Pons-Feischman dalam berbagai penelitian yang mirip1.
Cold fusion?

‘Cold fusion’ diturunkan dari dua kata: cold (dingin) dan fusion (menyatu). Jadi proses cold fusion adalah proses bersatu atau bergabungnya senyawa-senyawa kimia ringan (nukleida) menjadi suatu yang lebih berat yang menghasilkan panas sebagai produk reaksi. Satu hal yang membedakan antara cold fusion dan reaksi nuklir fusi lainnya ada lah temperatur reaksi yang jauh lebih rendah. Temperatur menjadi variable yang sangat penting untuk keberlangsungan reaksi fusi. Dalam proses ionisasi (plasma) reaktan (biasanya berupa nukleida isotop hidrogen, seperti: deuterium (2D) dan tritium (3T)), dihasilkan nukleida-nukleida yang bermuatan sama sehingga cenderung bertolakan satu dengan yang lainnya, yang dikenal sebagai gaya tolak Coulomb. Pada jarak yang sangat dekat, nilai gaya tolak ini bias mencapai puluhan ribu kilo Newton. Untuk memberikan energi yang cukup yang dapat melampuai batasan gaya tolak Coulomb sehingga nukelida bisa saling bertumbukan, biasanya dilakukan pemanasan hingga mencapai temperatur 108 Kelvin (bayangkan suhu matahari yang ‘hanya’ 106 K). Jadi umumnya reaksi fusi dikenal sebagai ‘hot fusion’ atau ‘thermal fusion’.

Fenomena yang menyimpang yaitu reaksi fusi pada temperatur rendah (mendekati suhu ruang) inilah yang menjadi bahan perdebatan. Banyak yang tidak mempercayai hasil penelitian dari Pons-Feischman dan menganggap peristiwa ini sebagai ‘kesalahan’ belaka.
Pons-Feischman phenomena2

Lalu apakah yang mendasari Pons-Feischman sehingga berani melaporkan sesuatu yang berbau ‘kontroversial’. Ini tak lain dan tak bukan, dikarenakan hasil penelitiannya yang tidak sesuai dengan kalkulasi teoritis. Pons-Feischman melakukan eksperimen dengan mencelupkan batang paladium (Pd) ke dalam deuterium (D2O) atau dikenal pula sebagai air berat. Keseimbangan panas reaksi diukur dengan menggunakan kalorimeri. Dengan menggunakan prinsip sel elektrokimia yang terhubung sebuah baterai, jumlah energi yang tersuplai pada system dapat dihitung. Sebagai contoh, apabila nilai arus diasumsikan sebesar 0.1 ampere dan tegangan 12 V, maka akan diperoleh nilai hambatan (R) sebesar 120 ohm. Pada kondisi ini, elektroda akan menerima energi sebesar 0.1´12´120 atau 72 joule. Sebagian besar dari energi yang diterima, akan digunakan untuk memecah molekul deuterium (menjadi hidrogen dan oksigen) dan sisanya di ubah menjadi panas. Dengan kata lain, laju panas yang dihasilkan seharusnya kurang dari 72 joule. Tetapi Pons-Fleischmann memperolah hasil yang sebaliknya. Jumlah panas ternyata tidak lebih kecil dari 72 joule malahan jauh diatas (mencapai 20 kali) nilai energi masuk. Lalu apakah yang terjadi?

Banyak penjelasan yang disampaikan untuk menjelaskan fenomena ini. Hal ini dikarenakan Pons-Feischman sendiri meyakini adanya reaksi nuklir fusi tanpa bukti yang kuat.

Prof. Clarke dalam bukunya ‘Profiles of the Future’, menyatakan bahwa kemungkinan adanya nuklir fusi itu masuk akal dengan memunculkan istilah nuklir katalis sebagai jawaban tentang batasan tolakan Coulomb3. Tetapi tidak dijelaskan senyawa apakah yang bertindak sebagai katalis dalam peristiwa ini. Prinsip nuklir katalis diyakini terjadi pada proses fusi matahari, dimana karbon dan nitrogen memegang peran sebagai senyawa aktif-nya (catalytic site). Tidak juga paladium (Pd) yang bertindak sebagai elektroda dan di dalam dunia reaksi kimia dikenal sebagai bahan katalis, sebab ketika diganti dengan nikel (Ni) yang dikenal pula sebagai logam katalis, fenomena diatas tidak terjadi.

Pengukuran emisi partikel yang dihasilkan boleh dikatakan menjadi jalan yang terbaik untuk membuktikan kebenaran terjadinya reaksi nuklir fusi, karena saat itu, para ilmuwan hanya memperhitungkan faktor perhitungan energi panas saja.

Reaksi-reaksi nuklir fusi yang sangat mungkin terjadi pada fasa ini adalah:


No. Reaksi Energi yang dilepaskan (MeV)

1. 2D + 2D à 3T + p 4.03

2. 2D + 2D à 3He + n 3.27

3. 2D + 2D à 4He + g 23.85

4. 2D + 2T à 4He + n 17.59

5. p + 2D à 3He + g 5.49

6. p + 3T à 4He + g 19.81

Reaksi 1 dan 2 disebut-sebut sebagai reaksi yang ber-‘tanggung jawab’ atas terjadinya peningkatan energi panas yang ada. Banyak tanggapan yang diberikan berkenaan dengan keberlangsungan reaksi. Dr. Michael McKubre dalam laporannya kepada departemen energi USA, memaparkan adanya anomali (keanehan) adanya phenomena baru fisik yang memungkinkan adanya reaksi fusi: 2D + 2D à 4He + 23.85, meski dari pengukuran emisi, intensitas 4He sangatlah kecil. Reaksi ke-3 merupakan reaksi fusi yang umum berlangsung pada proses fusi panas (thermal fusion), dimana dihasilkan partikel 4He dan pancaran sinar gamma (g). Berseberangan dengan pendapat diatas dan bertitik tolak dari rendahnya intensitas sinar g yang dihasilkan, muncullah konsep reaksi baru. Reaksi yang berlangsung bukanlah DD reaction (2D+2D), melainkan HD reaction (2H+2D), dimana ini terjadi karena larutan D2O terkontaminasi oleh H2O. Pada HD reaction, reaksi tidak menghasilkan sinar g, dan kelebihan panas yang dihasilkan pun sangat kecil, tidaklah sebesar yang diperkiran semula.

Dua hasil yang sangat berbeda diperoleh dari penelitian Claytor4 dan Storms5. Jika Claytor melaporkan bahwa senyawa tritium berhasil diproduksi pada system Pd-D tegangan rendah, maka Storms melapokan hal sebaliknya. Lebih dari 250 sel elektrolit paladium dari berbagai jenis sumber dan lokasi telah dicoba, tetapi hanya 13 sel yang memproduksi tritium. Itupun dengan konsentrasi yang tidak signifikan untuk dikatakan bahwa telah terjadi reaksi fusi tersebut.
Reaksi Fusi dingin

Hingga saat ini, telah dikenal beberapa jenis reaksi fusi dingin, seperti:

1. Fusi berkatalis muon. Konsep reaksi fusi ini diperkenalkan oleh Steven Jones sekitar tahun 1980. Proses reaksi berlangsung via pembentukan muons (bermuatan sama dengan elektron tetapi memiliki massa 207´ lebih berat). Dimana muon inilah yang merupakan wujud energi hasil reaksi. Karena waktu hidup muon yang sangat singkat, maka hampir tidak mungkin untuk mendapatkan energi tersimpan dari proses ini.

2. The Farnsworth-Hirsch Fusor dikenal pula sebagai bentuk mikroskpis dari fusi panas. Dalam proses fusi, dilakukan akselerasi nukleida-nukleida reaktan sehingga berakibat naiknya temperature partikel, tetapi masih jauh dibawah temperatur fusi panas. Proses ini merupakan proses fusi yang murah, tetapi produksi panas yang dihasilkan tidaklah stabil.

3. Fusi Antimatter-initialized. Reaksi fusi pada proses ini akan diawali dengan ledakan kecil dan ledakan ini akan dikuatkan hingga mampu untuk memulai proses tumbukan partikel. Mahalnya dan kompleksnya peralatan pendukung menyebabkan proses ini tidak lagi dilirik sebagain sesuatu yang menjanjikan untuk dikembangkan.

Terlepas dari pro dan kontra, tidak ditutupi bahwa penelitian Pons-Feischmann memiliki keunggulan dibandingkan dengan proses reaksi fusi sejenis sebelumnya baik dari segi instrumentasi maupun teknis. Proses fusi panas masih terlalu berisiko untuk dilaksanakan selain juga menghabiskan biaya yang mahal. Tidak heran jika banyak ilmuwan menyatakan ketertarikannya untuk meneliti proses ini lebih lanjut. Bisa anda bayangkan, jikalau benar, maka kita akan bisa bepergian sejauh 100.000 mil hanya dengan berbekal 1 tangki air!! Tak hanya itu, para ilmuwanpun akan juga turut dibuat pusing. Francis F. Chen, pengarang buku proses fusi yang paling populer: Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, mengatakan bahwa ia harus merevisi paling sedikit dua bab dalam bukunya jika fenomena Pons-Feischmann ini benar-benar terjadi.

Jadi? Anda tertarik untuk membuktikan mana yang benar?

Referensi:

[1] Josephson, B.D., ‘Pathological Disbelief’, Lecture of Nobel Laurent’s meeting, Lindau, June 30th, 2004.

[2] Fleischmann, M., Pons, S., ‘Electrochemically induced nuclear fusion of deuterium’, J. Electroanal. Chem., 261 (1989), 301-308.

[3] Mallove, E., ‘Arthure C. Clarke: The Man Who “Predicted” Cold Fusion and Modern Alchemy’, Infinite Energy Mag., special edition, issue 1-45, p. 7.

[4] Claytor, T.N., Jackson, D.D., Tuggle, D.G., ‘Tritium Production from A Low Voltage Deuterium Discharge on Palladium and Other Metals’, Infinite Energy Mag., special edition, issue 1-45, p. 25-29.

[5] Storm, E., ‘My Live with Cold Fusion as A Reluctant Mistress’, Cold Fusion & New Energy Symp., Manchester-New Hampshire, Oct 11, 1998.

Superkonduktor Merupakan Organik yang Sederhana 0

SUPER KRISTAL Metal yang disuntikkan dari molekul dapat mensuperkonduksikan.

Penemuan suatu superkonduktor hidrokarbon baru bertemperatur tinggiBottom of Form

, berdasarkan pada subunit graphene, menunjukkan kelas baru pertama kali dari superkonduktor organis lebih dari beberapa dekade dan membawa potensi bagi para peneliti untuk mengembangkan variasi molekular yang tidak terhingga. Hal ini juga membantu mengarahkan bidang fisika yang mendiominasi terhadapa superkonduktifitas pada arah bidang ilmu kimiawi.

Sebuat tim dari Jepang yang dipimpin oleh Yoshihiro Kubozono, seorang profesor ilmu kimia dan ilmu pengetahuan permukaan pada Okayama University, melaporkan bahwa kristal molekul picene planar—yang tersusun dari lima benzene terfusi—mensuperkonduksikan pada suhu 18 K saat disuntikan dengan atom potassium atau rubidium (Nature 2009, 464, 76).

Meskipun suhu tersebut sangat relatif dingin sekali dibandingkan dengan suhu lebih dari 100 K mensuperkonduksikan temperatur (Tc) dari beberapa superkonduktor keramik, namun hal ini sebanding dengan Tc dari superkonduktor organis lainnya seperti potassium yang disuntikkan buckminsterfullerene (38 K) dan kalsium yang ter-interkalasikan dengan graphite (11 K).

Para ilmuwan melanjutkan untuk mencari superkonduktor baru bertemperatur tinggi karena mereka pikir akan menjadi bahan ideal nantinya bagi motor listrik yang efisien dan penyimpanan tenaga serta sistem distribusinya.

Dikarenakan superkonduktor bertemperatur tinggi dimulai dengan munculnya di laboratorium pada tahun 1980an, daftarnya telah meluas dari bahan perunggu oksida pertama kalinya hingga meliputi seperti persenyawaan magnesium diborida dan juga beberapa molekul organis. Sebagaimana picene yang dianggap sebagai suatu fragmen dari bahan karbon graphene berkawat kandang ayam, Kubozono menjelaskan, alkali yang disuntikkan superkonduktor acene sdapat saja menjadi suatu kelurga besar.

“Picene bukanlah molekul spesial, namun sangat umum sekali,” kata Kubozono. “Lebih lanjut kita mengharapkan adanya superkonduktor acene baru.”

Menurut beberapa teori mengenai superkonduktifitas, dengan menurunkan beberapa temperatur bahannya akan menghasilkan apa yang disebut dengan elektro pasangan Perunggu yang mengatasi repulsi mutual mereka dan selanjutnya dapat mengalir melalui bahan yang segera terjadi. Bahan organis yang mensuperkonduksikan umumnya berdasarkan pada persenyawaan aromatik, yang memiliki sistem π orbitals. Beberapa elektron mendonasikan kepada π orbital dari atom metal alkali dapat mensuperkonduksikan, dibawah kondisi tertentu.

Penulisnya beralasan bahwa dikarenakan picene menyerupai segmen dua dimensional dari graphite, hal ini kemungkinan juga mensuperkonduksikan saat disuntik. Kedua hal ini dilakukan di Inggris, sebagaimana apa yang dikatakan profesor bahan kimiawi yaitu Matthew J. Rosseinsky pada University of Liverpool dan Kosmas Prassides pada Durham University dalam sebuah pandangan mengenai laporan ini bahwa “hal ini merupakan contoh pertama kalinya dari superkonduktor molekular dimana komponen organisnya berisi hanya atom karbon dan hidrogen.”

Meskipun kemiripan picene terhadap graphite, elektronisnya menyerupai beberapa metal superkonduksi yang disuntik fullerenes, catat mereka. Meskipun elektronis tersebut adalah buktinya, mekanisme superkonduksi picene belumlah sepenuhnya menjelaskan apa-apa, laporan dari tim Kubozono. Namun hal yang penting dari struktur picene adalah menyoroti pada saat dibandingkan dengan molekul pentacene, yang mana bersifat isomeric dengan picene, namun bergaris lurus: Metal alkali yang terinterkalasikan dengan beberapa molekul pentacene tidaklah mensuperkonduksikan.

“Saya pikir perbedaan yang saling berbenturan ini adalah sangat menarik dan menyarankan sebuah petunjuk dalam memahami asal muasal superkonduktifitas pada sistem hidrokarbon aromatik terinterkalasi,” kata profesor Hideo Hosono dari Tokyo Institute of Technology, yang baru-baru ini laboratoriumnya menemukan sebuah keluarga dari superkonduktor besi arsenida (C&EN, Oct. 20, 2008, page 15).

Laboratorium Kubozono sekarang ini sedang mencari yang berkenaan dengan superkonduktor dengan menginterkalasikan atom metal kedalam acene lainnya.

Hosono menjelaskan bahwa banyak sekali pemain pada penelitian superkonduktifitas baru-baru ini memiliki latar belakang ilmu kimiawi. Banyak sekali dari penemuan superkonduksi di laboratoriumnya dilaporkan pertama kalinya pada jurnal ilmu kimiawi seperti Journal of the American Chemical Society.

“Penelitian material pada superkonduktor secara luas telah kilakukan [pada bidang] bahan fisika terkondensasi,” kata Hosono. “Bagaimanapun juga, Saya merasa peranan ilmu kimiawi sangatlah cepat berkembang dalam mengeksplorasi superkonduktor baru.”

Misteri elektron tersolfasi telah terpecahkan 0

Para peneliti di Jerman mampu menjawab teka-teki yang telah membingungkan para ilmuwan selam berdekade: kenapakah beberapa elektron wpada lingkungan berair muncul pada dua sifat berbeda, dengan beberapa elektron yang dikaitakan dengan beberapa molekul air lebih kuat dari pada yang lainnya.

Hal ini telah diketahui selama bertahun-tahun bahwa beberapa elektron bebas pada larutan air berdiam pada lubang disekitarnya, kira-kira, enam molekul air dan ditempatkan oleh ikatan hidrogen. Energi pengikatan dari beberapa elektron ini telah diperkirakan bertenaga antara 3 dan 4 elektron volts. Bagaimanapun, hal ini telah diselidiki bahwa beberapa elektron pada larutan bereaksi pada hal yang mengusulkan ada beberapa elektron yang pengikatan energinya secara signifikan sangat rendah dari pada ini.

Sekarang ini, sebuah tim yang dipimpin oleh Bernd Abel, dari University of Leipzig, secara langsung telah mengukur pengikatan energi dari beberapa elektron pada larutan dan telah memecahkan misterinya.

Tim Abel menghasilkan jet sangat kecil di air pada kedap udara dan menyinarinya untuk menghasilkan beberapa elektron. Mereka memanaskan energi sinar pada jet untuk melepas beberapa elektron, dengan menagkap mereka dan mengukur secara spectroscopical energi kinetis mereka. Perbedaan antara energi insiden dan energ dari elektron yang dilepaskan sebanding dengan pengikatan energi elektron.

Akan tetapi para peneliti memperkenalkan pilinan yang cerdik pada pendekatan ini. Pada salah satu eksperimen mereka menggunakan air murni untuk menghasilkan elektron electrons – dimana bagian terbesar dari elektron yang dilepaskan akan keluar dari permukaan air. Serta, pada eksperimen yang lainnya mereka menggunakan larutan garam sebagai sumber dari elektron – dan dikarenakan garam dikeluarkan dari permukaan elektron tersebut maka akan datang dari bagian dalam dari jet air.

Tim ini menunjukkan bahwa permukaan elektron diikat dengan suatu energi yang hanya sebesar 1.6eV, sedangkan dari larutan terbesar mempeunyai pengikatan energi sebesar 3.3eV, sejalan dengan prediksi secara teoritis.

Kelihatnnya bahwa permukaan elektron hanya sebagian saja yang tersolfasi, kata Abel. ‘Mereka berdiam diri pada suatu setengah lubang, yang ditempatkan oleh ikatan hidrogen dimana mencegah mereka dari menyelam kembali kedalam larutan terbesar.’ Secara siignifikan pengikatan energi dari permukaan elektron dekat dengan ‘penerimaan energi’ dari biomolekul seperti DNA, memungkinkan beberapa elektron berinteraksi dengan ikatan kimiawi pada beberapa molekul.

Andrew Ellis, yang meneliti fenomena solfasi pada University of Leicester di Inggris mengatakan bahwa ‘beberapa studi sebelumnyadari perekatan elektron pada kluster air di fase gas menunjukkan pada dua lingkungan berbeda bagi elektron berlebih, satu pada permukaan dan lainnya pada bagian terbesar, namun interpretasi pada pengukuran kluster tersebut telah menjadi kontroversial.’ Studi yang ‘menyenangkan’ oleh Abel dan timnya dengan menggunakan teknik eksperimental yang cerdik, kata Ellis, dan ‘mendemonstrasikan bahwa dua lokasi gambar secara esensial sungguh benar’.

‘Tahapan sekarang adalah menyusun untuk studi tindak lanjut guna menyelidiki implikasi bahan kimiawi dan biokimiawi dari dua motif elektron terhidrasi berbeda tersebut,’ katanya.