A Study on Electrolysis of Heavy Water and Interaction of Hydrogen with Lattice Defects in Palladium Electrodes

팔라디움전극에서 중수소의 전기분해와 수소와 격자결함의 반응에 관한 연구

Excess tritium analysis was peformed to verify whether or not cold fusion occurs during electrolysis of heavy water in the current density range of 83~600 mA/$\textrm{cm}^2$ for a period of 24 ~ 48 hours with use of palladium electrodes of seven different processing treatments and geometries. The extent of recombination of D$_2$ and $O_2$gases in the electrolytic cell was measured for the calculation of accurate enthaplpy values. The behavior and interaction of hydrogen atoms with defects in Pd electrodes were examined using the Sieverts gas charging and the positron annihilation(PA) method. Slight enrichment of tritium observed was attributed to electrolytic enrichment but not to the formation of a by-product of cold fusion. The extent of recombination of D$_2$and $O_2$gases was 32%. Hence the excess heat measured during the electrolysis was considered to be due to the exothermic reaction of recombination but not to nuclear fusion. Lifetime results from the PA measurements on the Pd electrodes indicated that hydrogen atoms could be trapped at dislocations and vacancies in the electrodes and that dislocations were slightly more preferred sites than vacancies. It was also inferred from R parameters that the formation of hydrides was accompanied by generation of mostly dislocations. Doppler broadening results of the Pd electrodes indicated that lattiec defect sites where positrons were trapped first increased and then decreased, and this cycle was repeated as electrolysis continued. It can be inferred from PA measurements on the cold-rolled Pd and the isochronally annealed Pd hydride specimens that microvoid-type defects existed in the hydrogen-charged electrode specimen.

상온핵융합의 실험적 검증을 위하여 가공조건 및 기하학적조건이 다른 7종류의 팔라디움전극을 사용하여 24~28시간, 전류밀도 83~600 mA/$\textrm{cm}^2$의 조건하에 전기분해를 실시하였다. 상기조건 하에서 삼중수소의 농축에 기인한 분리팩타(separation factor)를 측정하였고 핵융합의 부산물일수도 있는 삼중수소 증가량을 측정하였다. 또한 초과열 계 산과 관련된 K(net Faradic efficiency)를 측정하여 산소/중수소 가스의 재결합정도를 조사하였다. 양전자소멸측정장치 및 일정체적 가스주입장치를 이용하여 팔라디움전극에서 격자결함과 수소의 반응 및 거동에 대하여 조사하였다. 전기분해하는 동안 삼중수소 농축현상이 관찰되었으나 핵융합의 증거가 될만한 삼중수소양은 검출되지 않았다. 한편 산소/수소 가스의 재결합 정도는 32%로 나타났다. 이는 재결합과정이 발열반응이므로 전기분해과정에서 핵반응과 관계없이 초과엔탈피가 발생할 수 있음을 의미한다. 양전자소멸측정장치를 이용하여 양전자수명, 양전자소멸밀도, P/W 및 R 파라메터의 측정을 통하여 전극의 격자결함(전위 및 공공)에 수소가 집적 (trap)되며 수소집적은 공공에서 보다 전위에 약간 더 선호하는 것으로 나타났다. 전극의 수소화물형성에 수반하여 대부분 전위가 발생한 것으로 나타났다. 또한 팔라디움수소화물의 등시소둔실험을 통하여 소량의 미소공동 형태의 결함이 존재하는 것으로 추정하였고 그 결함의 크기는 수 $\AA$정도인 것으로 생각된다.