home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #30 / NN_1992_30.iso / spool / sci / physics / fusion / 3063 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-12-21  |  16.2 KB  |  296 lines

  1. Newsgroups: sci.physics.fusion
  2. Path: sparky!uunet!coplex!chuck
  3. From: chuck@coplex.com (Chuck Sites)
  4. Subject: Postmortem analysis of Tom's cells
  5. Organization: Copper Electronics, Inc.
  6. Date: Sat, 19 Dec 1992 06:06:29 GMT
  7. Message-ID: <1992Dec19.060629.15852@coplex.com>
  8. Summary: A brief on postmortem analysis of Tom Droege's CF cathodes.
  9. Keywords: electron-microscopy, Cold Fusion, Tom Droege
  10. Lines: 284
  11.  
  12. Hi folks,
  13.  
  14.     As Tom has noted in the past, I have been doing a postmortem of some of
  15. his cathodes with an SEM looking for anything interesting that might appear.
  16. So far I've looked at two cells and one unused control cell.  This SEM is
  17. outfitted with and EDAX X-ray backscatter system for element analysis, which 
  18. we were using to look for any measurable transmutaions of Pd from cold
  19. fusion.  We were hoping to find a smoking gun to the age old question of
  20. "where is the ash."  We didn't find any smoking gun, but there is enough
  21. good material in the form of surface effects, complex chemistry, and Pd
  22. crystal formations that I think everyone in this group would say it's worth
  23. while.  Over the next weeks, I will be posting some uuencoded GIFs of what
  24. was seen. From the point of view of a electronmicroscopist, a picture is
  25. worth a million words (and getting better). 
  26.  
  27.    The question about fusion ash in Pd, can take two tracts.  One is the
  28. direct measurements of neutrons, charge particles, x-rays, etc.  The other
  29. is to look postmortem at the casing in which fusion took place.  This is
  30. based on the simple assumption that: 
  31.  
  32. Transmutations/gm*Pd = Fusions/gm*Pd/s * Cross_section_Pd * s  
  33.  
  34.    While this would seem simple to calculate, the reality it is far more
  35. complicated.  For example simple geometries present a problem (for localized
  36. fusion like 'fracto-fusion').  Also It ignores the fact that there are several
  37. isotopes of Pd and with each the cross section and reaction products change.
  38. Additionally since the final number of transmuations are dependent on upon the
  39. previous isotope volumes, which in turn was dependent upon the earlier
  40. transmuations, and the fusion rates of the time, it's difficult even to 
  41. estimate.  This is an interesting problem that could be solved with a computer
  42. program if the cross section data and reaction products is available. I haven't
  43. persuaded this mainly because of the lack of cross section information and
  44. reaction product tables.  If someone has such a table, please let me know
  45. because such estimates could be important to this method of CF analysis.     
  46.  
  47.     Of the transmuations from a DD fusion in Pd, the only obvious one that
  48. I know of is d(d,t)p -> Pd(p, gamma)Ag.  So it is that interaction I was
  49. looking for first.  With all expectations of finding a distinct signature
  50. of silver in the Pd, the whole idea of finding trace amounts of silver in
  51. Pd by  backscatter X-ray was nearly shot down when we found that Pd and
  52. Ag are so close in the main peaks, that the Pd peak easily overwhelms any
  53. Ag peak that could be used to indicate postmortem fusion ash. These spectral
  54. lines are so close in the X-ray K-bands and L-bands, trace amounts of one or
  55. the other can not be distiguised.  Except one spectral peak.  This is known
  56. as the escape peak.  In Tom's first cell (what I called "fractured
  57. electrode"), I did see a very-very small peak at this location that did
  58. not appear in the control.  But because this is easily a localized
  59. contamination or perhaps fracto-fusion (in this case I was looking at
  60. the fracture edge of one of Tom's electrodes), the parts per million
  61. range seems very probable, all I can ask is are we looking at a Jones level,
  62. slightly above, or background?  Honestly folks, I just can't say either way
  63. with quantitative certainty. What I can say is we did observe a blip where
  64. the Ag escape should be in the cell I labeled "Fractured electrode".
  65.  
  66. COMING CLEAN: 
  67.  
  68.     Tom's was asked whether there are micro-fractures in his cells.
  69. I did not see any except in his first cell where there are several
  70. nodual like fractal separations from the main alpha-beta phase induced
  71. split. Let me change that.  In all of the active cathodes we looked
  72. at, all showed some fracturing around the connection lead wire and
  73. cathode. The first cell is so profoundly fractured, (it was split
  74. open like a burst hot dog) that fracto-fusion residual was my first
  75. thought and was one of the reasons I asked Tom to look at his cells.
  76. The other was that he offered the net access to his cells for further
  77. analysis.  It sounded interesting so in May, we did our first runs.
  78. Anyway back to the question of micro-fractures.  There are several
  79. scratches left over from grinding, but I was surprised to find that
  80. there is very-very little residual material left over from this process.
  81. We didn't see anything significant.
  82.  
  83.     Tom runs his cells with very clean pure Pd cathodes from what we see.
  84. While the scratches might lead to some minor localized effects, their depth
  85. is is minor compared to the bulk, and the frequency is small compared to
  86. surface area. In the last cell we looked at, the surface was so smooth, the
  87. only micro fracturing we saw, was around the connection between cathode
  88. lead and the cathode.  Again, this looks like stress induced fracturing
  89. due to a difference in expansion rates.  On this cell there is a visible
  90. dark spot near the center of a flat sheet Pd cathode. (This was Tom's
  91. Takahashi style experiment).  The dark spot looks like heat stress, and
  92. we did observe some small faceted crystals of what looks like electrolyte
  93. material in the area.  The hot spot occurs where the end of the cathode
  94. lead wire (I assume this was Pt) ends in the cell.  The gap between these
  95. two metals may be a collecting point for D gas, and a potential hot spot
  96. for cold fusion, so the next time I get beam time, I'll look at this area 
  97. closer.  It's on my list of places to look. 
  98.  
  99. SURFACE FUN:
  100.  
  101.    The active cathodes I've looked at have some wild chemistry going on. 
  102. In the first cell, Tom was using D2SO4 for an electrolyte, and as 
  103. one would expect, sulfur was a predominate peak in our analysis. 
  104. I think John Logajan's comments about D2O2 formation as a source of
  105. heat when using sulfur based electrolytes is probably correct. If
  106. cathode surface chemistry is the key, then there should be by-products.
  107. D2O2 or even H2O2 would be tricky to observe except by fine changes
  108. in pH, and anomalies in the recombination of escaping gases.  In our
  109. postmortums we did find several metals on the surface apparently
  110. transported by the electrolytes that include Pt, Cu, Zn, S.  These
  111. were not minor concentrations, and the source of Cu, Zn was from a
  112. brass connector  that made contact with the electrolyte. In the other
  113. active cathode (Takahashi style) we saw Pt, Cu, Fe, Zn.  This cell had
  114. an inactive stainless steel part submerged in the solution. To me, it
  115. is some what amazing that stainless steel which is pretty inert and
  116. fairly resistive to chemical attacks, becomes apparent in our analysis
  117. even though its not suppose to be an active electrolysis participant.
  118. It was only in contact with the electrolyte, and yet we see deposits Fe
  119. on the Pd cathode. Tom mentioned to me that stainless should have Ni in it. 
  120. It I recall it could also have Vanadium too.  If it does, these weren't
  121. apparent in our analysis. It may be that that the electrolytic etching of
  122. the electrodes is somewhat selective, since neither of these metals migrated
  123. to the Pd. Obviously metal transport in an electrolyte is not new, (can you say
  124. electroplating?) but to find something as inert as a Pt anode and metals
  125. from an inactive stainless steel component this active in the electrolyte 
  126. deposits, was a surprise to me. Regardless, it suggest that all thermocouples
  127. that are used in these types of experiments should be protected by some type
  128. of sheath. I think glass would be good. Ahh, but what about Si?.  We did see
  129. this too, but only when glass was in direct contact with the Pd.  Si does
  130. not appear to migrate naturally under electrolysis from what we see.    
  131.  
  132. EQUIPMENT:
  133.  
  134.    We used an ISI600 SEM (scanning electron microscope) outfitted with
  135. an EDAX backscatter X-ray spectrometer for materials analysis. The EDAX
  136. uses x-rays created by the SEM's electron beam on the surface area being
  137. examined to determine the areas composition.  Its detection capabilities
  138. are in the parts per million but it is limited. It cannot detect elements
  139. below boron, and due to the potential of damaging the SiLi detector from
  140. D and Li residual in the cathode cells, we ran the system with the light
  141. element window closed. This limited us to elements above Oxygen.  Also the
  142. system cannot resolve isotopes of a specific elements so we cannot say there
  143. is or isn't isotope shifts indicating a nuclear ash. This leaves us with
  144. only the ability to observe direct transmutation (like Pd->Ag if fusion of
  145. rates occurs) and surface composition indicating the cell's chemistry for
  146. heavier elements.
  147.  
  148.    The ISI600 is not a High-res SEM, but it is mature. The same is true of
  149. the EDAX system.  If I had to fault EDAX's maturity it would be that their
  150. auto peak analysis has a tendency to pick K lines over other M lines for
  151. identification of elements.  This lead to a problem where we thought we
  152. found a strong Yttrium K-alpha line, which was actually a strong Pt-M
  153. line.  Because Y is pretty rare, this sent several of us scrambling thinking
  154. we had the smoking gun. Pd and other transition metals can be fissioned
  155. into various light elements, and Y is one candidate from Pd+d.  Alas, it
  156. wasn't true. It was a software design presumption that the K lines would
  157. be stronger than the L and M's. This happened again where the in the
  158. Takahashi style experiment, Tm was chosen over Si. As Tom has said, we
  159. all learn from mistakes and those of others. This was mine. 
  160.  
  161. PRELIMINARY DATA:
  162.  
  163.    Here is the data. The first column is unprocessed data.  The ZAFS
  164. is a correction to the spectrum based on the atomic weight and atomic
  165. number (Z & A) of the elements and is the better value.  CPS is the
  166. Counts per Second for the channel numbers expected for that peak.
  167. The %Wt is the percent weight for the sample under beam.  
  168.  
  169. LIVE TIME: 159.842 sec
  170. 11-JUN-92 21:21:37                11-JUN-92 21:21:50       
  171. Sample: Fractured Electrode      Sample: Fractured Electrode
  172. Inside Edge. Photo 47.             Inside Edge. Photo 47.  (After ZAFS)  
  173. Element    CPS      %Wt          Element    CPS      %Wt  
  174. -------- ------- --------      -------- ------- --------
  175. Pt M      19.156    5.808      Pt M      19.1564   7.67 
  176. S  K      18.280    1.616      S  K      18.2604   3.33 
  177. Pd L      77.155   16.974      Pd L      77.1553  24.79 
  178. Ag L       5.362    1.332      Ag L       5.3615   1.63 
  179. Cu K     271.561   62.857      Cu K     271.5612  53.40 
  180. Zn K      12.938    3.474      Zn K      12.9377   2.94 
  181. Pt L       8.077    5.939      Pt L       8.0767   6.24 
  182.  
  183. Note: This samples was done at an area where the metal edge of
  184.       the fracture was peeking through electrolyte build up. 
  185.       The surface was extremely etched, looking like a sponge.
  186.       The Ag could be an artifact of Pd L.  
  187.  
  188. LIVE TIME: 176.573 sec.
  189. 11-JUN-92 20:11:02                11-JUN-92 20:11:50       
  190. Sample: Fractured Electrode      Sample: Fractured Electrode
  191. Cleaned area. Photo 32.             Cleaned area. Photo 32.  (After ZAFS)  
  192. Element    CPS      %Wt          Element    CPS      %Wt  
  193. -------- ------- --------      -------- ------- --------
  194. Pd L     224.491   97.740      Pd L     224.4907  97.64 
  195. Pt L       1.303    1.696      Pt M       1.3026   1.83 
  196. Y  K       0.176    0.564  *      Y  K       0.1756   0.53  *
  197.  
  198. * We used this one to prove to ourselves that Y peak we had 
  199.   found in an earlier runs was probably an artifact of the 
  200.   Pt M spectra. The values suggest what to expect from the 
  201.   possibility of Pd-L to Ag-K spectral artifact. The area
  202.   was cleaned by scraping a deep gouge out of the surface
  203.   with a razor.    
  204.  
  205. LIVE TIME: 178.728 sec.
  206. 11-JUN-92 20:39:03                11-JUN-92 20:39:15       
  207. Sample: Fractured Electrode          Sample: Fractured Electrode          
  208. Surface (Cross) Photo 33.          Surface (Cross) Photo 33. (After ZAFS)
  209. Element    CPS      %Wt          Element    CPS      %Wt  
  210. -------- ------- --------      -------- ------- --------
  211. Pt M       8.079    4.996      Pt M       8.0793   4.83 
  212. S  K       4.792    0.864      S  K       4.7920   1.27 
  213. Pd L     172.222   86.375      Pd L     172.2224  86.61 
  214. Cu K       7.242    3.419      Cu K       7.2424   3.07 
  215. Pt L       2.898    4.346      Pt L       2.8983   4.23 
  216.  
  217. Note: This was a spectular Pd crystal formation we found on the
  218.       surface. We speculate it formed during electrolysis due to
  219.       it's relative purity and lack of electrolyte deposits.  
  220.  
  221. LIVE TIME: 174.524 sec.
  222. 25-OCT-92 13:36:59                25-OCT-92 13:37:43       
  223. Sample: Pd Takahashi Style        Sample: Pd Takahashi Style          
  224. Blackened Surface (No Photo)        Blackened Surface        (After ZAFS)  
  225. Element    CPS      %Wt          Element    CPS      %Wt  
  226. -------- ------- --------      -------- ------- --------
  227. Na K       1.954    0.587         Na K       1.9539   1.73
  228. Pd L     130.280   45.258         Pd L     130.2798  48.76
  229. Ag L       3.586    1.259         Ag L       3.5857   1.32
  230. Fe K      17.350    6.340         Fe K      17.3500   5.03
  231. Cu K       6.716    4.924         Cu K       6.7154   3.77
  232. Zn K       8.423    8.109         Zn K       8.4228   6.19
  233. Pt L       7.766   33.489         Pt L       7.7665  33.58
  234.  
  235. Note:  This was from the blacked surface of Tom's Takahashi style
  236.        experiment.  The electrolyte was LiDO and thus we can't 
  237.        resolve the true surface chemistry.  Na K may be an artifact. 
  238.  
  239. LIVE TIME: 177.078 sec.
  240. 25-OCT-92 13:55:48                25-OCT-92 13:56:35       
  241. Sample: Pd Takahashi Style        Sample: Pd Takahashi Style          
  242. Clean edges      (No Photo)        Clean Edges             (After ZAFS)  
  243. Element    CPS      %Wt          Element    CPS      %Wt  
  244. -------- ------- --------      -------- ------- --------
  245. Tm M      31.268    5.703  *(1)   Tm M      31.2687   8.91   *(1)
  246. Pd L     204.870   75.258         Pd L     204.8701  78.68
  247. Fe K       0.988    0.413         Fe K       0.9883   0.34
  248. Cu K       3.089    2.589         Cu K       3.0890   2.05
  249. Zn K       1.502    1.635         Zn K       1.5002   1.29
  250. Pt L       0.384    1.892         Pt L       0.3838   1.94
  251. Pb L       0.361    6.398         Pb L       0.3614   6.79
  252.  
  253. * Tm M is misidentified.  It should be Si K.  The %Wt is thus wrong.
  254. Note:  This was where a glass holder pinched onto the surface.  This 
  255.        left a clean edge about 2 mm on two sides.  The Pb was
  256.        probably from the glass.
  257.  
  258. CONCLUSIONS:
  259.  
  260.    When we first started this work, it was done to briefly get a 
  261. run down of the constituents of the surface specifically looking
  262. for transmutation without regard to quantitative analysis.  This 
  263. hap-hazard approach was good in that it allowed us to get a handle
  264. on what to expect, but it also caused some problems for us when we
  265. did comparative analysis and couldn't use our initial quantitative
  266. work.  We plan to do one more run where all three samples will be
  267. looked at simulataniously and a good comparative analysis can be 
  268. made and allow us to verify Ag contents.
  269.  
  270.    Still, in all of our analysis we did find significant surface
  271. deposits of Pt, up to 33% in one case, and this leads me to wonder if
  272. these deposits are catalyizing the recombination of H + OH -> H2O. In a
  273. closed cell, this would be of no consequence, but in an open cell where
  274. recombination is considered 0, this could give the appearance of excess
  275. heat. The heat of a cell is given as P = V I = [(V - k*1.48)*I] + k[1.48*I]
  276. where k represents the recombination factor (from 0 to 1).  If in-solution
  277. remcombination is taking place at the cathode, this should create a
  278. solution higher in hydrogen, which might be seen as a change in pH to
  279. acid or neutral in the case of alkali solution.  This pH change may even
  280. be seen in closed cells, as un-recombined oxygen fills the head space of
  281. the recombiner leaving a higher hydrogen concentration in the electrolyte.
  282. This may be something to look for.
  283.  
  284.    Finally, while our analysis could not prove the presents of Ag as
  285. a fusion by-product, and metal transport problems may religate further 
  286. analysis moot if the anode is Ag bearing (at least for surface analysis).
  287. Still this method does suggest a new method for CF exploration. If an alloy
  288. can be made that indicates the distinct effects of irradiation by a distinct
  289. low energy induced transmutation, this type of postmortem analysis could be
  290. a valuable tool.       
  291.  
  292. Happy Holidays,
  293. Chuck Sites
  294. chuck@coplex.com
  295.  
  296.