In search for the cold fusion reaction in titanium metal, ion implantation was used as a means to reach the required high deuterium concentration in the metal lattice. The beam current, acceleration energy, and cooling of Ti-metal were changed for the production of the transient states in target.
In the present investigation, 5keV to 15keV deuterium ions with 15mm beam size were injected into 1mm thickness titanium at liquid nitrogen temperature or room temperature. During the implantation, the temperature of the target was measured by J-type thermocouple. And the fast neutron from D(d, $He^3$)n reaction were monitored by using the NE-213 proton recoil liquid scintillation detector calibrated by use of PSD method.
The temperature increase or burst was not observed with the various implantation parameter. The detected neutron count rates were dominated by reactions of the incident energetic deuterons with the already implanted deuterons. The D-D reaction cross section, at liquid nitrogen, was lower than that obtained by extrapolation of Gamow function to low energy. This indicates that under extreme conditions of non-equilibrium the cold fusion reaction was not occurred.
The deuterium distributions were obtained by SIMS analysis. The investigated amounts of deuterium in the titanium target was proportional to the implanted deuterium fluence. The significant amounts of deuterium present in the depth of 0.3μm. The maximum path length from SIMS analysis is consistent with the calculated maximum path length. The equivalent length is about 0.2μm.
The deuteride in titanium specimen implanted by high fluence of deuterium was observed by optical microscope. The deuteride is the shape of acicular type.
중수소가 주입된 티타늄 금속에서 상온 핵융합 반응을 확인하기 위해 이온 주입법을 사용하였다. 액체 질소 온도(77 K)나 상온에서, 1 mm 두께의 티타늄 금속에, 빔의 직경이 15 mm이고 가속 에너지가 5에서 15 keV인 중수소이온 빔을 주입하였다.
이온 주입시 상온 핵융합 반응을 확인하기 위해 시편의 온도를 측정하였으며, NE-213 proton recoil liquid scintillation 계측기를 이용하여 $D(d,He^3)n$ 반응에서 생성된 속 중성자를 관찰한 결과는 다음과 같다.
(1) 다양한 실험 조건에서도 온도 상승은 관찰되지 않았다. 온도상승을 관찰하기 위해서는 더욱 높은 D-D반응율이 필요했다.
(2) 측정된 중성자의 계수율은 이미 주입된 중수소와, 에너지를 가지고 주입되는 중수소의 반응에 의한 것이었다. 액체 질소 냉각시에, 반응 단면적은 Gamow 함수의 저에너지까지 외삽한 값보다 낮았음으로 비평형 상태에서도 상온 핵융합 반응은 일어나지 않은 것으로 보인다.
(3) 중수소의 분포를 SIMS 분석한 결과, 티타늄에서 중수소량은 빔 조사량에 비례했다. 대부분의 중수소가 0.3μm 내에 존재함으로, 중수소화물이 표면 근처에 형성되었다. 또한 주입 거리를 벗어난 중수소의 확산도 일어났다. 최대 주입 거리는 0.2μm 정도로 SIMS 분석에 의한 값과 계산에 의한 값이 비교적 잘 일치하였다. 계산된 티타늄 동위원소 질량은 주기율표의 값과 일치하였다.
(4) 광학 현미경으로 중수소가 주입된 티타늄을 관찰한 결과, 중수소화물 형태는 침상이었으며, 시간이 지남에 따라 티타늄에서 중수소의 확산도 관찰하였다.
