Эксперименты по регистрации аномально высокого относительного

выхода тепла при высоковольтном электролизе тяжелой воды.

(методический аспект)

, , .

Институт прикладной механики (ИПРИМ) РАН,

РНЦ «Курчатовский институт».

*****@***ru, *****@***ru.

Аннотация.

Представлены предварительные результаты экспериментов, полученные при отладке методики проведения эксперимента (прежде всего отладки работы всего экспериментального комплекса). По ходу этой работы при высоковольтном электролизе тяжёлой воды (D2O) с применением Pd катода устойчиво и воспроизводимо регистрировался аномально высокий относительный выход тепла. Осуществлялся непрерывный мониторинг возможных ядерных эманаций (нейтронов и - квантов) в широком энергетическом диапазоне. В этих экспериментах электролизу подвергалась дистиллированная вода (H2O и D2O). Данная серия экспериментов отличалась применением охлаждаемого катода, что позволило поддерживать высокий выход тепла непрерывно в течение длительного времени. Анализ характера изменения температуры охлаждающей катод воды, показал устойчивое относительное превышение выхода тепла при электролизе D2O с Pd - катодом. Показательно, что относительное превышение тепла обнаружило два устойчивых значения. Так коэффициент относительного превышения тепла полученный при электролизе D2O, проведённого сразу после насыщения водородом поверхности Pd - катода оказался равным трём ( К=3), а после десятидневной выдержки (в тех же условиях на том же катоде) значение этого коэффициента возросло почти до восьми (К=7,8).

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Эксперименты проводились в соответствии с методикой, следовавшей из гипотезы возможности осуществления спин-зависимых ядерных реакций лёгких ядер при низких (ниже кулоновского барьера ядра) энергиях взаимодействия [1].

Методика.

Настоящая статья является публикацией результатов продолжения (развития) работ по исследованию высоковольтного электролиза воды. Публикуемые результаты получены в условиях сохранения (в целом) методических приёмов и характерных узлов установок аналогичного назначения, которые были применены нами в прежних работах [1,2]. Есть, однако же, и различия. На рисунке (Рис. 1) представлена схема экспериментальной установки, на которой, собственно, и проводилась данная серия экспериментов.

Установка состоит из кварцевого реактора 1 с присоединённой к нему системой патрубков 10 (образующих основную гидросистему). Гидросистема снабжена вентилем 8, а также впускным 12 и выпускным 7 патрубком, а также вентилем 8. Уровень заполнения гидросистемы рабочей жидкостью (дистиллят H2O или D2O) показан цифрой 11. Внутрь реактора введены электроды: анод 9 (А) и катод 2 (К). При этом катод является физической границей двух гидросистем – рабочей и охлаждающей (хладагент – толькоН2О). Для контроля температуры в установку вмонтированы термопары: одна 13 на боковой стенке реактора со стороны катода, а две другие на входе 6 и выходе 4 блока охлаждения катода 3. Причём, две последние термопары имеют общую точку с тем, чтобы регистрировать сразу (с помощью самописца) разность температуры хладагента () на входе и выходе из блока охлаждения. Вместе с тем исходная температура хладагента мониторировалась с помощью лабораторного ртутного термометра. Показания термопары, установленной на стенке реактора также регистрировались самописцем.

На электроды реактора подавалось питание с регулируемого высоковольтного источника (HV), обеспечивающего напряжение до 5КВ при токе до 100 МА. В схему введено ограничительное сопротивление (R). Его номинал подбирался таким образом, чтобы при изменении проводимости среды электрическая мощность, подаваемая на электроды, оставалась близкой к заданной. Напряжение питания дополнительно контролировалось вольтметром (V), а ток амперметром (А). Измерение потребляемой установкой электрической мощности осуществлялось блоком измерителя мощности (ИМ). Регистрация

Рис. 1 Схема экспериментальной установки для исследования высоковольтного

электролиза воды с охлаждаемым катодом.

электрической мощности, тока, напряжения, а также температуры осуществлялось с помощью самописцев (КСП-4). Все самописцы работали при одинаковой и постоянной скорости протяжки ленты для всех экспериментов данной серии. Включение и выключение всех приборов было синхронизировано и имело два режима – ручной и автоматический. Управляющим параметром при автоматическом режиме служила температура рабочей жидкости реактора. Включение производилось при температуре окружающей среды, а выключение при достижении температуры рабочей жидкости реактора ~800 C.

Сразу после включения, на источнике высокого напряжения (HV) устанавливался соответствующий номинал подачи мощности (~ 80вт). Продолжительность каждого измерительного цикла определялась моментом достижения температуры системы примерно . Это делалось, в том числе, для того, чтобы избежать перегрева воды.[1] После охлаждения установки до комнатной температуры цикл измерений мог повториться снова. В результате, после каждого эксперимента, мы располагали рядом соответствующих друг другу задаваемых параметров и получаемых данных: кривых рoста (для рабочей жидкости) и изменения (для разности температур хладагента) температуры системы, а также кривые изменения мощности, напряжения и силы электрического тока. Причём, длительность непрерывности процесса (при охлаждаемом катоде) регулировалась только пользой и целесообразностью завершения электролиза в какой – то момент времени. Охлаждение катода с помощью дополнительного контура давало возможность приводить температуру рабочей жидкости к значениям, не превышающим критические и удерживать её на этом уровне сколь угодно долго. В результате в качестве экспериментальных данных по результатам проведенных опытов по высоковольтному электролизу воды мы получали:

1) кривые (а, фактически, прямые) параллельные оси абсцисс (при условии постоянства величины вкладываемой в электролиз электрической мощности) для величины приращения температуры охлаждающей катод воды при электролизе Н2О (по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат – приращение температуры охлаждающей воды);

2) кривые (условно прямые), имеющие тенденцию к понижению ординаты со временем (при прочих равных условиях), описывающие поведение приращение температуры охлаждающей воды при электролизе тяжёлой воды (D2O);

Характерный вид кривых (по пунктам 1) и 2)) представлен на рисунке (Рис.4)

3) контрольные кривые состояния электрических параметров, зависящих от времени, вкладываемой в электролиз электрической мощности.

Регистрируемые значения электрических параметров дополнительно контролировались с помощью вольтметра и амперметра.

По результатам всех проведенных измерений рассчитывался коэффициент относительного выхода тепла:

,

Где: К1,2- коэффициент относительного выхода тепла

- приращение температуры охлаждающей воды (Н2О) для соответствующих рабочих

сред (H2O или D2O),

Wк, вода - вкладываемая Эл. мощность для соответствующих рабочих сред (H2O или D2O),

- теплоёмкость соответствующей воды.

Возможное сопровождение эксперимента ионизирующими излучениями, гамма-квантами и нейтронами контролировалось с помощью спектрометра на базе стандартного блока «Лимон» с кристаллом NaI(Tl) 63х63 см с энергетическим разрешением для -квантов в области энергии 661,6 КэВ (137Cs) 12%. Энергетический диапазон регистрации гамма-излучения составлял 0,2-6,5 МэВ.

Детектор был установлен в непосредственной близости от кварцевого реактора и блока охлаждения его катода. Схема взаимного расположения экспериментальной установки и детектора представлена на рисунке (Рис 2).

Рис.2 Схема (в плане) взаимного расположения экспериментальной установки

и сцинтилляционного детектора.

Перед началом работы реактора в течение 20 минут регистрировался фоновый спектр. Затем в ходе всего эксперимента, в режиме реального времени проводилось непрерывное измерение возможных излучений. По завершении эксперимента, регистрировался суммарный спектр за все время работы установки.

Наличие нейтронного излучения в ходе эксперимента предполагалось регистрировать по возникающему захватному гамма-излучению на окружающих установку конструкционных материалах (железе, меди, алюминии и др.) а также водороде (2,2 МэВ). Предположив, что зарегистрированный аномальный тепловой выход (десятки Ватт), происходит за счет ядерных взаимодействий, такое излучение должно было привести к заметному повышению скорости счета детектора в суммарном спектре по сравнению со спектром фона.

Рис.3 Совмещённый гамма-спектр, полученный в процессе электролиза Н2О и D2O.

Для повышения чувствительности к нейтронному излучению в последующих экспериментах планируется использовать нейтронный He3-счётчик с замедлителем.

При осуществлении электролиза D2O нас особенно интересовала регистрация гамма-квантов с энергией 5,35 MэВ (= 5,35 MэВ) в связи с вероятным осуществлением ядерной реакции: . Расчетная полная эффективность регистрации гамма-квантов этой энергии нашим спектрометром в данной геометрии составляла 0,12%. Забегая вперёд, скажем, что в пределах возможностей нашей аппаратуры в продолжение всего эксперимента не было зарегистрировано никакого превышения над фоном. Отсутствуют также какие-либо различия в гамма-спектрах, полученных при электролизе каждой из рабочих сред (Н2О и D2O). Именно это проиллюстрировано на рисунке (Рис.3).

Результаты и обсуждение результатов.

Результаты измерений представлены на графиках (Рис.4), а некоторые значения, взятые из графиков, вместе с расчетами помещены в таблицу.

Таблица

№ п/п

дата

Тип элек-

тролита

Мощн. W,

Вт

, h, х х2,5мм

Коэф. вых.

К1

Коэф. вых

К2

Время задержки

1

20.07.04

Н2О

72

4

1

1

0

2

21.07.04

D2О

80

12,5

3,35

19час

3

-,,-

-,,-

80

12

3,21

21час

4

-,,-

-,,-

82

11

2,87

23час

5

-,,-

-,,-

79

10,7

2,86

24,6час

6

22.07.04

D2Остар.

50

16

6,85

30дн+ 0 час

7

-,,-

-,,-

40

15

8,03

30дн+0,5час

8

-,,-

-,,-

30

13

9.28

30дн+0,77 ч

9

-,,-

-,,-

30

11

7.85

30дн+0,87ч

К1средн= 3,07 К2средн=8

Рис.4 Экспериментальные кривые изменения приращения температуры

охлаждающей воды на одном и том же Pd-катоде: 1- H2O, 2- D2O, 3- D2O после задержки.

Полезно напомнить, что идеология экспериментов, для осуществления которых разработана и отлаживается данная установка, следует из целого ряда ранее обоснованных предположений [1,2]. Основу этих предположений составляет представление о возможности (при определённых условиях) осуществления нижеследующей последовательности ядерных реакций:

(1)[2]

(2)

(3)

(4)

Инициация этой последовательности предваряется условием насыщения твердотельного катода (желательно, геттера, чему хорошо соответствует палладий) водородом. Осуществление последовательности ядерных реакций (1-4) в реальности должно привести к двум, разнесённым по времени значениям коэффициента относительного выхода тепла. Каждое из этих значений должно характеризовать определённый этап осуществления означенной последовательности. Так, первое значение будет характеристикой осуществления реакций 1 и 2. Эти реакции последовательно осуществляются в процессе электролиза D2O сразу после насыщения катода водородом. После завершения этого этапа и некоторой выдержки (порядка 30 дней, в нашем случае) проводится повторный (в тех же условиях и на использованном в первом этапе катоде) электролиз D2O. В этом случае мы ожидали результата от инициации ядерных реакций 3 и 4. Логика задержки в проведении повторного электролиза достаточно прозрачна – тритий, образовавшийся в предыдущей фазе эксперимента должен иметь время для распада в He3, взаимодействие с которым, псевдодинейтрона (реакция 4), сопровождается высоким энергетическим выходом. Кроме того, в связи с тем, что предполагаемые ядерные реакции должны протекать с накопленными (прямо скажем, не очень большими количествами вещества – водорода и особенно гелия), то, вообще говоря, со временем вполне мог наблюдаться эффект понижения выхода этих реакций за счёт понижения их концентрации в мишени в связи с выработкой. Обратим внимание на вид экспериментальных кривых (Рис.4). Инфляционный характер поведения представленных кривых, иллюстрирующих выход тепла, полностью соответствует только что высказанному предположению. Это обнадёживает. Смущает другое. Практически полное (в пределах чувствительности используемых приборов) отсутствие каких бы то ни было ионизирующих излучений и нейтронов. Как во время проведения электролиза, так и после него; как при первичном включении аппаратуры, так и после выдержки и повторном проведении электролиза. Если это обстоятельство связано с недостатком чувствительности приборов, регистрирующих вышеозначенные излучения, то это легко устранимый недостаток. Если же нет, то «грех», по-видимому, лежит на модели явлений, не совсем справляющейся с объяснением реальности. В пользу последнего соображения говорит тот факт, что реальность соответствует нашей модели как бы наполовину: честно объясняет зарегистрированный аномальный тепловой выход (даже его динамику), требуя при этом наличие ионизирующих излучений и нейтронов, которых в реальности нет. При этом ссылки на недостатки аппаратуры не совсем корректны, так как при зарегистрированном тепловом выходе (десятки ватт) поток ионизирующих излучений должен быть легко заметен, даже на имеющейся у нас аппаратуре. С этой точки зрения, коррекции должна быть подвергнута модель явлений, что не исключает улучшения кондиций аппаратуры.

Вопрос трансформации или, точнее сказать, подгонки модели к результатам экспериментов, да ещё и предварительных, дело, мягко говоря, неблагодарное. Однако совсем отказаться от какого либо высказывания по этому поводу также не совсем прилично. Поэтому, авторам, если угодно, приходиться обсуждать (в сугубо предварительном порядке) очень сырую (другой просто нет) идею гипотезы, которая могла бы объяснить результаты эксперимента. Исходным логическим основанием нам послужит ранее сделанное предположение в том, что псевдодинейтрон представляет собой короткоживущую частицу, время жизни которой в свободном состоянии непосредственно связано со временем спиновой релаксации системы ( ), исходно образованной электростатическим прилипанием [2]. Тогда тритий, образовавшийся по реакции (2) не может считаться обычным изотопом водорода, а должен представлять собой некоторую её возбуждённую форму, которая должна распадаться с иным, чем обычный тритий периодом полураспада. Предположительно этот период должен быть меньше, чем в классическом случае. Последнее предположение поддерживается экспериментом, который показывает значительное увеличение выхода тепла при повторном электролизе после месячной выдержки. При этом энергия гамма кванта, снимающего возбуждение (5,362 МэВ) остаётся внутри полученного ядра. Поэтому вид реакции (2) и (3) следует изменить, сделав в них соответствующие поправки.

(5)

(6)

Энергию -распада разделят между собой его продукты (реакция 6).

Что касается задержанного электролиза, в части отсутствия нейтронов, то объяснение этого факта следует искать в той же плоскости, что и в предыдущем случае. Образующееся в результате реакции нейтроноизбыточное компаунд-ядро сбрасывает нейтрон, по-видимому тот самый «ненастоящий», вероятно с низкой энергией связи, который в свою очередь немедленно распадается. Если это действительно так, то отсутствие регистрируемых ядерных эманаций вполне объяснимо: ни одна из частиц в правой части реакции(7) не в состоянии выйти за пределы реактора, разумеется, кроме нейтрино, которое нечем регистрировать. Иначе говоря: «Продукты реакции (7), кроме нейтрино, трансформируют собственную кинетическую энергию в тепловую, полностью поглощаясь водой и конструктивными элементами установки, прежде всего катодом».

(7)

Выводы и предложения.

Проведены первые эксперименты на новой установке по инициации спин зависимых ядерных реакций лёгких ядер методом высоковольтного электролиза дистиллированной воды с палладиевым (Pd), охлаждаемым катодом. Даже отладочные, далеко небезупречные эксперименты позволили не только уточнить методику их проведения, но и дали фактическое основание для постановки вопроса о коррекции исходной физической модели наблюдаемых явлений.

Регистрация очевидной аномалии теплового выхода требует тщательной регистрации с возможностью статистического подтверждения наблюдаемого эффекта. Для этого целесообразно провести весь цикл экспериментов с использованием нескольких, например, десяти свежих катодов.

Эксперименты должны обязательно сопровождаться высокоэффективными измерениями ядерных излучений (включая гамма-кванты и нейтроны). Нейтроны желательно регистрировать высокоселективными Не3-счётчиками. В качестве гамма-регистратора вполне подойдёт использовавшийся в описываемых экспериментах сцинтилляционный спектрометр на базе кристалла NaI(Tl).

Предположение о безизлучательном образовании возбуждённого состояния трития в реакции (6) и дальнейший его распад может быть легко проверен экспериментально. В связи с этим полезно провести мониторинг энергопроявлений Pd-катода в период его выдержки между начальным и задержанным электролизом тяжёлой воды. Очень полезную информацию может дать, например, простой контроль температуры катода в означенный период. Если же подготовить специальный эксперимент с «тонким» катодом, то, вообще говоря, можно было бы регистрировать непосредственно - спектр распадающегося трития. Не забудем, что мы предполагаем повышенную энергию распада. Быть может, - частице достанется некоторая толика избытка энергии, что несколько упростит регистрацию.

Проверка гипотезы, воплощённой в записи реакции (7) может быть осуществлена напрямую. Если изготовить тонкую, не толще 3 мкм палладиевую (Pd) фольгу – катод, то в процессе повторного электролиза можно с помощью магнитного спектрометра, собирая излучение за катодом получить о нём полную информацию, включая распределение по зарядам и его массовый состав.

Experiments on registration it is abnormal high relative

Outputs of heat at high-voltage electrolyze heavy water.

V. J.Velikodnyj, A. V.Yeremeyev, A. J.Kazennov, L. K.Nikitenko.

Institute of applied mechanics (IPRIM), Russian Academy of Science,

RNC «Kurchatovsky institute ».

The preliminary results received on the adjustment of the experimental technique for the high-voltage of D2O-H2O electrolysis with Pd cathode are presented. In these experiments an abnormal high relative heat output was steadily and repeatedly registered. Continuous monitoring of possible nuclear emanations (neutrons and gamma-quantum) in a wide energy range was carried out. Feature of this series of experiments is application of the cooled cathode that has allowed supporting a high heat output continuously for a long time. The temperature changes analysis of the water cooling the cathode has shown steady relative excess of a heat output at the D2O electrolysis with Pd cathode. It is indicative, that relative excess of heat has two steady values. So the factor of relative heat excess received at D2O electrolysis right after saturation by hydrogen of Pd-cathode surface has appeared equal to three (К=3), and after ten-day endurance (in the same conditions on the same cathode) value of this factor has increased almost up to eight (К=7,8).

Experiments were spent according to a technique followed from a hypothesis of an opportunity of realization of spin-dependent nuclear reactions of light nuclei at low (below Coulomb barrier) interaction energies.

[1] После начала кипения на катоде, даже если не происходило разрушение реактора, образовывался плазмоидоподобный светящийся шар (было замечено, что это явление достаточно быстро, разрушает катод).

[2] Обозначение динейтрона включает индексацию буквой m, которая обозначает метастабильный характер этой частицы.