Una teoria per capire come avviene la reazione nucleare tra Nichel-Idrogeno. Denominazione provvisoria: Teoria H-MIx / H-MIx Theory

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Prendendo spunto da quanto riportato nel documento domanda di Brevetto di Silvia e Francesco Piantelli WO/2010/058288 e tenendo presente quanto descritto nella domanda di Brevetto di Andrea Rossi WO/2009/125444, ho cercato di elaborare i loro contenuti al fine di delineare, per quanto mi è possibile, una bozza di teoria che descriva il meccanismo operante nella reazione nucleare Ni-H.

The Patent Piantelli

Voglio sottolineare che questo lavoro non è stato condotto utilizzando un rigoroso metodo scientifico-matematico, ma più modestamente (da semplice appassionato di L.E.N.R.), su basi deduttive ed intuitive.

La bozza di teoria viene proposta unicamente allo scopo di delineare le circostanze e i probabili meccanismi in essere durante la reazione nucleare tra Idrogeno e Nichel.

Il Nichel è un "metallo di transizione" dotato di struttura cristallina Cubica a Facce Centrate con il guscio orbitale 3d incompleto

e viene utilizzarlo per queste reazioni con l'Idrogeno. 
Anche altri metalli di transizione, aventi differente configurazione elettronica (esempio il Palladio Pd), vengono utilizzati per sperimentare reazioni con l'Idrogeno, ma in questo Post prenderemo in esame, come metallo, solo il caso del Nichel.

L'elemento fondante della teoria è dato dall'ipotesi che l'Idrogeno, immesso come elemento della reazione all'interno del reticolo di Nichel, possa giungere, dopo aver terminato il processo di trasformazione a partire dalla molecola biatomica H2, nella forma di ione negativo.

Hydrogen molecula

Hydrogen molecula energy vs atoms distance

L'energia di legame della molecola H-H ha un valore di 436 kJ/mole.

Considerando che una mole è composta da 6.022*10^23 atomi, l'energia di legame H2 risulta pari a circa 4.5 eV per atomo.

Durante il processo, la molecola si separa in singoli atomi di Idrogeno ed a seguito della cattura di un elettrone, può assume la conformazione di ione negativo H-.


In letteratura scientifica questo ione è anche noto con la denominazione di Hydride ion. 

Hydride ion

Questa trasformazione, per poter dare buoni risultati, necessita dall'uso di un catalizzatore chimico, il catalizzatore probabilmente è un idruro (esempio MgH2).

Dal documento Piantelli si evince chiaramente che, in determinate condizioni di pressione e di temperatura dell'Idrogeno gassoso posto a contatto con il Nichel, possono formarsi ioni H- per interazione del gas con la superficie del metallo di transizione durante quella che è denominata "fase  di assorbimento superficiale".

"The bonds between the atoms of the hydrogen molecules are weakened, up to having a homolytic or heterolytic scission of the molecules, obtaining, respectively, a couple of hydrogen atoms or a couple consisting of a hydrogen negative H- ion and a hydrogen positive H+ ion, from each diatomic molecule of hydrogen.
A contribution to this process of weakening the bond and of making, in particular H- ionsis given by a heating step of surface of the clusters up to a temperature Ti larger than a predetermined critical temperature TD, this heating causes furthermore, an adsorption of the hydrogen in the form of H- ions into clusters."

In particolare gli elettroni semi-liberi della fascia di valenza, elettroni che formano una sorta di plasma sulla superficie del metallo, interagiscono dando luogo alla ionizzazione dell'Idrogeno.
Si ha quindi come conclusione di questo processo di assorbimento, denominato "cattura orbitale", la dissociazione delle molecole di Idrogeno in atomi e successivamente la loro ionizzazione come H-.

L'Idrogeno rimane legato al Nichel fisicamente all'interno degli interstizi del reticolo, detti cluster micro/nano-metrici, o chimicamente formando Idruri.


*** Nella tesi del Dott. D.Pizzi viene descritto il fenomeno di caricamento del metallo (nel caso specifico Palladio) con Idrogeno gassoso.
Uno breve stralcio è riportato di seguito tra virgolette.

"L’assorbimento di idrogeno allo stato gassoso in palladio è un fenomeno notevolmente complesso e generalmente viene considerato come un adsorbimento del gas sulla superficie del metallo ed una successiva penetrazione nel seno della fase metallica (Me).

A basse concentrazioni l’idrogeno si dissolve nel metallo e mostra un comportamento lineare della concentrazione nel metallo con la radice quadrata della propria pressione parziale, ragionevolmente quindi si può considerare la seguente reazione di equilibrio per schematizzare il fenomeno di adsorbimento:
H2gas = 2Hads = 2HMe
Durante la reazione di adsorbimento e nella fase di penetrazione nel metallo l’idrogeno si va a collocare negli spazi interstiziali del reticolo della struttura metallica deformandola e formando successivamente un idruro metallico.

A livello atomico il processo può essere riassunto in una dissociazione molecolare superficiale dovuta alla collisione delle molecole di gas con gli atomi superficiali metallici e una successiva migrazione dell’idrogeno atomico verso posizioni a più bassa energia libera.
 

Durante il processo diffusivo all’interno del reticolo metallico, gli atomi di idrogeno dotati di alta mobilità vanno ad occupare i siti interstiziali ottaedrici e tetraedrici del reticolo stesso. 

...
Più precisamente la struttura cristallina base del palladio (cubica a facce centrate (CFC) di diametro atomico 2.745 Å offre un sito interstiziale ottaedrico (r =0.451 Å) e due tetraedrici (r=0.245 Å)." ***

Il processo opera una variazione di alcuni parametri fisici come ad esempio:
- la conducibilità termica
- la conducibilità elettrica
- l'indice di rifrazione
a seguito dell'avvenuto mutamento strutturale.


Ora se poniamo questa condizione come realmente ottenuta, i dubbi legati alla presenza della Barriera di Coulomb, quale ostacolo alla successiva fusione tra Idrogeno e Nichel, verrebbero ad essere dissipati.

Consideriamo utilizzando una espressione semplificata (ma sostanzialmente corretta) per i valori dell'energia della Coulomb Barrier, cioè l'energia calcolabile dalla relazione:

C.B. Energy = [k * (Z1*Z2*e^2) / R]

in cui:
k =1/(4*Pigreco*Eps0) = 8.99*10^9 N*m2/C2)
Z1 è il numero atomico dell'Idrogeno e vale 1
Z2 è il numero atomico del Nichel e vale 28
Eps0 permettività del vuoto vale 8.85*10^-12 F/m
e è la carica dell'elettrone che vale -1.602*10^-19 C
R è la distanza tra i nuclei

Fissiamo come dimensioni fisiche dei nuclei coinvolti il valore limite R, espresso in fm (10^-15m), pari a [(A1^1/3) + (A2^1/3)] dove A1 e A2 sono le masse atomiche rispettivamente di Idrogeno (1) e Nichel (62).

Per il calcolo è stato preso ad esempio l'Isotopo Ni-62 che è fortemente sospettato di essere protagonista della reazione nucleare e della trasmutazione in Rame stabile Cu-63.

e sviluppando i calcoli determiniamo l'energia della C.B. tra i nuclei di Nichel e di Idrogeno. In particolare:

C.B. Energy = {[8.99*10^9 * (1*28*(-1.602^-19)^2)] / [(1^1/3 + 62^1/3)*10^-15]} = {[6.44*10^-45]/[4.9*10^-15]} =1.31*10^-12 Joule

sapendo che 1*10^-12 Joule corrispondono a circa 6.24 MeV, quindi l'Energia della Barriera vale 8.17 MeV.

Questo valore di energia è molto elevato e sprigiona una forza repulsiva intensa che si oppone all'avviciamento dei nuclei quando dotati della medesima polarità della carica elettrica.

Se invece, come conseguenza della ionizzazione H-, le cariche elettriche dei nuclei coinvolti fossero dominate da polarità di segno opposto, allora la carica elettrica assumerebbe un ruolo favorente rispetto all'avvicinamento del nuclei e quindi determinante rispetto alla fusione Ni-H.


La condizione ionica dell'Idrogeno porta in se una ulteriore conseguenza, lo ione H- sebbene di massa superiore a quella di un elettrone, ne possiede la medesima carica elettrica complessiva (come accade per una particella della famiglia Fermione e del gruppo Leptone, il Muone μ).
Nulla vieta quindi di pensare che questo Hydride possa prendere il posto ad esempio di un elettrone orbitante intorno all'atomo di Nichel formando atomi complessi tipo Metallo-Idrogeno e, proprio in virtù della sua maggiore massa, il fermione ione H- è portato a posizionarsi in corrispondenza degli orbitali più interni cioè propro quelli più prossimi al nucleo.
Il riposizionamento avverrebbe con emissione di un elettrone per Effetto Auger e con emissione di radiazione elettromagnetica tipo X.

Si tenga presente che normalmente un passaggio quantico da livelli orbitali inferiori ad livelli orbitali superiori (Quantum Leap) è una condizione di "eccitazione" che necessita di energia da parte dell'elettrone, per esempio a seguito di assorbimento di un fotone secondo la relazione:

E = -E0 / n^2

in cui:
E0 per l'Idrogeno vale (Re*h*c) = 13.6 eV  
con Re = 1.09737*10^7 m^-1
n sono i livelli quantici interessati 1,2,3,...


e che spontaneamente la tendenza è quella di posizionarsi dai livelli eccitati verso quelli inferiori con emissione di energia secondo la relazione di Moseley:

E = {[me*qe^4] * [(Z-1)^2] / [8 * h^2 * Eps0^2]} * [(1/n1^2) - (1/n2^2)]




Come passo successivo quindi lo ione H-, posizionatosi in un orbitale interno molto prossimo al nucleo di Nichel ed essendo dotato di un raggio di Bohr R

R = {[4*Pigreco*Eps0]*[h/(2*Pigreco)]^2/(me*e^2)]}

in cui:
Eps0 permettività del vuoto 8.85*10^-12 F/m
h è la costante di Plank 6.626*10^-34 J*s
me è la massa dell'elettrone 9.109*10^-31 Kg
e è la carica dell'elettrone -1.602*10^-19 C

da cui R = 5.29*10^-11 m cioè di circa 53pm

confrontabile con le dimensioni orbitali del Ni, potrebbe essere intrappolato, nella cosidetta "cattura nucleare", provocando nel nucleo di Nichel un complesso riassestamento strutturale in accordo con la classica relazione di Einstein e determinando la liberazione di energia per difetto di massa.
In alternativa, nel caso di mancata fusione, il nucleo di H può essere espulso come singolo Protone, dando luogo eventualmente ad ulteriori processi di reazione con nuclei di altri atomi a contorno.

Per i calcoli dell'energia ricavabile dalla fusione Ni-H, si prega di fare riferimento ai Post #1 e Post #2 già in precedenza pubblicati.

Riassumendo, secondo questa bozza di teoria, sviluppata sotto le ipotesi e le condizioni sopra descritte, la Barriera di Coulomb non sarebbe un ostacolo insormontabile che impedisce la fusione del Nichel con l'Idrogeno, anzi essa potrebbe essere sfruttata a beneficio della reazione nucleare.

La denominazione della teoria come H-MIx riassume nella sintesi dell'acronimo, la necessaria ionizzazione H- dell'Idrogeno ed anche che nel reticolo di Nichel, dopo la fase di assorbimento del gas, vengono ad insediarsi atomi complessi tipo Metallo-Idrogeno, con lo ione H- che popola gli orbitali più interni di ciascun atomo complesso.


Credo ora di dover fare una riflessione sul discorso catalizzatore, elemento determinate del processo, in grado di favorirlo e soprattutto potenziarlo. 


Da quanto sopra esposto scaturisce la convinzione che sia necessario disporre di moltissimi elettroni liberi nelle bande di valenza del Nichel per favorire la formazione degli ioni H-.
L'idea base potrebbe essere quella di cercare di incrementare la quantità di elettroni liberi addizionandone al metallo e cioè depositarne sulla superficie del Nichel ad esempio attraverso l'effetto termoionico.

L'esempio più semplice potrebbe proprio essere costituito da un filamento (per esempio di Tungsteno) riscaldato dal passaggio di corrente elettrica e posizionato in prossimità del metallo, filamento che emettendo elettroni (nuvola elettronica), provvederebbe ad "inondare" continuamente la superficie del Nichel di cariche negative libere per tutta la durata del processo.

Il convogliamento del flusso di cariche, gli elettroni, sulla superficie del metallo avviene imponendo un campo elettromagnetico sul sistema Metallo-Tungsteno, cioè applicando una differenza di potenziale (generatore di tensione DC od impulsiva) con le polarità opportune in modo da favorire lo spostamento delle cariche elettriche negative emesse dal Catodo di Tungsteno verso la superficie del Nichel avente la polarità di Anodo.

Nickel powder on Anode side. Hydrogen gas inside

La produzione di calore deriva dall'energia liberata dalla reazione nucleare. In particolare il nucleo rilascia radiazione elettromagnetica ionizzante di tipo Gamma.

E' lecito interrogarsi su come venga prodotto il calore.
Considerando un rilascio di energia di 5 MeV, cioè circa 8*10^-13 J, e la relazione che lega l'energia alla frequenza v=E/h (h è la costante di Plank 6.626*10^-34 J*s) effettuiamo il calcolo della frequenza v di questa radiazione ottenendo il valore di 1.2*10^21 Hz.
La lunghezza d'onda corrispondente Lambda = c/v (con c è velocità della luce 299.79*10^6 m/s) vale 250 fm cioè una dimensione sub-atomica ma superiore alle dimensioni del nucleo di Nichel, nucleo stimabile secondo la relazione R0*A^1/3 in 5 fm (A è il numero di massa atomica del Ni-62 e R0 vale 1.2 fm).
La radiazione Gamma emessa dal un nucleo fuso, come tutte le radiazioni elettromagnetiche, si propaga all'interno del reticolo, arrivando ad interessare le strutture circostanti. Potrebbe essere in parte riflessa ed in parte assorbita dagli atomi che compongono il reticolo e poi restituita per effetto Compton ed effetto Fotoelettrico sotto forma di Raggi X e di energia termica. Dei granuli di Ferro, miscelati alla polvere di Nichel, potrebbero facilitare la dissipazione di energia.

Inoltre la reazione dovrebbe liberare anche Elioni He++, cioè radiazione Alfa da fissione del nucleo Ni+H, piccole quantità di elementi leggeri stabili come Potassio K e Calcio Ca e piccole quantità di Cobalto Co da decadimento isotopico.

 

Versione 1.1a

Nota a margine del Post...

Il mio interesse verso questo particolare argomento è di tipo amatoriale, però sarebbe bello poter avere un contatto diretto con persone che professionalmente sono coinvolte nella ricerca L.E.N.R, persone che magari abbiano la voglia, la pazienza e la possibilità di divulgare e condividere con altri le proprie conoscenze ed esperienze scientifiche.

Mi farebbe piacere se, attraverso questo Post, fosse possibile realizzare uno scambio di opinioni in merito e ringrazio fin d'ora tutti coloro che volessero contribuire all'elaborazione dei contenuti proposti.


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