home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #31 / NN_1992_31.iso / spool / sci / physics / fusion / 3106 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-12-29  |  33.7 KB  |  681 lines

  1. Path: sparky!uunet!elroy.jpl.nasa.gov!ames!agate!dog.ee.lbl.gov!hellgate.utah.edu!cc.usu.edu!system
  2. From: system@cc.usu.edu
  3. Newsgroups: sci.physics.fusion
  4. Subject: electrostatic fusion
  5. Message-ID: <1992Dec29.112835.62319@cc.usu.edu>
  6. Date: 29 Dec 92 11:28:35 MDT
  7. Organization: Utah State University
  8. Lines: 671
  9.  
  10. Introduction:  Researchers at Hill Air Force Base have recently
  11. submitted a patent application concerning the use of electrostatic
  12. devices for creating nuclear fusion.  On Dec 7, an announcement
  13. appeared on the network about using electrostatics for controlling
  14. nuclear fusion.  We are making this disclosure in order to clarify
  15. our contribution to these developments.
  16.  
  17.  
  18.  
  19.                     Obtaining Nuclear Fusion
  20.                    Using Electrostatic Devices
  21.  
  22.                      Lloyd G. Allred, Ph. D.
  23.                     Software Support Division
  24.                     Hill Air Force Base, Utah
  25.  
  26. 1.   Executive Summary.
  27.  
  28. 1.1  Overview.  The announcement of cold fusion by Stanley Pons and
  29. Martin Fleishmann is probably the most controversial scientific
  30. claim of this century.  Pons and Fleishmann felt that their
  31. experience in electrochemistry gave them the unique ability to
  32. concentrate electric fields, and that fusion was the result of this
  33. claim.  While Pons and Fleishmann were widely acclaimed in the
  34. field of electrochemistry, mainstream physicists were quick to
  35. condemn Pons and Fleishmann's work, even though their experimental
  36. results have not yet been explained.  This document presents
  37. underlying physical principals which will explain the results of
  38. Pons and Fleishmann, and describe how to build practical devices to
  39. produce large amounts of power from nuclear fusion on a repeatable
  40. basis.  This document also explains why prior researchers have been
  41. unable to get repeatable results.  
  42.  
  43. It is interesting to note that the main thrust of the experiments
  44. and apparatus of Pons and Fleishmann was directed more toward
  45. charging up the palladium rods with positive deuterium ions.  The
  46. issue of electric field focusing was ignored.  In particular,
  47. electrostatic fields are focused by putting sharp points on
  48. electrostatic objects.  The sharp points produce enormous fields. 
  49. In the phenomena known as Saint Elmo's fire, a corona is observed
  50. at the edges of leaves where the charge on the leaves leaks off
  51. into the surrounding atmosphere.  The observed corona is caused by
  52. the ionization of the air caused by the electric field
  53. concentration.  Returning to the experiments of Pons and
  54. Fleishmann, the sharp points on the palladium rods were smoothed
  55. off when an explosion occurred.  The two experimenters may have
  56. thus eliminated the very effect they were trying to create.
  57.  
  58. 1.2  Approach.  Some two years ago, I made the conjecture that cold
  59. fusion could be induced by focusing electric fields using
  60. electrostatic devices, in particular, that electric fields at the
  61. corners of such devices could be made sufficient to induce
  62. thermonuclear fusion.  It seemed to me that it would be relatively
  63. simple to solve for the electrical fields surrounding a pointed
  64. object, such as a cone.  After researching this field, I quickly
  65. came to the conclusion that the general solution of electrostatic
  66. fields is one of the unsolved problems of modern physics.  While
  67. the study of electrostatic fields is a required subject in most
  68. college physics classes, the published solutions, using Gauss's
  69. law, have been solved only for very simplified cases.  The
  70. published solutions for a charged wire and a cylinder violate the
  71. underlying assumptions, and are essentially wrong! 
  72.  
  73. 1.3  Summary.  It has taken me some two years to find a method
  74. which would solve this problem.  The results indicate that electric
  75. fields, sufficient to cause nuclear fusion, can be obtained using
  76. a cone with a half angle of 15 to 20 degrees, and using rather
  77. moderate positive
  78. voltages.
  79.  
  80. 1.4  Claims.  I claim the right to all thermonuclear fusion devices
  81. which employ charging a metal with deuterium and which apply an
  82. electrostatic charge (e.g. positive voltage) to the metal, and
  83. which use a pointed tip to focus the electrostatic fields.  I also
  84. claim the rights to the process of fuzzy genetic algorithms for
  85. solving the charge distribution associated with a arbitrary
  86. electrostatic objects and for applications of such solutions.  I
  87. also offer the U.S. American government free use of this idea, but
  88. reserve all applications in the private sector.
  89.  
  90. 2.   Theory.  This document is provided without references.  The
  91. underlying physics can be found in any college physics textbook or
  92. physics handbook.
  93.  
  94. 2.1  Electrostatic Charges.  Coulomb's law portrays the force, F,
  95. exerted between two electronic charges, q and q0, at spacial
  96. positions X and X0 and can be computed by 
  97.  
  98.        - q q0 (X - X0) 
  99.   F  =  ________________                                        (1)
  100.                      3
  101.          e0 │ X - X │
  102.  
  103. Coulombs law can be extended to calculate the electric potential or
  104. voltage of any point in space.  
  105.  
  106.         1                   - rho(X) dS  
  107.   V  = ________ Integral   ________________                     (2)
  108.                    S
  109.        4 pi e0                │ X - X │
  110.  
  111. Electric potential is closely related to potential energy.  In
  112. particular, it expresses the amount of potential energy per unit of
  113. charge for at any point in space.  The electric field is defined as
  114. the gradient of the electric potential, 
  115.        partial V       1               rho(X) (X-X0) dS
  116.   E =  _________ =  _______  Integral  ________________         (3)
  117.                                                   3
  118.        partial X    4 pi e0     S       │ X - X0 │
  119.  
  120. In the presence of a non-zero electric field, a charged particle
  121. will be accelerated in the direction of the field, inducing an
  122. electric current.  At any point in the interior of a conductive
  123. device, the electric field must therefore be zero, otherwise, any
  124. electron at that point would be accelerated, thus changing the
  125. distribution of the electric charges and the corresponding electric
  126. fields and the electric fields would not therefore be static.  At
  127. the surface of a conductive device, an electric field can be
  128. resolved into two components, one parallel to the surface, and one
  129. perpendicular to the surface.  The parallel component must be zero
  130. (otherwise a current would be generated parallel to the surface of
  131. the conductor), hence the electric field must be perpendicular to
  132. the surface of the charged conductive object. 
  133.  
  134. Gauss's law relates the integral of an electrostatic field over an
  135. arbitrary surface to the enclosed charge.  
  136.     1
  137.  _______ Integral  E . dA = Q                                 (4)
  138.  4 pi e0    A
  139.  
  140. This equation can be employed to produce some very strange results. 
  141. Electric charges in a charged conductor tend to repel each other. 
  142. As a result, they get as far away from each other as is possible. 
  143. Taking a surface just inside the charged device, the above equation
  144. implies that the enclosed charge is zero!  As a consequence, the
  145. charge must be distributed entirely on the surface of the object. 
  146. Additionally, the charge density at the surface is directly
  147. proportional to the electric field over the surface.  If one
  148. considers a surface consisting of two connected parallel plates,
  149. both parallel to the surface with one above the surface, and one
  150. below.  Because the one below the surface is inside the metal, the
  151. electric field is zero.  It follows that 
  152.     1
  153.  _______ Integral  E . dA = Q = rho dA                        (5)
  154.  4 pi e0    A
  155.  
  156. Consequently
  157.  
  158.   E = rho 4 pi 0                                              (6)
  159.  
  160.  
  161. For an electrostatic object of a cone, we intend to show that the
  162. electric field approaches infinity as one approaches the tip of the
  163. cone.  Because the charge density at the tip is proportional to the
  164. electric field at the tip, then, byt the above equation, the charge
  165. density also approaches infinity.  If the charges consist of
  166. positively charged deuterium ion,s then nuclear fusion will occur.
  167.  
  168.  
  169. 2.2  Supportive Evidence.  In the phenomena known as Saint Elmo's
  170. fire, a corona is observed at the edges of leaves where the charge
  171. on the leaves leaks off into the surrounding atmosphere.  The
  172. observed corona is caused by the ionization of the air caused by
  173. the electric field concentration.  
  174.  
  175. Some metals, such as platinum, palladium, titanium, and nickel have
  176. the ability to absorb large amounts of hydrogen and deuterium. 
  177. After absorption, the hydrogen nucleus and electron separate.  An
  178. ionized hydrogen nucleus, having no shell, is free to wander
  179. throughout the metal in the same manner as a free electron.  If the
  180. conductive metal becomes positively charged, the hydrogen nuclei
  181. will congregate at the sharp points of the surface, and be ejected
  182. from the surface.  It was trace amounts of tritium and helium,
  183. observed by Russian scientists in nickel deposits, which first
  184. prompted the initial investigations into cold fusion. 
  185.  
  186. 2.3  "Antimatter".  In the past, electric field confinement has
  187. been rejected as a method for obtaining fusion.  In particular, a
  188. theorem exists that a charged particle cannot be confined by an
  189. electrostatic field.  In practice, confinement is not required. 
  190. One example is the production of fusion obtained by imploding
  191. spheres of frozen hydrogen.  While confinement is not achieved in
  192. this process, the imploding deuterium nuclei come crashing into
  193. each other.  The resulting fusion has been observed in the
  194. laboratory; unfortunately, however, the resulting fusion has not
  195. been not sufficient to achieve a positive energy return.
  196.  
  197. 3.0  Proposed Mechanics.  I fully understand that infinite
  198. electrical fields are an impossibility.  As a consequence, static
  199. conditions cannot be achieved on an object with a tip because the
  200. charge leaks off into empty space.  The charge at such a tip will
  201. be less than
  202. infinite.  However, as the subsequent discussions will show, the
  203. electric fields at the tip are caused by the focusing of the
  204. electric fields of charges away from the tip.  As a result, the
  205. charged particles within the device will be accelerated toward the
  206. tip─these accelerations approach infinity as the charges move
  207. toward the tip.  Inasmuch as fusion has been produced by
  208. accelerating protons together by implosion, it would seem that
  209. fusion could be obtained by accelerating protons together by
  210. focusing electric fields. In the case of the cone, the charges are
  211. all concentrated on the surface of the cone.  As a consequence, the
  212. electric fields are all
  213. directed towards the tip of the cone.  If the metal contains
  214. positively charged hydrogen ions, they will be accelerated toward
  215. the tip.  Electric currents move at the speed of light.  While the
  216. individual electrons and protons will move at speeds somewhat less
  217. than the speed of light, I suspect the accelerations, even at short
  218. distances, are enormous.  I would be greatly surprised
  219. if fusion did not occur.
  220.  
  221. 3.1  Caveats.  Surface conditions would be very critical to this
  222. process.  Rough surfaces would tend to leak the hydrogen off. 
  223. Smooth surfaces seem to be a rudimentary requirement in existing
  224. cold fusion experiments.  Metals such as titanium and aluminum form
  225. an oxide coating─I suspect that protons may not be the principal
  226. charge carriers on the surface of these metals, perhaps explaining
  227. the failure to produce positive cold fusion results using these
  228. metals.  While hydrogen absorption and the corresponding metal
  229. embrittlement is observed in many metals, much better absorption
  230. characteristics are obtained using nickel, palladium, and platinum.
  231.  
  232. 4.   Problem Solution.
  233.  
  234. 4.1  Traditional Analytical Methods.  College textbooks usually
  235. employ Gauss's equation to solve for the distribution of charge on
  236. a surface.  For a sphere, for example, one can argue, by symmetry,
  237. that the electric field is equal for all points of the sphere. 
  238. Gauss's equation reduces to
  239.     1                       E 4 pi R R
  240.  _______ Integral  E . dA   __________  =    Q                  (7)
  241.  4 pi e0    A                4 pi e0
  242.  
  243. Solving for the electric field, E,
  244.       Q e0
  245.   E = ____                                                      (8)
  246.          2
  247.         R
  248.  
  249. For applications to objects such as an electrical wire, the
  250. textbooks say, "assume that the charge density is distributed
  251. equally along the length of the wire".  We could equally assume
  252. that the world is flat, or that we have a spherical cow.  
  253.  
  254. If one had such a charge distribution along a wire, compute the
  255. electric field at a point on the left side of the wire.  Applying
  256. Equation (3) to our example of a wire of length extending in x
  257. direction,
  258.           1        1      rho(x) (x-x0) dS
  259.   E =  ________ Integral  ________________                     (9)
  260.                                       3
  261.        4 pi e0     0       │ x - x0 │
  262.  
  263.  
  264.  
  265. The integral splits into two parts, one for x < x0 and x > x0. 
  266. Substituting x = t + x0,
  267.  
  268.    x0     rho(x0-t) dt       1-x0      rho(x0+t) dt
  269.  Integral ____________   =  Integral  _____________           (10)
  270.    0           2              0             2
  271.               t                            t
  272.  
  273. The above equations pointedly illustrate the problems with
  274. attempting to deal with charged particles using traditional math. 
  275. The above two integrals are both infinite!  Solution of Equation
  276. (9) to get a zero electric field requires the subtraction of two
  277. infinities.  To obtain practical solutions to Equation (11)
  278. requires that we treat the electric densities in terms of
  279. individual charges, and that the electric field, acting on each
  280. charge, approaches zero.  Taking this point of view, individual
  281. charges are separated by a minimal subatomic distance, m.  The
  282. above equation becomes
  283.  
  284.    x0     rho(x0-t) dt       1-x0      rho(x0+t) dt
  285.  Integral ____________   =  Integral  _____________           (11)
  286.    m           2              m             2
  287.               t                            t
  288.  
  289.  
  290. For uniform density, the above equation cannot be met unless x0 =
  291. 1 - x0, or x0 = 0.5, at the midpoint on the wire.  For a point on
  292. the left of the midpoint of the wire, there is more total charge on
  293. the right side of the wire, so the electric field points to the
  294. left.  The bottom line is that the charge distribution along a
  295. fixed wire cannot be uniform.  
  296.  
  297. What is the charge distribution along a wire?  As x0 decreases, the
  298. integration distance of the left integral decreases, so the
  299. corresponding values of ■ must increase to compensate. Conversely,
  300. the integral on the right, Ir must increase.  Not only does the
  301. integration distance increase, but as x0 increases, the integral on
  302. the right begins to incorporate some of those increased ■ values
  303. which were created to compensate for increases in Ir for slightly
  304. larger values of x0 and so forth.  Applying the mean value theorem
  305. of integral calculus to the above equation, there exist some point
  306. xL, 0 ≤ xL ≤ x0.  
  307.  
  308.    x0     rho(x0-t) dt      
  309.  Integral ____________   =  Ir                                (12)
  310.    m           2            
  311.               t             
  312.  
  313. Integrating,
  314.  
  315.   rho(XL) (-1/x0 + 1/m) = Ir                                  (13)
  316.  
  317. Collecting terms,
  318.  
  319.   rho(xL) = m x0 Ir / (x0 - m)
  320.  
  321. As x0 decreases toward m, the right side of the above equation
  322. approaches infinity.  The mean value theorem of integral calculus
  323. states that ■(xL) can be interpreted as an average value of the
  324. density function rho between m and x0.  As x0 decrease to m, this
  325. average density approaches infinity!  Similar arguments can be
  326. presented for charges near the tip of the cone.  Unfortunately, the
  327. above mathematical arguments do not provide quantitative analysis
  328. for the solution of the charge densities, nor can qualitative
  329. mathematical arguments be employed to arrive at a fixed hardware
  330. design.
  331.  
  332. 4.2  Finite element approximations.  My attempts at solving various
  333. forms of Equation (11) over a two year time-span met with dismal
  334. failure.  The reasons for this failure have some interesting
  335. physical ramifications.  Suppose that one attempts some finite
  336. approximation to Equation (11) with a number of charges at fixed
  337. positions, then the failure to achieve zero in Equation (11) can be
  338. interpreted as a force on the individual charge.  I attempted to
  339. solve the equations through gradient search techniques, equivalent
  340. to move each charge according to the applied force.  As one moves
  341. toward the tip of the wire, the forces become infinite, and the set
  342. of simultaneous equations becomes unstable and will not converge! 
  343. The tracking of the individual charges is equivalent to solving for
  344. the standing waves of the individual electrons on the wire. 
  345. Standing waves in a conductive media are real physical phenomena;
  346. unfortunately, the standing waves have little to do with the
  347. electrostatic solution we seek.  
  348.  
  349. After many attempts at solving the electrostatic fields surrounding
  350. a pointed cone, I was able to obtain a solution by modifying a
  351. method proposed by a Dr. Magdy K. Iskander of the University of
  352. Utah [Electromagnetic Fields, Prentice Hall].  Iskander's method
  353. approximates the electric potential in Equation (2) by a finite
  354. sum, by evaluated at a finite number of points, X1,...,Xn.
  355.  
  356.  
  357. By definition, the voltage potential, V, is constant for any point
  358. on the conductor.  For a fixed selection of n points,
  359. ■(Y1),■(Y2),...■(Yn), the above formula will generate a linear
  360. equation for
  361. any point Xi within the conductive object.  The resulting equations
  362. are linear in the ■(Yj) and
  363.  
  364.           1      n     - rho(Yj) dSj  
  365.   V  = ________ Sum   ________________                     (2)
  366.                 j=1
  367.        4 pi e0            │ X - X │
  368.  
  369. can be solved by traditional linear equation methods.  The
  370. resulting solution for a charged wire, published by Iskander,
  371. conforms to my solution, Equation (14).  Unfortunately, the method
  372. is highly sensitive to the selection of the X's and the Y's.  In
  373. particular, the X's and the Y's cannot coincide, otherwise
  374. numerical division errors occur.  In addition, finite
  375. approximations are not exact, so the  voltages resulting from the
  376. finite approximation are not uniform across the object.  As one
  377. increases the number of elements, the equations become singular,
  378. and cannot be solved. While able to reproduce Iskander's results,
  379. I was not able to refine the results by taking smaller step sizes
  380. for a charged wire.  I was also unable to apply the technique to
  381. surfaces of revolution, such as spheres and cones.  
  382.  
  383. 5.0  Solution Using Self-Organizing Systems.  Over the past four
  384. years, my software group, the Neural Engineering Research and
  385. Development Section (NERDS) have been solving difficult problems
  386. using self-organizing systems.  One such method employs a fuzzy
  387. differential genetic algorithm.  During a simulation, individuals
  388. are created with genetic code which is represented as binary bits. 
  389. The binary bits are interpreted as the distribution of charges
  390. along the cone.  Using this charge distribution, the voltage is
  391. then calculated at various points on the cone, and an individual's
  392. fitness is evaluated based on how uniform the resulting voltage
  393. potential is.  Using simulated natural selection individuals are
  394. selected to breed (survival of the fittest), and using simulated
  395. sexual reproduction succeeding generations of individuals are
  396. generated.  Through the process of simulated natural selection, an
  397. individual is found which solves the charge distribution along the
  398. cone.  
  399.  
  400. The fuzzy genetic algorithm was able to obtain solutions to the
  401. electrostatic charge for a variety of physical shapes.  Equilibrium
  402. is achieved as the voltage approaches uniformity across the shape's
  403. surface.  (See attached figures).  In roughly 15 minutes, the
  404. program will solve for the charge distribution for an arbitrary
  405. surface of revolution.  Validation of the software was achieve by
  406. solving for the known charge distribution for a sphere. 
  407.  
  408. For objects containing tips, such as wires and cones, the electric
  409. fields approached infinite as one moves toward the tips.  While
  410. mathematical techniques may prove that the charge density
  411. approaches infinity as one approaches the tip of the cone, the
  412. mathematical techniques offer no clue toward finding an optimal
  413. cone design.  The fuzzy genetic algorithm was employed to solve for
  414. the charge distribution for a variety of cone angles, giving
  415. effective delivered proton compression for each shape.  Simulations
  416. for an optimized cone shape are presented in the next section.
  417.  
  418. 6.0  Engineering Considerations for Building a Prototype.
  419.  
  420. Some metals, such as platinum, palladium, titanium, and nickel have
  421. the ability to absorb large amounts of hydrogen and deuterium. 
  422. After absorption, the hydrogen nucleus and electron separate.  The
  423. lone proton (or paired proton/neutron) separate.  An ionized
  424. hydrogen nucleus, having no shell, is free to wander throughout the
  425. metal in the same manner as a free electron.  Titanium is not
  426. recommended because of surface conditions involving titanium oxide. 
  427. Metal oxides are generally poor conductors of electricity, and the
  428. oxide will probably limit the ejection of protons from the cone's
  429. surface.
  430.  
  431. An electrolysis process is involved (shades of Pons and Fleishmann)
  432. to saturate the metal of the cone with hydrogen.  During this
  433. process, a slight negative voltage should be applied to the
  434. conductor to insure that the protons will not leave the cone.  Once
  435. the metal is charged, a high positive voltage will be applied to
  436. the cone.  It is recommended that the cone be mounted so that tip
  437. of the cone penetrates the tub of the water chamber into a second
  438. chamber, or be pointed upward, out of the water.  We also recommend
  439. that the second chamber be evacuated.  This is done to insure that
  440. the discharging of the cone be accomplished by ejection of protons,
  441. and not by the ionization of molecules which happen to reside at
  442. the tip of the cone.  Obtaining nuclear fusion requires more than
  443. intense electric fields.  It also requires that two protons be
  444. force toward each other with sufficient velocity to overcome the
  445. repulsion of the two particles.  In the sun, it is achieved by
  446. temperatures of millions of degrees.  It has also been achieved in
  447. particle accelerators, and by imploding frozen hydrogen pellets.
  448.    
  449. Suppose that one has a cone charged up with deuterium ions. 
  450. Applying a positive voltage pulse to the cone, deuterium ions will
  451. be accelerated toward the tip.  When the particle densities exceed
  452. critical values, deuterium ions will be ejected from the tip,
  453. causing disequilibrium.  Protons inside the cone will be
  454. accelerated toward the tip at enormous velocities.  As they
  455. approach the tip, the magnitude of the acceleration will approach
  456. infinity because the electric field at he tip are caused by the
  457. focusing of the electric fields of charges away from the tip.  The
  458. protons will therefore implode at the tip of the cone. 
  459.  
  460. Consider two deuterium ions, being ejected from the cone at the
  461. same time from opposite directions.  If the cone is pointed up,
  462. then the vertical velocities of each deuterium ion will be the
  463. same, and it would appear, relative to each ion, that the other ion
  464. is headed directly toward it.  It is a fairly straight forward
  465. application of classical physics that if the accelerations are
  466. strong enough, then sufficient velocities can be achieved to cause
  467. nuclear fusion, similar to that which occurs in more traditional
  468. particle accelerators.
  469.  
  470. It is here that we deviate from traditional attempts of cold
  471. fusion.  To increase the acceleration of the charged particles
  472. requires that we increase the magnitude of the applied voltage. 
  473. The applied voltage can be scaled up considerably using
  474. conventional voltage amplification devices or electronic pulsers. 
  475. (This has not been attempted in traditional cold fusion
  476. applications).  It is also important that material be evacuated
  477. from the tip of the cone either by penetrating the side of the
  478. water bath, or by pointing the cone upward out of the water bath. 
  479. In particular, the ionization of the water will provide electrons,
  480. which when attracted toward the cone, neutralizing the positive
  481. charge of the cone, and mitigating the effect we are trying to
  482. produce.  This has not been attempted in traditional cold fusion
  483. applications.  In addition, we are reconfiguring the geometry by
  484. using pointed shapes as opposed to smoothed shapes.  The angle of
  485. the point must be optimized to produced the maximal result.
  486.  
  487. Although the electric fields become very large for a variety of
  488. cone shapes, the delivery of an infinite electric field will be
  489. mitigated by errors in cone geometry and by charge leakage at the
  490. tip.  To compare the effectiveness of the various geometries, we
  491. compute a delivered electric field as the electric field at a point
  492. a slight distance from the tip, namely at a distance 1% of the
  493. length of the cone.  Returning our attention to the two deuterium
  494. ions being ejected from the cone at the same time, the
  495. accelerations on the two ions have two components─one component
  496. accelerates them in the same direction, the other accelerates them
  497. toward each other.  The effective implosive force per charge is the
  498. effective acceleration per charge toward each other is the
  499. delivered electric field times the cosine of the cone angle.  A
  500. plot of effective implosive force for a variety of cone shapes is
  501. presented in the figure.  The optimal half-cone angle is about 15
  502. deg.
  503.  
  504. Compromises for practical device construction will involve rods
  505. made of nickel or palladium which will have one end spherically
  506. rounded and the other end to be ground down to a 15 deg point.  Our
  507. results with wire simulations show that increasing the length of
  508. the rod increases the electric field at the end.
  509.  
  510. At present we have many ideas for improvement of the basic design,
  511. ideas for energy recovery, and so forth.  These ideas can wait
  512. until we prove the basic feasibility.
  513.  
  514.  
  515. Lloyd G. Allred
  516. 26 Oct 92
  517.  
  518.  
  519.  
  520.  
  521.  
  522.  
  523. Lloyd G. Allred
  524. OO-ALC/TISAA
  525. Hill AFB, Utah 84056
  526.  
  527. Electrostatic Field Computations
  528.  
  529.  
  530. Don Baker
  531. Los Alamos National Laboratory
  532.  
  533. 1.   Thank you for your review and comments regarding electrostatic
  534. fields.  You raise some interesting points.  I do not claim to have
  535. all of the answers.  What I am hoping to do is shed some light on
  536. some obscure aspects of physics and suggest some experiments which
  537. might have some unusual outcomes.  With this in mind, I will
  538. attempt to address some of the points you have made, and suggest
  539. some further investigations.
  540.  
  541. 2.   Since the electrostatic fields are normal to the surface won't
  542. the particles be emitted in the high field region before reaching
  543. the point?  I am reasonably confident that particle emissions will
  544. be a significant factor in these processes.  This is just as well,
  545. as we are not trying to make a 20 megaton bomb.  The issue here is
  546. will the density at the tip be sufficient to induce nuclear fusion? 
  547. I think the hypothetical equilibrium solution for a static
  548. conditions sheds some light on this subject.  The solution predicts
  549. infinite density for static conditions.  You and I both know that
  550. infinite density cannot be achieved─other processes, such as
  551. emission, etc., will intervene to mitigate these factors.  The
  552. question I raise is as follows:  during the attempt of the system
  553. to achieve equilibrium, will the induced fusion be sufficient to
  554. achieve a positive energy return?  
  555.  
  556. 3.   ... fusion cross-sections have not been measured below 5
  557. Kev...Since the particles get their energy from an electrostatic
  558. field, they must fall through potentials equal to the kinetic
  559. energies required.  How do you explain the positive results in
  560. previous cold fusion results using low voltages?  What you analysis
  561. does suggest, however, is that we include in our design the ability
  562. to crank up to 20 kilovolts.  I should point out that when
  563. inductances are considered, that net particle accelerations can
  564. exceed the applied voltages.  A similar effect can be observed with
  565. the earth's tides which raise the sea level some six feet.  There
  566. are certain bays and fjords which focus the tidal energy, producing
  567. tides in excess of 20 feet.  This effect is observed
  568. electronically, when a voltage pulse is sent down a wire.  When the
  569. pulse reaches the end of the wire, it is reflected, thus doubling
  570. the voltages.  When one considers a collection of positive ions
  571. converging on the tip, and the associated reflections, the
  572. resulting energies will exceed the amount computed by falling to
  573. the potential of the nominal applied voltage.
  574.  
  575. 4.   ...one must overcome ... the Coulomb barrier ... before ...
  576. tunneling becomes appreciable.  My experience with electronic
  577. response of zener diodes has taught me that tunneling is probably
  578. the controlling factor in most barrier phenomena.  I do not see why
  579. Coulomb barrier potential should be exceptional.  I suspect that
  580. the traditional M.I.T. sledge-hammer approach to fusion may have 
  581. overlooked the more subtle effects of tunneling─including the
  582. initial energy of Helium 4 nucleas and the resulting decay.  This
  583. could be a whole new ball game.
  584.  
  585. 5.   Is it clear that the hydrogen isotopes can be highly
  586. accelerated through the lattice?  Won't they be impeded by
  587. collisions?  In Rutherford's seminal work on particle physics, he
  588. bombarded a thin metal foil with a stream of protons.  Proton
  589. deflections were extremely rare events.  These experiments showed
  590. that matter consists of mostly empty space.  To a positively
  591. charged proton, the interior of the metal appears to be so much
  592. empty space.  Won't the protons be impeded by collisions?  Oh God!
  593. I hope so.  May be we'll get some fusion when they collide!  
  594.  
  595. 6.   I would like to know more about the calculation method.  In
  596. the classical electrostatic case, the problem is represented as a
  597. problem in genetics.  Individuals are created at random; their
  598. genetic material is interpreted as a potential solution to the
  599. electrostatic problem.  Through a process of simulated natural 
  600. selection and simulated reproduction, succeeding generations
  601. ofindividuals are created which better solve the problem until a
  602. solution is reached.  We have developed a tool which we call a
  603. differential fuzzy genetic algorithm which an optimize general
  604. problems of this kind.  In many respects, the details of the
  605. differential fuzzy genetic algorithm are transparent to the user. 
  606. The user need only write a procedure which evaluates how well a
  607. hypothetical problem solutions works.
  608.  
  609. In the electrostatic problem, finite charges are distributed around
  610. the surface of the electrostatic device, and the electronic
  611. potential is calculated at points centered between the charges. 
  612. The process is repeated until the variance of the electronic
  613. potential is minimized, creating electrostatic equilibrium.  Our
  614. software program can solve the charge distribution problem for a
  615. general surface of revolution such as a wire, a cone, or a sphere. 
  616. The program produces uniform distribution for a sphere, and the
  617. solution for the wire agrees with the published solutions.  Once
  618. the placement of charges has been determined, one then calculates
  619. the electric field at the points centered between the charges.  On
  620. obtain a set of points, x1,...,xn, with corresponding electric
  621. fields E1,...,En.  This points can be smoothed to obtain a curve,
  622. y = f(x).  To obtain a more accurate representation of the curve,
  623. one places more points in the simulation.  I am not intending to
  624. patronize─I only want this point to be made perfectly clear.  This
  625. fill-in-the-points process is employed in all computer-based
  626. representations of continuous processes.  As the number of points
  627. approaches infinity, one approaches the continuous curve.  In
  628. application to a 15 degree cone, the curve is y = k / x0.6.  This
  629. curve approaches infinity as one approaches the tip of the cone. 
  630.  
  631. 7.   A real difficulty is that the jump from ideal field 
  632. calculations treating the conducting particles as a continuous
  633. fluid in a perfect conductor to a realistic quantum-mechanical
  634. many-body problem calculation is a long way off.  No kidding.  To
  635. my understanding, the many body problem has not been generally
  636. solved for simple molecules─the solutions which do exist (such as
  637. diatomic hydrogen) can take weeks to run on a Cray using
  638. traditional techniques.  It might interest you to know that the
  639. technique which we used to solve the electrostatic problem may
  640. prove equally applicable to the quantum mechanical problem.  In
  641. particular, both problems involve solving the probability
  642. distributions of particle placement.  Using a similar method, one
  643. can compare various hypothetical distributions, and through a
  644. process of natural selection, find the one which best describes the
  645. problem.  My experience with Schroedinger's equation shows that
  646. excellent solutions can be obtained by fitting the solution with
  647. piece-wise linear solutions to the wave equations.  A similar 
  648. approach could be obtained in application to the multi-body
  649. problem, or to the distribution of charges along a cone.  The
  650. Schroedinger equation is usually solved for application where the
  651. electric potential is known (such as a barrier well); however, one
  652. could extend the method to simultaneously solve for the electric
  653. potential for a hypothetical placement of particles in a multi-body
  654. problem.  While I do extra curricular work in support of students,
  655. various universities, and various research projects, I also have a
  656. large family, and I cannot afford to undertake such a task on my
  657. spare time.  In my career plans, I never anticipated researching in
  658. fundamental particle physics.  For a nominal fee, we could be
  659. persuaded.  Send money.  Our organization is industrially funded,
  660. which means that we have to find a customer to pay for our time. 
  661. My going rate is about $200,000 per year.  This includes support
  662. staff and equipment.  These algorithms we are investigating are
  663. directly amenable to parallel processing; routinely solving these
  664. kind of problems warrants the purchase of a massively parallel
  665. machine. 
  666.  
  667. 8.   One question, not using your accelerator ideas.  How high a
  668. density can one pack the fusion particles in the pointed region in
  669. the static case?  Good question.  As I understand the process of
  670. hydrogen adsorption, hydrogen can be regularly distributed
  671. throughout the metal lattice.  I have read descriptions of enormous
  672. adsorption capabilities of platinum, but do not have the sources at
  673. my disposal.  I would be interested to see the actual figures. 
  674.  
  675.  
  676.  
  677. DR LLOYD G ALLRED, Technical Lead
  678. Neural Engineering Research and Development Support (NERDS) Team
  679. Aircraft Software Development Branch
  680. Software Engineering Division 
  681.