Project

low energy nuclear processes

Goal: Low energy nuclear processes that are strongly hindered by Coulomb repulsion between the reacting nuclei, are investigated in solid environment. The hindering effect may be significantly weakened (practically it diappears) if one takes into account the Coulomb interaction of one of the reacting particles with the surroundings. If the
modification of the wave function due to Coulomb interaction with charged constituents of the environment is taken into account applying standard perturbation calculation of quantum mechanics then wave components of high momentum with small amplitude are mixed to the initial wave of small momentum. To these partial waves of high momentum much higher Coulomb factor can be attached that can drastically increase the cross section. The mechanism (called recoil assistance) opens the door to a great variety of nuclear processes that so far have been thought to have negligible rate at low energies. Low energy nuclear reactions allowed by recoil assistance lead to nuclear transmutations too.

Updates
0 new
0
Recommendations
0 new
0
Followers
0 new
19
Reads
0 new
164

Project log

Péter Kálmán
added a research item
It is shown that seemingly diverse problems, such as the riddles in astrophysics and cosmology (a star that formed shortly after the Big Bang), anomalous internal pair creation and the problem of low-energy nuclear reactions (LENR) may have common origin that needs refinement in the quantum mechanical description of interacting nuclei that can be made applying standard perturbation theory of quantum mechanics.
Péter Kálmán
added 2 research items
Ebben dolgozatban egy a 20.-21. századi modern fi-zikából kimaradt-a címben fehér foltnak nevezett-lényeges területtel (vagy inkább szemléletmóddal, [1]-hez illetve [2]-höz kapcsolódva) foglalkozom, mely a fizika több, egymástól látszólag függetlenágára hatással vań es melynek lehetséges gyakorlati vonzata hallatlanul fon-tos lehet. A természettudományok, de főleg a fizika különböző területein-pl. alacsony energiás magfizika, asztrofizi-ka, elektrokémia-olyan jelenségek merültek fel, amelyek hibás szemléletmódbeliés elhibázott, hiányos elméleti megközelítés miatt 'fekete listára' kerültek, egy részüket pedig divatos magyarázatokkal próbálták-eddig sikerte-lenül-tisztázni. Ezeket a problémákat szeparáltan ke-zelve nem tűnik olyan egyértelműnek a helyzetértékelés, mint amilyenné akkor válik, ha a vizsgálódás horizontját szélesre nyitjuk. A TÁGYHOZ TARTOZÓ TÉNYEK Fizikus diplomámat 1974-ben az ELTE-n szereztem, ahol elméleti fizikát főleg Marx Györgytől hallgattam, aki ekkortájt tartott egy kozmológiával foglalkozó spe-ciális előadást is. Szakdolgozatomat "Rövid felezési idejű izomérnívók gerjesztése 14.7 MeV energiájú gyors-neutronokkal" címmelírtam KissÁdám témavezetésével. A kísérletekhez a 14.7 MeV-es neutronokat az ELTE Puskin utcában működő neutrongenerátoraállította elő egy 200 keV-es deuteron nyaláb trícium targettel történő d(t, α)n magreakciójában. 1977-ben az "Egy elektront tartalmazó ionok 1/2 im-pulzusmomentumúállapotainak Lamb shiftje" címmel adtam be az ELTE-reés védtem meg sikeresen sokkoló tartalmú dolgozatomat, melyben a Lamb-shiftet-ami köztudottan kvantumelektrodinamikai effektus-klasszi-kusan számoltam [3], [4]. Darmstadtban ekkortájtállítottak elő az elektron-jaitól egy híján megfosztott vagyis hidrogén szerű urán iont is, aminek a Lamb shiftjét később meg is mérték. Eredményeimet pedig később a [5]-ban található [6] későbbi eredményeivel isösszevetettemés eközbeń ertesültem az anomális párkeltésről. 1979-ben a BME-re kerülve kezdődött, szoros, azóta is tartó szakmaiés baráti kapcsolatom Keszthelyi Tamással, akivel azóta számtalan közös munkánk született, ebből az alacsonyenergiás magfizika (LENR) szűkebb témájában, az utóbbi majd kétévtized alatt 25. 1989-ben jelent meg Fleischmannés Ponns nagy vihart kavart közleménye [7] a másokáltal "hidegfúziósnak" 1.ábra. Julian Schwinger nevezett jelenségről. Nekem is ekkor indult el eb-ben a témában most már több mint harmincéves tevékenységem. A 90-esévek elején olyan tekintély is, mint Julian Schwinger elfogadta a jelenségetés kísérletet tett annak magyarázatára [8]. Schwinger a meghatározó tudományos körök negatívés szerinte tudománytalan hozzáállása miatt az Amerikai Fizikai Társulatból (APS) kilépett. 2011-ben történt az a felismerésünk, ami az elméleti munkának hatalmas lökést adottés ami végül elvezetett a tiltott magreakciók kérdésköréhez [9], [10]. Egy az In-novációsés Technológiai Minisztértiumban 2019őszén tett látogatás során vetődött fel, hogy a Krasznahor-kay Attila vezette debreceni csapat [11]-[13], eredménye közvetetten ugyan, de minket igazol.Ígyés ezért szüle-tett az ezt azállítást igazoló dolgozat [14]. Amint azt [2]-ben már jeleztük, a nehézion utközésekben fellépő anomáliák [15]-[18] kvali-tatív módon szintén magyarázhatók, mivel ezekben a kísérletekben az e − e + pár keltését a mag-gerjesztés után bekövetkező folyamatként kezelték, vagyis a kísérletek kiértékelésénél csak kétlépcsős folyamattal számoltak [19] azaz azáltalunk hiányolt magasabb rendű folyamatokat nem vették figyelembe. Egyéb területeken is találtunk minket igazoló bi-zonyítékokat. Ilyenek a 2020-asés 2021-es munkák, mint a tiltott magreakciók asztrofizikai vonzatait kimu-tató közlemény [20]és [2]-nek ide vonatkozó része, az elektromágneses (lézer) tér esetén jól ismert tétel [21] fo-non térre adaptált alkalmazása, valamint az abból kapott eredmények [22], [23]és [2]-nek ide vonatkozó része.
Az ezt követő dolgozatban egy a 20.-21. századi modern fizikából kimaradt-a címben fehér foltnak ne-vezett-témával foglalkozom, melynek megközelítése erősen szubjektív, ezért meg azérthetőségés a hite-lesség kedvéért is vélem relevánsnakéletem vonatkozó elményeinek megosztását. Ezzel sokrétű ismereteim meg-alapozottságát hitelesíteném létrejöttük történeti ismer-tetésével. Remélem, hogy ezt a tudománytörténetinek is tekinthetőösszefoglalót sikerülélvezetesen megfogalmaz-nom. (Elkerülendő a feleslegesátfedést, a hivatkozásokat a következő cikk tartalmazza.) KÖZÉPISKOLAIÉS EGYETEMIÉVEK Fizikát az Apáczai Csere János gimnáziumban Ho-lics Lászlótól tanultamés aző hatására vettem részt a Középiskolai Matematikaiés Fizikai Lapok feladatmeg-oldó pontversenyében is. Itt elért eredményeim alapján kerülhettem azok közé, akiket a fizikai diákolimpiára készítettek fel az ELTE-n. Az 1969-esöt fős csapat tagja Bajmóczy Ervin helyett lettem. (Bajmóczy a matema-tikai olimpián való részvételt választotta). Az olimpián Brno-ban aranyérmet sikerült elérnem. Igy kerültem az ELTE-re fizikus hallgatónak. A mí evfolyamunkat elméleti fizikára zömmel az akkor Marx György vezette Atomfizika Tanszék stábja-Kuti Gyula, 1.ábra. Marx György 2.ábra. Kuti Gyula Patkós András, Gnädig Péter, Szalay Sándor-tanította. Valószínűségszámítást Jánossy Lajostól félévnyi atomfi-zikát pedig Pál Lénárdtól hallgattunk. Az Elméleti Fi-zika Tanszékről a statisztikus fizika előadást Szépfalusi Péter a gyakorlatot pedig Rácz Zoltánés Sasvári László tartotta. Másodévtől a fizika irántiérdeklődésemet beárnyékolta az akkor mindent elborító beatéletérzésés zenélés. (Szalay Sándor pl. az 1974-89 között működő Panta Rhei szólógitárosaés szintetizátor készítője volt.) Ekkor zenekart alapítottunk, melyben basszus-gitároztam. Ez igen könnyedén ment, mivel előtte cselló tanulmányokat folytattam továbbképzős-ez olyan középfokúnak megfelelő-szintig. Zenekarunk nagyon jól indult, 1972őszre sikerült a Bem-rakpartotés az Eötvös-klubot megszereznünk, de ezeket végül egyéb ok miatt-ami az együttes gyors felbomlásához is vezetett-nem realizáltuk. Visszatérve az elméleti fizikára, Marx György előadásai lenyűgözőek voltak. Az egészévfolyamot magával ragadta,így engem is. Tartott egy koz-mológiával foglalkozó speciális előadást is, amelyre a Puskin utcai D-épületben a kisterem zsúfolásig megtelt. Marx előadásai alatt minden világosnak, egyértelműnek, probléma mentesnek tűnt-de miután kiment, nyiladoz-tak bennünk a kérdések. 1973 tavaszán a Kuti Gyulaáltal előadott kvantum-elektrodinamika elvarázsolt. Kuti akkor jött haza Stan-fordból (USA)és a stanfordi lineáris elektrongyorsító leg-frissebb eredményeiáltal inspirálva már azt boncolgat
Péter Kálmán
added a research item
Ebben dolgozatban egy a 20.-21. századi modern fi-zikából kimaradt-a címben fehér foltnak nevezett-lényeges területtel (vagy inkább szemléletmóddal) foglal-kozom, mely a fizika több, egymástól látszólag függet-lenágára hatással vanés melynek lehetséges gyakorla-ti vonzata hallatlanul fontos lehet. Megközelítésem aź erthetőségés a hitelesség kedvéértönéletrajzi elemeket is tartalmazés [1]-hez illetve [2]-höz kapcsolódik. Allítás: a természettudományok, de főleg a fizika különböző területein-pl. alacsony energiás magfizika, asztrofizika, elektrokémia-olyan jelenségek merültek fel, amelyek hibás szemléletmódbeliés elhibázott, hiányos elméleti megközelítés miatt 'fekete listára' kerültek, egy részüket pedig divatos magyarázatokkal próbálták-ed-dig sikertelenül-tisztázni. Ezeket a problémákat sze-paráltan kezelve nem tűnik olyan egyértelműnek a hely-zetértékelés, mint amilyenné akkor válik, ha a vizsgálódás horizontját szélesre nyitjuk. Ezt próbálom ebben a cikk-ben megtenni. RELEVÁNSÉLETRAJZI ADATOK Fizikus diplomámat 1974-ben az ELTE-n szereztem, ahol elméleti fizikát főleg Marx Györgytől hallgattam, aki ekkortájt tartott egy kozmológiával foglalkozó spe-ciális előadást is. Szakdolgozatomat "Rövid felezési idejű izomérnívók gerjesztése 14.7 MeV energiájú gyors-neutronokkal" címmelírtam KissÁdám témavezetésével. A kísérletekhez a 14.7 MeV-es neutronokat az ELTE Puskin utcában működő neutrongenerátoraállította elő egy 200 keV-es deuteron nyaláb trícium targettel történő d(t, α)n magreakciójában. Végzés után 1974 augusztusában tanársegédiállást kaptam a BME Kísérleti Fizika Tanszékén, ahonnét 1975 decemberében kerültem a KFKI-ba doktorï osztöndíjasnak Jánossy Lajos mellé. 1977-ben az "Egy elektront tartalmazó ionok 1/2 impulzusmomentumú allapotainak Lamb shiftje" címmel adtam be az ELTE-reés védtem meg sikeresen sokkoló tartalmú dolgozato-mat, melyben a Lamb-shiftet-ami köztudottan kvan-tumelektrodinamikai effektus-klasszikusan számoltam [3], [4]. Kimutattam, hogy hidrogén szerű rendszerekben a töltésésáramsűrűségből klasszikusan számított elekt-romágneses tömeg a mag töltés növekedtével egyre job-ban megközelíti a Lamb-shiftet. Darmstadtban ekkortájtállítottak elő az elektron-1.ábra. Keszthelyi Tamás jaitól egy híján megfosztott vagyis hidrogén szerű urán iont is, aminek a Lamb shiftjét később meg is mérték. Eredményeimet pedig később a [5]-ban található [6] későbbi eredményeivel isösszevetettemés eközbeń ertesültem az anomális párkeltésről. A számítógépekés a numerikus munka Aktív számítógép használatom első periódusában, az 1973-1984 közötti időszakban R-22-es, Siemensés R-32 gépeket használtam. Az R-22-nél végzett munkában volt evfolyamtársam, Faragó István hallatlanul sok segítséget nyújtott. A programozást Fortran nyelvenűztem. A numerikus munka során egyértelmű, hogy mindentéś allandóan ellenőrizni kell azért, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy a gép valóban azt számolja, amit mi aka-runk. Nagyés hosszú számolások esetén kulcsfontosságú a hibák terjedésének a vizsgálata valamint az optimális számábrázolás alkalmazása. A környezetnek atommagfolyamatokat befolyásoló hatását számolva gyakran rótták fel hibánkul, hogy nem numerikusan oldottuk meg a feladatot. Az ilyen bírálatok figyelmenkívül hagyják azt a tényt, hogy az atomiés a nukleáris lépték között több mint négy nagyságrend a különbség ami a csak numerikus megközelítést-pl. a vo-natkozó Schrödinger egyenlet ilyen célú numerikus meg-oldását-igen megnehezíti, szinte ellehetetleníti.
Péter Kálmán
added a research item
The breaking up process of diatomic gas molecules at the surface of vibrating solid is studied. Introduction.-In a recent paper the effect of coherent phonon states on certain physical processes, e.g. nuclear reactions and bound-free transitions of interstitially bound particles, was discussed. Following the method worked out in quantum electrodynamics [1] the transformation of phonon field of coherent state to an external classical field was carried out in [2]. It was obtained that in the new representation charged particles are coupled , on the one hand, to the quantized phonon field initially in the vacuum state and, on the other hand, to a classical external field the amplitude and phase of which are determined by the eigenvalue of the coherent phonon state. The interaction Hamiltonian, which is switched on due to the creation of the coherent phonon field, between a charged particle and the vibrating crystal is determined. By analogy with the photon dressed states [3], [4], which are used to the description of many photon absorption and emission from a classical electromagnetic (laser) field, the phonon dressed states are introduced to describe the many phonon processes of absorption and emission. In [2] the modification of rate of nuclear reactions due to the appearance of classical vibrations was presented. Since the induced rate of nuclear reactions is proportional to the number densities of free atoms or atom-ions [5] which carry the reacting nuclei, the breaking up process of diatomic gas molecules interacting with surface of vibrating solid is studied here. Hamiltonian and phonon-dressed states due to lattice vibration.-The interaction Hamiltonian H I (r s , t) which is switched on between a charged particle of coordinate r s (with s = 2, 3 in the case of a diatomic molecule to be discussed) and a crystalline material due to the creation of one mode of coherent state is
Péter Kálmán
added a research item
The possibility to modify the transition probability per unit time (rate) of nuclear reactions in crystalline solids, due to the appearance of coherent phonon fields (vibrations) is presented. Since the induced rate density of nuclear reactions is proportional to the number densities of the reacting nuclei, the delocalization process of interstitially bound nuclear reactant atoms (e.g. deuteriums) due to the vibrating solid is also studied. The P dD ξ system with ξ the deuteron over metal ion number density is numerically examined. It is found that vibrations may induce a robust increase in the rate density of forbidden reactions up to of considerable and measurable magnitude if the amplitude of vibration is large enough to be able to produce the necessery number densities of the participants. Introduction.-The cross section of nuclear reaction of two charged particles is determined by the magnitude of their wavefunction in nuclear range. The Coulomb solution with decreasing center of mass energy (ε) yields vanishing contact probability density in the nuclear volume and so in this case the cross section [1] and the rate of nuclear reactions disappears, i.e. the reaction becomes forbidden. However, it was pointed out recently [2] that any perturbation can mix states with small but finite amplitude to the initial state that leads to finite cross section (and rate) also in the case of originally vanishing contact probability. The statement was illustrated showing the change in rate of nuclear reactions due to impurities in a gas mix of atomic state using standard time independent perturbation calculation of quantum mechanics. Nonva-nishing contact probability density was found in nuclear volume even if ε goes to zero. The rate density of nuclear reactions of particles 2 and 3 assisted by impurity (particle 1) is proportional to n 1 n 2 n 3 , where n j is the number density of the participating particles j. The results of numerical calculations indicate [2] that the rate of reactions, that were expected to be negligible small, can become of considerable magnitude due to Coulomb assistance by the impurity. In this paper it is shown that the presence of coherent phonon modes (vibrations) in crystals can cause similar effect too.
Péter Kálmán
added a research item
This paper reviews a theoretical program to understand the field of low energy nuclear reactions (LENR), initially called cold fusion, which was a puzzle of the last three decades. A series of concepts, which were raised and partly elaborated, are presented. The key concept is a three-body mechanism, where one of the nuclei serves as a catalyst for the reaction of the other two. In these reactions, a single fusion product or two outgoing nuclei are created, along with the recoiled catalytic nucleus. They carry off the nuclear energy released, and heat the surrounding materials by multiple collisions. Importantly, they produce high energy γ radiation with negligible probability. So, this three-body idea solves the two major riddles of LENR, that nuclear reactions can occur at ordinary temperatures and without emitting γ radiation. Cross sections and rates are calculated using standard quantum mechanics, and accepted nuclear and solid-state physics. Their dependence on relevant densities, and on the reacting and catalytic nuclei, are explicit. The theoretical ideas and the results of their elaboration are compared with diverse data from LENR experiments with considerable success.
Péter Kálmán
added a research item
Based on our recent theoretical findings (Phys. Rev. C 99, 054620 (2019)) assisted nuclear capture reactions and assisted reactions with two and three final fragments that may have importance in nuclear astrophysics are discussed. It is found that great number of nuclear reactions can have assisted version of considerable cross section if the product of number densities of the initial (reacting and assisting) particles reaches appropriately high value. PACS numbers: 26.90.+n, 24.90.+d, 95.30.-k
Péter Kálmán
added a research item
In recent electron-positron angular correlation measurements the observed significant enhancements relative to the internal pair creation at large angles was interpreted as indication of the creation of $J^{\pi }=1^{+}$ boson called X17 particle. In this paper it is brought up that such enhancements can be generated by higher order processes. It is found that nuclear transitions, the transition energy of which is significantly lower than the whole transition energy, can cause peaked angle dependence in electron-positron angular correlation.
Péter Kálmán
added 2 research items
Based on our recent theoretical findings (Phys. Rev. C 99, 054620 (2019)) it is shown that proton and deuteron capture reactions of extremely low energy may have accountable rate in the case of all elements of the periodic table. Certain numerical results of rates of nuclear reactions of two final fragments of extremely low energy are also given. New way of thinking about low-energy nuclear reactions (LENR) phenomena is suggested. Possible explanations for the contradictory observations announced between 1905-1927 and possible reasons for negative results of 'cold fusion' experiments published recently by the Google-organized scientific group (https://www.nature.com/articles/s41586-019-1256-6) are given.
Exothermal nuclear reactions that become forbidden due to Coulomb repulsion in the ɛ→0 limit [limɛ→0σɛ=0] are investigated. [σɛ is the cross section and ɛ is the center of mass energy.] It is found that any perturbation may mix states with small but finite amplitude to the initial state resulting in finite cross section (and rate) of the originally forbidden nuclear reaction in the ɛ→0 limit. The statement is illustrated by modification of nuclear reactions due to impurities in a gas mix of atomic state. The change of the wave function of reacting particles in nuclear range due to their Coulomb interaction with impurity is determined using standard time-independent perturbation calculation of quantum mechanics. As an example, cross section, rate and power densities of impurity-assisted nuclear pd reaction are numerically calculated. With the aid of astrophysical factors cross section and power densities of the impurity-assisted d(d,n)He23, d(d,p)t,d(t,n)He24, He23(d,p)He24, Li36(p,α)He23, Li36(d,α)He24, Li37(p,α)He24, Be49(p,α)Li36,Be49(p,d)Be48,Be49(α,n)C612,B510(p,α)Be47, and B511(p,α)Be48 reactions are also given. The affect of gas mix-wall interaction on the process is considered too.
Péter Kálmán
added 2 research items
Exothermal nuclear reactions which become forbidden due to Coulomb repulsion in the\ $\varepsilon \rightarrow 0$ limit ($\lim_{\varepsilon \rightarrow 0}\sigma \left( \varepsilon \right) =0$) are investigated. ($\sigma \left( \varepsilon \right) $ is the cross section and $\varepsilon $ is the center of mass energy.) It is found that any perturbation may mix states with small but finite amplitude to the initial state resulting finite cross section (and rate) of the originally forbidden nuclear reaction in the $% \varepsilon \rightarrow 0$ limit. The statement is illustrated by modification of nuclear reactions due to impurities in a gas mix of atomic state. The change of the wavefunction of reacting particles in nuclear range due to their Coulomb interaction with impurity is determined using standard time independent perturbation calculation of quantum mechanics. As an example, cross section, rate and power densities of impurity assisted nuclear $pd$ reaction are numerically calculated. With the aid of astrophysical factors cross section and power densities of the impurity assisted $d(d,n)_{2}^{3}He$, $d(d,p)t$, $d(t,n)_{2}^{4}He$, $% _{2}^{3}He(d,p)_{2}^{4}He$, $_{3}^{6}Li(p,\alpha )_{2}^{3}He$, $% _{3}^{6}Li(d,\alpha )_{2}^{4}He$, $_{3}^{7}Li(p,\alpha )_{2}^{4}He$, $% _{4}^{9}Be(p,\alpha )_{3}^{6}Li$, $_{4}^{9}Be(p,d)_{4}^{8}Be$, $% _{4}^{9}Be(\alpha ,n)_{6}^{12}C$, $_{5}^{10}B(p,\alpha )_{4}^{7}Be$ and $% _{5}^{11}B(p,\alpha )_{4}^{8}Be$ reactions are also given. The affect of gas mix-wall interaction on the process is considered too.
Reactions $n_{\gamma }\gamma +$ $d+$ $_{z_{2}}^{A_{2}}X\rightarrow \left( n_{\gamma }\pm 1\right) \gamma +$ $p+$ $_{z_{2}}^{A_{2}+1}X$ and especially the reaction $d+$ $_{z_{2}}^{A_{2}}X\rightarrow \gamma +$ $p+$ $% _{z_{2}}^{A_{2}+1}X$, called photo-induced nuclear cooperation and cooperative spontaneous $\gamma $ emission with neutron exchange, respectively, are investigated theoretically. In the case of photo-induced nuclear cooperation it is supposed that the energy of $\gamma $ photons of the beam is less than the binding energy of the deuteron. The cross section and the transition probability per unit time, respectively, are determined with the aid of standard second order perturbation calculation of quantum mechanics. The calculations are extended to photo-induced nuclear cooperation and cooperative spontaneous $\gamma $ emission with proton exchange as well. With the aid of the results obtained, recent observations of nuclear activity of samples of large deuteron content after irradiation by photon-flux of photon energy smaller than the deuteron binding energy are discussed.
Péter Kálmán
added a research item
Modification of nuclear reactions due to impurities in plasma is investigated. The hindering effect of Coulomb repulsion between reacting particles, that is effective in direct reactions, can practically disappear if Coulomb interaction of either of the reacting particles with impurities embedded in plasma is taken into account. The description (based on standard second order time independent perturbation calculation of quantum mechanics) can be interpreted as if a slow, quasi-free particle (e.g. a proton) were pushed by a heavy, assisting particle (impurity) of the surroundings and can get (virtually) such a great magnitude of momentum which significantly increases the probability of its capture by an other nucleus. As a sample reaction the process, called impurity assisted nuclear $pd$ reaction is investigated and the rate and power produced by the reaction are numerically calculated. A partial survey of impurity assisted nuclear reactions which may have practical importance in energy production is also presented.
Péter Kálmán
added a research item
It is shown that due to Coulomb interaction additional fusion reactions can happen in extra channels in solid state environment (e.g., in crystalline Pd) partly filled with deuterons. In the process that may be called solid state internal conversion, the total reaction energy is taken off by an accelerated charged particle (e.g., electron) and by the fused nucleus. The phenomenon is demonstrated on the p+d→3He reaction. Formula for the nuclear reaction constant of the processes is presented. Its value for the p+d+(e)→3He+(e) and the p+d+(d)→3He+(d) reactions is calculated.
Péter Kálmán
added 2 research items
A loss mechanism, which is analogous to the parametric amplifier mechanism, is suggested to explain the energy loss and the lack of fast charged fusion products that are created in a laser-like mechanism of low energy nuclear fusion reaction of deuterons in crystalline environment. The bosonic nature of deuterons is utilised to derive favourable initial deuteron concentrations for the d + d → 4He fusion reaction in crystalline Pd. The initial deuteron motion in the direction perpendicular to the crystal planes is selected by the Bragg's law and this mode is field quantised. Fusion reaction favours those deuteron concentrations at which the energy of the quantised mode equals the energy of the optical phonon. The favourable deuteron concentrations are calculated.
In a calculation of demonstrative type collective, laser-like behavior of low energy nuclear fusion reaction of deuterons in crystalline environment is investigated. It is found that the reported extra 4He production can be appropriately described with a model well known in quantum electronics in which the quantized boson (4He) field interacts with an ensemble of two-level systems in a crystal resonator. The estimated life times of the two levels indicate that population inversion may be achieved. Thresholds of the deuteron number of the sample and of the electric current density of the pumping electrolysis are estimated in the calculation by analyzing the gain parameter and some other characteristics of the process. An explanation for the experimentally observed threshold behavior of the electric current density is given. A loss of a special type, that is the degenerate parametric amplifier mechanism, is suggested to be responsible for the difference between the expected and observed energies of the outgoing charged particles.
Péter Kálmán
added a research item
It is recognized that in the family of heavy charged particle and electron assisted double nuclear processes resonance-like behavior can appear. The transition rates of the heavy particle assisted 3rd-order and electron assisted 4th-order resonance like double nuclear processes are determined. The power of low energy nuclear reactions in $Ni-H$ systems formed in $Ni$ placed in $H_{2}$ gas environment is treated. Nuclear power produced by quasi-resonant electron assisted double nuclear processes in these $Ni-H$ systems is calculated. The power obtained tallies with experiments and its magnitude is considerable for practical applications.
Péter Kálmán
added 2 research items
The features of electron assisted neutron exchange processes in crystalline solids are survayed. It is stated that, contrary to expectations, the cross section of these processes may reach an observable magnitude even in the very low energy case because of the extremely huge increment caused by the Coulomb factor of the electron assisted processes and by the effect of the crystal-lattice. The features of electron assisted heavy charged particle exchange processes, electron assisted nuclear capure processes and heavy charged particle assisted nuclear processes are also overviewed. Experimental observations, which may be related to our theoretical findings, are dealt with. The anomalous screening phenomenon is related to electron assisted neutron and proton exchange processes in crystalline solids. A possible explanation of observations by Fleischmann and Pons is presented. The possibility of the phenomenon of nuclear transmutation is qualitatively explained with the aid of usual and charged particle assisted reactions. The electron assisted neutron exchange processes in pure $Ni$ and $Li-Ni$ composite systems (in the Rossi-type E-Cat) are analyzed and it is concluded that these reactions may be responsible for recent experimental observations.
A new phenomenon, called cooperative internal conversion process, in which the coupling of bound-free electron and neutron transitions due to the dipole term of their Coulomb interaction permits cooperation of two nuclei leading to neutron exchange if it is allowed by energy conservation, is discussed theoretically. General expression of the cross section of the process is reported in one particle nuclear and spherical shell models as well in the case of free atoms (e.g. noble gases). A half-life characteristic of the process is also determined. The case of $Ne$ is investigated numerically. The process may have significance in fields of nuclear waste disposal and nuclear energy production.
Péter Kálmán
added a project goal
Low energy nuclear processes that are strongly hindered by Coulomb repulsion between the reacting nuclei, are investigated in solid environment. The hindering effect may be significantly weakened (practically it diappears) if one takes into account the Coulomb interaction of one of the reacting particles with the surroundings. If the
modification of the wave function due to Coulomb interaction with charged constituents of the environment is taken into account applying standard perturbation calculation of quantum mechanics then wave components of high momentum with small amplitude are mixed to the initial wave of small momentum. To these partial waves of high momentum much higher Coulomb factor can be attached that can drastically increase the cross section. The mechanism (called recoil assistance) opens the door to a great variety of nuclear processes that so far have been thought to have negligible rate at low energies. Low energy nuclear reactions allowed by recoil assistance lead to nuclear transmutations too.