home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ TIME: Almanac 1995 / TIME Almanac 1995.iso / time / 050889 / 05088900.008 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1995-02-24  |  22.5 KB  |  431 lines

  1. <text id=89TT1192>
  2. <link 90TT2917>
  3. <link 89TT1048>
  4. <title>
  5. May  08, 1989: Fusion Illusion?
  6. </title>
  7. <history>
  8. TIME--The Weekly Newsmagazine--1989               
  9. May  08, 1989  Fusion Or Illusion?                   
  10. </history>
  11. <article>
  12. <source>Time Magazine</source>
  13. <hdr>
  14. SCIENCE, Page 72
  15. COVER STORY: Fusion Illusion?
  16. </hdr><body>
  17. <p>Two obscure chemists stir up a fascinating controversy in the
  18. lab, but new tests challenge their hopes of creating limitless
  19. energy
  20. </p>
  21. <p>By Michael D. Lemonick
  22. </p>
  23. <p>    Little more than a month ago, they were just two chemists,
  24. toiling in virtual anonymity. But B. Stanley Pons and Martin
  25. Fleischmann came last week to Washington as heroes, visionaries
  26. and scientific superstars. With a mob of reporters following
  27. along, the thermodynamic duo marched onto Capitol Hill to tell
  28. Congress how their simple tabletop experiment had generated
  29. fusion, the nuclear reaction that powers the sun. Displaying
  30. slides filled with complex equations, wielding electronic
  31. pointers and pulling a mockup of their apparatus from a plastic
  32. shopping bag, the bespectacled researchers mesmerized the
  33. members of the House Committee on Science, Space and Technology
  34. with an account of how their device produced more energy, in the
  35. form of heat, than it consumed. The politicians may have been
  36. baffled by the chemistry, but they had no trouble grasping the
  37. implications. It seemed that Pons, a professor at the University
  38. of Utah, and Fleischmann, of Britain's University of
  39. Southampton, might have pulled off a trick that has eluded some
  40. of the best minds in physics for nearly four decades. More
  41. important, they might have found a way to solve the world's
  42. energy problems for all time.
  43. </p>
  44. <p>    What would it take, they were asked, to make that dream a
  45. reality? Money from Congress, of course. University of Utah
  46. President Chase Peterson, who was right there at the
  47. scientists' side, suggested that $25 million would be a nice sum
  48. to help his school set up a fusion research center. Some of the
  49. Congressmen appeared eager to oblige. "Today," rhapsodized
  50. Robert Roe, a New Jersey Democrat, "we may be poised on the
  51. threshold of a new era. It is possible that we may be witnessing
  52. the cold-fusion revolution."
  53. </p>
  54. <p>    But Congress had better wait a while before it starts
  55. pouring taxpayers' money into Utah's test tubes. Even as Pons
  56. and Fleischmann stirred excitement on Capitol Hill, evidence
  57. was mounting that their form of fusion is probably an illusion.
  58. More and more scientists were openly scoffing at the chemists'
  59. claim that they had caused deuterium ions, which are commonly
  60. found in seawater, to fuse to form helium, liberating large
  61. amounts of heat. Physicists have never been able to achieve such
  62. a sustained reaction, even briefly, without subjecting deuterium
  63. to the kind of extreme temperature and pressure found inside the
  64. sun.
  65. </p>
  66. <p>    While no one has proved conclusively that Pons and
  67. Fleischmann are wrong, it seems likely that they jumped to a
  68. hasty conclusion based on incomplete research. Scientists in
  69. Japan and Switzerland announced that their own tests had
  70. convinced them the original work was flawed. An attempt by the
  71. Harwell Laboratory in Britain to confirm the discovery has also
  72. produced nothing, even though Fleischmann himself checked the
  73. experiments.
  74. </p>
  75. <p>    None of the major national laboratories in the U.S. have
  76. obtained positive results either. This week data from one of
  77. the most comprehensive sets of experiments to date -- a
  78. collaboration between Brookhaven National Laboratory and Yale
  79. University -- will be presented at the spring meeting of the
  80. American Physical Society in Baltimore. The Brookhaven-Yale
  81. tests found no evidence of what Pons and Fleischmann saw.
  82. Brookhaven physicist Kelvin Lynn speculates that the heat
  83. produced may possibly be the result of some more conventional,
  84. though unexpected, chemical reaction. "It's quite interesting,"
  85. he says, "to wonder how nature may have conspired to make them
  86. believe they had fusion."
  87. </p>
  88. <p>    Most damning of all is the editorial that appears in the
  89. current issue of the prestigious British journal Nature. The
  90. Pons-Fleischmann claim, writes editor John Maddox, "is
  91. literally unsupported by the evidence, could be an artifact ((a
  92. spurious result unrelated to the phenomenon under
  93. investigation)) and, given its improbability, is most likely to
  94. be one." Maddox noted that the team announced its results before
  95. performing even the most basic control experiments to verify the
  96. findings. That was an "astonishing oversight," wrote Maddox, "a
  97. glaring lapse from accepted practice."
  98. </p>
  99. <p>    Those are strong words, but Pons and Fleischmann are
  100. hanging tough behind their claim. Pons, in fact, says the
  101. experiments in his Utah lab have begun to produce increasing
  102. amounts of heat. And he has picked up a determined band of
  103. supporters. Robert Huggins, a respected materials scientist at
  104. Stanford, contends that he has also obtained excess heat in a
  105. series of similar experiments. Says Huggins: "The magnitudes of
  106. our observed effects are comparable to those reported earlier
  107. by Fleischmann and Pons, and lend strong support to the validity
  108. of their results."
  109. </p>
  110. <p>    Whether or not they turn out to be right, Pons and
  111. Fleischmann have pushed the entire scientific world into a
  112. frenzy. After the March 23 press conference in which the two
  113. chemists went public with their discovery, researchers around
  114. the globe immediately came down with fusion fever. Its symptoms
  115. were hyperactivity, insomnia and delusions of grandeur. Gleaning
  116. what meager information they could from murky faxes of an
  117. unpublished Pons-Fleischmann paper and from TV pictures of the
  118. apparatus, chemists and physicists dropped whatever else they
  119. were doing in attempts to verify or shoot down the concept of
  120. cold fusion.
  121. </p>
  122. <p>    Thus began one of the strangest months in the history of
  123. science. Hardly a day passed without an announcement from
  124. somewhere -- Texas, Georgia, Hungary, Brazil, India, the Soviet
  125. Union -- that at least some parts of the Pons-Fleischmann
  126. experiment had been replicated. Scientific protocol went out the
  127. window as researchers called press conferences to trumpet the
  128. latest results before verifying them.
  129. </p>
  130. <p>    That turned out to be a dangerous course. The Georgia
  131. Institute of Technology, for example, claimed that its team had
  132. detected neutrons, a hallmark of fusion reactions, coming from
  133. a setup similar to the one Pons and Fleischmann had used. But
  134. then the scientists had to retract the assertion, admitting
  135. with embarrassment that they had been misled by a faulty
  136. neutron detector. And chemists at Texas A&M, who initially
  137. reported significant amounts of excess heat generated by their
  138. device, were disappointed when they got less heat in later
  139. experiments.
  140. </p>
  141. <p>    This new phenomenon of science by press conference
  142. disturbed many researchers. Said Moshe Gai, a Yale physicist and
  143. a member of the Yale-Brookhaven collaboration: "I am
  144. dissatisfied and somewhat disappointed with some of my fellow
  145. scientists who have done things too much in a hurry." Charles
  146. C. Baker, director of fusion research at Argonne National
  147. Laboratory, was blunter: "Calling press conferences and making
  148. claims of results without having a well-prepared technical
  149. report is not the way for a good, professional scientist to
  150. function."
  151. </p>
  152. <p>    Equally offensive to many scientists is the fact that Pons
  153. and Fleischmann have steadfastly refused to disclose important
  154. details of their work that would enable others to duplicate it.
  155. Though they eventually published an account of their experiments
  156. in the Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial
  157. Electrochemistry, a highly technical Swiss periodical, the paper
  158. was too sketchy to be truly enlightening. Pons has argued
  159. repeatedly that his critics who are getting negative results do
  160. not know how to run the experiment, but he does not show them
  161. precisely what they are doing wrong. Declares Keith Thomassen,
  162. a physicist who heads one of the fusion-research programs at
  163. Lawrence Livermore National Laboratory: "The hard,
  164. uncompromising way in which we do our business is that when you
  165. make a claim, you present the facts on which you base that
  166. claim."
  167. </p>
  168. <p>    Why is Pons being so cagey? Perhaps because the discovery
  169. he and Fleischmann claim to have made could be worth a fortune.
  170. Keeping some of the secrets to themselves could serve to
  171. protect their financial interests and those of the University
  172. of Utah, which has already filed five patent applications, with
  173. more to come. Pons insists, though, that he has reached an
  174. agreement with Los Alamos National Laboratory to help its
  175. scientists replicate his cold-fusion experiments.
  176. </p>
  177. <p>    The awesome potential of the alleged discovery explains why
  178. so many people are badgering Pons and Fleischmann for
  179. information, and why they are giving it out so cautiously. A
  180. practical technique for creating useful fusion energy at low
  181. temperatures could change the world forever by providing a
  182. source of virtually limitless power. Moreover, the process would
  183. generate no pollutants -- not even carbon dioxide, which many
  184. scientists fear is warming the globe in a greenhouse effect. A
  185. fusion plant would give off much less radiation than do
  186. conventional nuclear-power generators. And it would essentially
  187. run on seawater. Any scientist who managed to harness fusion
  188. would be guaranteed a Nobel Prize for Physics (and probably
  189. Peace as well), untold riches from licensing the process and a
  190. place in history alongside Einstein and slightly above Edison.
  191. Any scientist who confirmed the claim would get part of the
  192. resulting avalanche of research dollars, and anyone who shot it
  193. down would gain acclaim within the scientific community.
  194. </p>
  195. <p>    But the reasons for the fusion furor are more complicated
  196. than just the prospects of riches and fame. Scientists and
  197. university administrators are sometimes driven by the same sort
  198. of base emotions -- like jealousy and paranoia -- that often
  199. motivate less intellectually lofty folks, and the peculiar
  200. circumstances of this discovery helped ignite a number of
  201. long-smoldering resentments. For one thing, fusion and other
  202. subatomic phenomena that are usually studied with giant nuclear
  203. reactors and particle accelerators have long been the private
  204. domain of physicists. Chemists, on the other hand, were more
  205. likely to be studying how to make a better laundry detergent,
  206. or so physicists seem to think. It is no surprise, then, that
  207. the harshest critics of Pons and his dime-store equipment have
  208. been physicists. Retorts Pons: "Chemists are supposed to
  209. discover new chemicals. The physicists don't like it when they
  210. discover new physicals." In fact, many chemists feel -- with
  211. much justification -- that the physicists consider themselves
  212. intellectually superior. Says Cheves Walling, a Utah chemist who
  213. has developed one theory to explain how the cold-fusion
  214. experiment might work: "Chemists resent the fact that
  215. physicists can get money for multimillion-dollar experiments
  216. that could have gone to chemists to do something more useful."
  217. </p>
  218. <p>    Still, the cold-fusion combat is not just the physicists
  219. vs. the chemists. There is a sense in Salt Lake City that most
  220. of Pons' critics are what Utah chemist David Grant calls "the
  221. mean bullies from the Eastern establishment." Such snooty folks
  222. should remember, he says, that "science is not the domain of one
  223. set of colleges or one set of people anymore."
  224. </p>
  225. <p>    There is also an intense rivalry between the University of
  226. Utah -- the U, for short -- and Brigham Young University,
  227. located just 50 miles away. Although the U is the
  228. state-supported university, Utah's majority Mormon population
  229. identifies far more strongly with church-run Brigham Young. It
  230. was at least partly because a Brigham Young physicist named
  231. Steven Jones was nearing an announcement on cold fusion too that
  232. Pons and Fleischmann called their surprise press conference.
  233. They had been urged to go public by University of Utah
  234. administrators, who were apparently fearful that archrivals at
  235. Brigham Young would steal the fusion spotlight. The U has had
  236. chronic money troubles recently, and an influx of
  237. fusion-research grants, not to mention international glory,
  238. could go a long way toward remedying the situation.
  239. </p>
  240. <p>    Any serious prospect of practical fusion will attract
  241. federal research funding. For decades the Government has spent
  242. billions of dollars in pursuit of this tantalizing but elusive
  243. goal. The first man-made fusion reactions took the form of
  244. H-bomb explosions in the 1950s. Scientists then set out to bring
  245. that incredible power under control. Their strategy was to
  246. confine deuterium, a heavy form of hydrogen, within a "bottle"
  247. of magnetic force and heat it to tens of millions of degrees.
  248. The nuclei of the atoms, forced close together despite their
  249. mutually repellent positive electric charges, would fuse,
  250. releasing energy. Elaborated and modified, that is the approach
  251. still being taken at such state-of-the-art facilities as
  252. Princeton's Plasma Physics Laboratory. But the lab has achieved
  253. only brief bursts of fusion at enormous cost. A more recent
  254. concept, represented by Livermore's Nova machine, is to take
  255. tiny "marbles" filled with deuterium and concentrate 100
  256. trillion watts of laser light on them for a billionth of a
  257. second. The deuterium should theoretically fuse and produce
  258. energy, but a far more powerful laser would be needed to spark
  259. a useful reaction.
  260. </p>
  261. <p>    Although superhot fusion has always been considered the
  262. best way to generate power, physicists have known since the
  263. 1950s that the process can take place at room temperature as
  264. well. If the electrons in deuterium are replaced with heavier
  265. particles called muons, the deuterium nuclei can approach each
  266. other more closely and occasionally fuse on their own. This
  267. muon-catalyzed fusion has never produced significant amounts of
  268. energy.
  269. </p>
  270. <p>    Yet the thought that cold fusion was possible at all
  271. continued to intrigue some scientists, including Pons and
  272. Fleischmann. When Pons got his Ph.D. at Southampton in 1978,
  273. Fleischmann was his department head. They became close friends
  274. and collaborators after Pons graduated, and remained so when he
  275. settled at Utah. One day in 1984 Pons and Fleischmann had a
  276. sudden idea for a new way to achieve cold fusion. The brainstorm
  277. came, Pons says, during a hike up Millcreek Canyon, near his
  278. home in Salt Lake City. He and Fleischmann were puzzling over
  279. the peculiar properties of certain metals, like palladium, that
  280. are known to absorb huge quantities of hydrogen gas. In the
  281. presence of an electric field, the chemists had noticed,
  282. deuterium nuclei appeared to be unusually free to move around
  283. within palladium's latticework of atoms. They speculated that
  284. the nuclei might even come close enough together to make nuclear
  285. fusion more likely.
  286. </p>
  287. <p>    "We came down from the hike," recalls Pons, "and then we
  288. stood around the table in my kitchen, had a couple of Jack
  289. Daniel's and started drawing pictures." Their experiments
  290. resembled nothing more than the simple electrochemical cells
  291. often entered in high school science fairs: two metal electrodes
  292. immersed in a bath of water laced with mineral salts and
  293. connected to a power supply. The only differences were that one
  294. of the electrodes was made of palladium and the water was heavy
  295. water, or deuterium oxide (chemical formula D2O), rather than
  296. ordinary H2O.
  297. </p>
  298. <p>    The first experiments did not do much. But one night in
  299. 1985, an electrochemical cell being used by the two scientists
  300. melted down. "That," says Pons, "told us we had much more energy
  301. than could be attributed to a chemical reaction." After the
  302. accident, Pons called Fleischmann, who had returned to England.
  303. Fleischmann responded to the momentous news with an admonition:
  304. "We'd better not talk on the phone." Pons says they ultimately
  305. spent about $100,000 of their own money to pursue what they were
  306. convinced was fusion.
  307. </p>
  308. <p>    Neither Pons nor Fleischmann would have ranked high on
  309. anyone's list of scientists likely to revolutionize physics,
  310. although both are respected researchers in the field of
  311. electrochemistry, the study of how chemical reactions behave in
  312. the presence of an electric field. In retrospect, though, their
  313. backgrounds were quirky enough to suggest that almost anything
  314. was possible. Pons, in particular, had an unorthodox
  315. professional history. A native North Carolinian, Pons, 46,
  316. dropped out of graduate school at the University of Michigan in
  317. 1967, just a few months shy of getting a Ph.D. in chemistry.
  318. "Jobs for Ph.D. chemists were paying $3,500 a year at the time,"
  319. he explains. "My daddy offered me $20,000." He joined the family
  320. textile business, then went on to manage a family-owned
  321. restaurant in North Palm Beach, Fla. But after nearly a decade
  322. away from science, Pons decided to go back and complete his
  323. degree. To do so at Michigan, though, he would have had to
  324. repeat most of the courses he had already taken. So he went to
  325. Southampton, where his credits would still count.
  326. </p>
  327. <p>    After finishing his doctorate, Pons was able to make up for
  328. lost time, becoming chairman of the Utah chemistry department
  329. in 1988. Along the way he earned a reputation for diligence and
  330. creativity. Says Harry Mark, Pons' adviser at Michigan: "Stan
  331. was innovative and controversial even back in grad school. What
  332. he's doing now doesn't surprise me."
  333. </p>
  334. <p>    Fleischmann too is known for resourcefulness. Now 62, he
  335. arrived in England in 1939 with his family, Czech refugees from
  336. Hitler's Europe, and soon distinguished himself in school and
  337. college. Ian Fells, who worked with him at the University of
  338. Newcastle, calls him a man of "great ideas," and Roger Parsons,
  339. head of the chemistry department at Southampton, describes
  340. Fleischmann as "excitable in the sense that he gets very
  341. enthusiastic about ideas. He is a man full of ideas across a
  342. wide field and not necessarily connected to his main research."
  343. </p>
  344. <p>    By 1988, Pons and Fleischmann were focusing much of their
  345. attention on the quest for cold fusion. But they were not
  346. alone. At Brigham Young, a team headed by physicist Steven Jones
  347. had been working on a similar experiment for at least two years.
  348. Jones had also found evidence of fusion, but did not get the
  349. excess heat production that Pons and Fleischmann were observing.
  350. The two groups were evidently unaware of each other until last
  351. September, when Jones was asked to review a Pons-Fleischmann
  352. grant application. To his surprise, Jones says, he realized that
  353. he and the Utah researchers were following parallel paths. He
  354. made contact with Pons and suggested that the unwitting
  355. competitors should collaborate.
  356. </p>
  357. <p>    That eventually led to a showdown meeting on March 6 at
  358. which, according to a Brigham Young document, the scientists and
  359. top administrators from both universities were present. At issue
  360. was the timing of public statements. Pons and Fleischmann said
  361. they would prefer to wait before releasing results. Jones
  362. countered that he had been invited to talk about his work before
  363. the American Physical Society in May and that he intended to do
  364. so. According to Brigham Young, the meeting ended with an
  365. agreement to submit simultaneous papers to Nature on March 24.
  366. When Pons and Fleischmann suddenly announced their
  367. "breakthrough" on March 23, Jones felt he had been sandbagged.
  368. </p>
  369. <p>    The race with Jones appears to have forced Pons and
  370. Fleischmann to go public long before they were ready. Their
  371. paper on cold fusion is considered less -- far less -- than
  372. rigorous. "Every great discovery has had plenty of skeptics,"
  373. notes Richard Muller, a physicist at Lawrence Berkeley
  374. Laboratory, "but I can't find any great discovery of the past
  375. 50 years that was published with a bad paper. If a freshman
  376. physics or chemistry major had done it, they would have
  377. flunked." Says Robert G. Sachs, former director of Argonne
  378. National Laboratory: "It doesn't meet the kind of standards
  379. you'd want to meet for nuclear physics. It doesn't even meet
  380. the standards of testing in inorganic chemistry. It's a shame.
  381. They obviously just got too excited about it to think straight."
  382. </p>
  383. <p>    Nature asked for more information from Pons and Fleischmann
  384. before publishing the paper, but according to the journal the
  385. pair said they were too busy. Fleischmann, though, claims they
  386. supplied 19 new pages. In any case, the paper was withdrawn.
  387. Says Fleischmann: "Nature is not the appropriate place to
  388. publish because they don't publish full papers." That peculiar
  389. sentiment might come as a surprise to James Watson and Francis
  390. Crick, whose Nobel-prizewinning discovery of the structure of
  391. DNA was first published in the British journal.
  392. </p>
  393. <p>    None of the criticisms leveled at Pons and Fleischmann mean
  394. that they are necessarily wrong. But the burden of proof
  395. remains on them. So far, they have failed to demonstrate
  396. convincingly that they have indeed produced a new sort of
  397. fusion. And if the two chemists cannot think of any way to
  398. explain the excess heat in their experiment without resorting
  399. to nuclear reactions, others can. Chemist Linus Pauling, a Nobel
  400. laureate and himself something of an iconoclast, thinks that
  401. when absorbing high concentrations of deuterium, the palladium
  402. lattice may become unstable and deteriorate, releasing heat.
  403. </p>
  404. <p>    Even if Pons and Fleischmann should turn out to be right,
  405. the world's energy problems are not necessarily over. As the
  406. proponents of more conventional fusion research have learned,
  407. transforming a reaction from a laboratory curiosity to a
  408. full-scale energy technology can be incredibly difficult.
  409. Magnetic fusion has yet to achieve break-even, the stage at
  410. which the amount of energy coming out is equal to that going in.
  411. Says Harold Furth, director of Princeton's effort: "We are
  412. essentially within a factor of two of break-even now. Seeing
  413. that it used to be a factor of a million, we feel extremely
  414. optimistic." But it has taken more than 30 years to get there,
  415. and plenty of technical problems remain.
  416. </p>
  417. <p>    In short, no matter which scheme proves best, the virtually
  418. limitless power that could eventually result from fusion is a
  419. dream that will not come true anytime soon. The solution to the
  420. world's energy crisis is not likely to be declared in a press
  421. conference. It must be slowly and carefully worked out, step by
  422. painstaking step.
  423. </p>
  424. <p>--David Bjerklie/New York, J. Madeleine Nash/San Francisco and
  425. Dick Thompson/Washington
  426. </p>
  427.  
  428. </body></article>
  429. </text>
  430.  
  431.