О природе тепловых аномалий при электролизе воды

О природе тепловых аномалий при электролизе воды.

(Обратимый водородо-нейтронный цикл)

(ОТП РАН)

Тепловые аномалии при электролизе воды были зарегистрированы Флейшманом и Понсом. Поскольку электролизу подвергалась тяжелая вода, а также потому, что кроме тепловых аномалий в электролитической ячейке обнаруживались явные свидетельства ядерных превращений, причиной феномена был назван холодный ядерный синтез.

Однако, тепловые аномалии (и сопутствующая им радиация), как выяснилось позже, наблюдались и при электролизе легкой воды. Электролиз проводился либо с использованием специальных электродов – из никеля или палладия с сильно развитой поверхностью, либо при нетрадиционных режимах (переменный ток, высокие напряжения, разряд в воде). И спрашивается, как быть в этом случае? Считать ли причиной тепловых аномалий по-прежнему некие ядерные процессы или же понимать под причиной нечто иное, вызывающее как избыточное тепло, так и ядерные превращения? Откуда и из-за чего всё же в систему поступает дополнительная энергия?

На роль такой иной причины выдвигается представление о деформациях электронных орбит.

Для того, чтобы рассуждение об электронных орбитах выглядело бы корректным, используется идеология информационной теории электричества (ИТЭ, [1]), которая позволяет совместить классические и квантовые представления. Информационный подход восходит к идеям де Бройля о том, что электрон есть корпускула (а не волна), поведение которой корректируется ею же порожденной «стационарной волной», выполняющей функцию управления. По де Бройлю нет «корпускулярно-волнового дуализма», но есть две самостоятельные сущности – корпускула и волна, находящиеся в тесной взаимосвязи друг с другом [2]. Такой взгляд на вещи позволяет рассуждать об электронных орбитах, не теряя при этом волновых проявлений в поведении электронов.

Деформация электронных орбит в атоме водорода рассматривалась Зоммерфельдом [3]. Если электрон, движущийся по круговой (1-ой Боровской) орбите, отдает в силу какого-либо возмущения часть своей кинетической энергии, то его орбита деформируется. В первом приближении она превращается в эллипс с протоном в фокусе. В следующем приближении, учитывающем изменение массы электрона со скоростью, будем иметь эллипс с непрерывно смещающимся перигелием или т/н «розетку Зоммерфельда». Уравнения для нахождения орбиты имеют вид:

где . Это – красивая и точно решаемая задача о движении в центральном поле. Форма орбиты даётся выражением:

где - «параметр», - эксцентриситет, и - «розеточность» - выражаются через энергию и момент импульса электрона:

,

Поскольку < 1, то орбита смещается по ходу движения электрона. При малых деформациях смещение составляет на оборот, что в пересчете на длину волны соответствующего излучения даёт: = 1,7 мм. Такое излучение может в принципе сопутствовать электролизу и кавитации, и есть смысл попытаться его зарегистрировать.

Важно, что энергия такого деформированного атома меньше исходной, так что процесс деформации электронной орбиты – экзотермический. Орбитальный электрон прежде чем выйти на розеточную орбиту должен отдать во вне часть своей кинетической энергии в 13,6 эв. Это - уже не мало и может объяснить наблюдаемые тепловые аномалии.

Рассуждение можно продолжить и далее и рассмотреть следующую (вторую) деформацию электронной орбиты, превращающую её вновь в круговую, но чрезвычайно маленькую, сжатую, расположенную над самой поверхностью протона. Это будет так называемый «маленький водород».

Скорость электрона в такой ситуации достигает субсветовых значений. Его масса соответственно заметно возрастает, и вся система, следовательно, становится тяжелее. Нетрудно оценить насколько тяжелее. Приравнивая центробежную силу кулоновской, получим уравнение:

При известном радиусе – это уравнение для скорости. Если за радиус орбиты в «маленьком водороде» взять комптоновский радиус протона: см, то получим:

Отсюда найдём: Таким образом, масса электрона возрастает более чем в два с половиной раза и становится равной: Мэв.

Но разница масс нейтрона и протона равна по справочным данным: Мэв. «Маленький водород», т. о. явно претендует на роль нейтрона. Совпадение по массе оказывается почти 100%-ым!

Мысль о том, что нейтрон является составной частицей – системой из протона и электрона была первой и естественной, поскольку при b-распаде из ядра вылетали именно электроны. Она интенсивно обсуждалась на заре становления ядерной физики (см., например [4]). Основная трудность для модели составного нейтрона заключалась в балансе спинов и магнитных моментов. Действительно, у протона, электрона и нейтрона – одинаковые спины: по . Магнитные же моменты протона и нейтрона – порядка ядерных, т. е. на три порядка меньше магнитного момента свободного электрона. Мотт, а также Бор отмечали, что в ядре электроны отнюдь не свободны и в столь экстремальных условиях они вовсе не обязаны вести себя как всегда. Ядерные электроны могут «претерпеть изменение индивидуальности», например, перестать вращаться, что и объяснило бы непонятное исчезновение магнитного момента в целый магнетон Бора.

Со временем, тем не менее, идея о «маленьком водороде» была оставлена, и утвердилось представление о нейтроне как о не составной, а истинно элементарной частице. То, что масса маленького водорода, как показано выше, практически совпадает с массой нейтрона, послужило бы сильным аргументом в пользу возрождения этой идеи.

«Маленький водород» может возникать в результате ряда последовательных деформаций электронных орбит. Должны, таким образом, существовать переходные формы между обычным водородом и предельно свернутым, т. е. – нейтроном. Эти переходные формы сами по себе весьма интересны, поскольку могут обладать особыми промежуточными свойствами.

Они нейтральны и, подобно нейтронам, должны, видимо, обладать большой проникающей способностью и, в частности, способностью близко подходить к ядрам атомов и инициировать ядерные процессы. Вместе с тем, они как целое могут обладать большим магнитным моментом (~ электронного) и т. о. иметь заметные магнитные свойства (например, задерживаться ферромагнитными экранами).

При их образовании выделяется энергия: это – экзотермический процесс. В предельном случае превращения обычного атома водорода – в маленький водород избыток энергии составляет:

Мэв

Это – огромная энергия и её хватит и с лихвой, чтобы обеспечить все мыслимые тепловые превышения[1].

Но дело этим не кончается. Напротив, дальше начинается самое интересное.

Дальше должно происходить восстановление деформированных атомов водорода до исходной формы. Это необходимо, чтобы завершить цикл.

Предельно свёрнутый атом водорода – тон же нейтрон – испытывает b-распад. Это – спонтанный (самопроизвольный) процесс, идущий против принципа Ле Шателье, т. е. в сторону увеличения (а не уменьшения) полной энергии. Он происходит в силу некоторых, нам неизвестных процессов и выглядит загадочно.

Для его объяснения (точнее, описания того, как он происходит) можно выдвинуть одну общую идею, именуемую «принципом мерцающего заряда». Обосновать её можно только в рамках информационной теории электричества. Согласно ИТЭ взаимодействие заряженных частиц – сложный многостадийный процесс. Он начинается с обмена информацией, включает её оценку и согласование с внутренними целеполагающими установками и уже после всего этого – завершается действием. Между причиной и следствием (вызовом и откликом) здесь всегда имеется задержка во времени и на протяжении этой задержки возможны всяческие (планируемые и нет) сбои.

Действие при таком взгляде на вещи производится самостоятельно, поле является информационным, а сам «заряд» трактуется, как мера способности создавать или воспринимать поле. То, что заряд может при этом «мерцать», т. е. включаться и выключаться иногда или как-то, вполне оправдано. Следствия подобных мерцаний могут быть катастрофическими и приводить к распаду.

При выключении заряда протона (или же, что эквивалентно по результату, - при временной потере электроном способности воспринимать поле протона) электрон срывается с орбиты и уносится прочь с огромной кинетической энергией. Эта энергия составляет: Мэв, т. е. как раз равна предельной энергии b-распада. Если время выключения мало и электрон не успевает полностью освободиться, то его энергия будет заключена где-то между нулём и 0.78 Мэв. Энергетический спектр будет непрерывно распределённым, как это и фиксируется в опыте.

Почему и как происходит «мерцание» - вопрос особый и его пока касаться не будем. Пока важно, что b-распад идёт спонтанно и приводит нашу систему в исходное состояние. Тем самым завершается цикл.

Это водородо-нейтронный цикл, с помощью которогоможно, в принципе, создать возобновляемый и мощный источник энергии. Цикл состоит из двух стадий: а) сворачивание атома водорода в нейтрон и б) b-распад нейтрона. На первой стадии выделяется 0.309 Мэв, а на второй 0.781 Мэв. Полная (максимальная) энергия, выделяющаяся при этом составляет: 0.309+0781= 1.09 Мэв. И это – за один цикл на каждом атоме водорода!

Один грамм водорода способен выделить при таком цикле ~ 1010 Дж![2]. Мало того, эта энергия – возобновляемая! И на входе и на выходе мы имеем всё ту же воду. Вещество не расходуется и не меняется, хотя и выделяет огромную энергию. Фактическим источником этой энергии является не вода, а тонкая субквантовая среда (или: эфмр, физический вакуум и прю – название не важно), заполняющая внутриатомные пространства и непрерывно и всегда используемая обитателями микромира для их жизнедеятельности.

Перспективы, таким образом, открываются преобширнейшие! И приоткрываются они с помощью информационной теории электричества. Любая новая теория электричества неизбежно ведёт к переосмысливанию также и внутриядерных феноменов. Этому как нельзя более созвучны слова классика: «Нет квантов, и нет ядерных сил. Есть непознанное электричество».

[1] При сворачивании водорода в нейтрон кинетическая энергия электрона сильно возрастает, но полная энергия: (включающая в себя ещё и также возрастающую, но входящую со знаком минус потенциальную энергию), тем не менее убывает.

[2] Для справки: городу Сочи требуется ~ 1016 Дж/год. Такая энергия может, в принципе, выделиться за один цикл из одного кубометра воды.