Катализатор холодного ядерного синтеза.
(инженер - технолог)
«Высшим долгом физиков является поиск тех общих
элементарных законов, из которых путем
чистой дедукции можно получить картину мира.
К этим законам ведет не логический путь, а только
основанная на проникновении в суть опыта интуиция…
Душевное состояние, способствующее такому труду,
подобно чувству верующего или влюбленного:
каждодневные усилия совершаются не по какой-то
программе или не с какими-то определенными намерениями,
а по велению сердца»
А. Эйнштейн.
Парадоксы в ядерной энергетике
Когда 23 марта 1989 года на пресс-конференции в университете города Солт-Лейк-Сити штата Юта два электрохимика поведали человечеству об открытии способа холодной трансмутации ядер, научная общественность испытала, мягко говоря, состояние переполоха. Во многих средствах массовой информации сенсационное заявление Мартина Флейшмана (Саутгемптонский университет, Великобритания) и Стенли Понса (университет Солт-Лейк-Сити, США) выделялось с особой изящностью, чтобы дать понять обывателю об экзотической форме получения ядерной энергии. Установка, на которой был поставлен эксперимент, включала в себя электролизер с палладиевым катодом, платиновым анодом и источником тока (аккумулятором). Суть опыта состояла в электролизе тяжелой воды (с добавками тяжелой щёлочи лития -- LiOD). Авторы утверждали, что им удалось получить больше энергии, нежели было подведено к установке, причем этот излишек увеличивался пропорционально плотности тока в палладиевом электроде и его объему. При плотности тока порядка 0,5 А/см2 мощность выделения тепла в объеме электрода достигала 10 Вт/см3. Процесс наблюдали в течение 120 часов, а выделенная энергия составила 4 МДж/см3, то есть эффект был существенный: при максимальной плотности тока дополнительное выделение энергии составило 50%. В одном из экспериментов произошло разрушение электрода. Если бы наблюдаемое выделение тепла определялось слиянием ядер дейтерия (D+), оно бы сопровождалось выходом нейтронов в секунду. Однако таких актов было зарегистрировано всего около 104 в 1см3 материала электрода. В результате протекания реакции также наблюдалось γ-излучение с энергией 2,5 МэВ, а основным продуктом был тритий, которого оказалось в 108 раз больше, чем нейтронов. Как известно:D-Dреакция имеет две ветви: нейтронную, в которой образуется нейтрон и ядро 3Не и безнейтронную - с образованием трития и протона .В обычных условиях они идут с равной вероятностью. Однако внешние условия ( например, поляризация ядер) могут подавлять одну из ветвей.. Кроме того изменялся элементный и изотопный состав электрода. Дальнейшая судьба этого исследования оказалась печальной: опыты воспроизводились плохо, несоответствие потока нейтронов модели ядерного синтеза не позволяли создать теоретическую базу явления и в мировом сообществе физиков возникло мнение, что никакого холодного синтеза, способного обеспечить значительный тепловой эффект не существует, а сами Флейшман и Понс либо допустили методическую ошибку, либо сознательно сфальсифицировали результаты. Однако за прошедшие полтора десятка лет не один ученый пытался доказать, что холодный синтез действительно существует и дать его физическое объяснение.
Так группа профессора (Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия) в своей обширной обзорной работе, посвященной проблеме холодного ядерного синтеза, приводит исторические данные наблюдения этого явления. По их мнению, первое наблюдение образования гелия из водорода электрохимическим путем в нагретой капиллярной трубке палладия произошло в 1926 году. Авторы этой работы
( F. Paneth and K. Рeters) были химиками и не смогли преодолеть атмосферу полного отрицания и непризнания результатов своих исследований ведущими физиками того времени. Они не смогли обосновать их реальность и эти результаты были зачислены в разряд ошибочных и забыты. Полное затишье продолжалось 60 лет. В 1986 и 1989 гг. были опубликованы работы, в которых сообщалось о наблюдении небольшой эмиссии нейтронов, при механическом воздействии на кристаллы, содержащие дейтерий. В работах небольшое излучение нейтронов наблюдалось при ударном разрушении монокристаллов LiD, при пластической деформации под давлением, содержащих дейтерий твердых тел, и при изменении температуры, и при фазовых переходах в конденсированных средах. Авторы обзора, опубликованного в 2004 году, сообщают, что за прошедшее время опубликовано более 3000 статей и предложены около 25 теоретических моделей для интерпретации полученных результатов. В этих исследованиях на дейтерированные материалы (обычно палладий или титан) оказывают энергетически слабые воздействия и наблюдают изменения элементного состава вещества. Сами авторы статьи приходят к выводу, что инициирование низкоэнергетической трансмутации ядер связано с процессом резонансной синхронизации, основанной на когерентных колебаниях возникающих в среде.(см. , , . Препринт, Р ОИЯИ. г. Дубна. e-mail: *****@)
Основной соперник двух упомянутых выше электрохимиков и претендент на соавторство в предполагаемом открытии физик Стивен Джоунс ( университет Янга, г. Прово, США) предлагает объяснение протекания ядерной реакции за счет ее катализа «тяжелым» электроном.. Дело в том, что в таких металлах, как палладий или титан, на каждое ядро металла может приходиться ядро дейтерия. Дейтроны в металле находятся в окружении электронов, которые компенсируют их электрический заряд. Как известно, эффективная масса электронов в кристаллической решетке может отличаться от массы свободных электронов. Если она окажется в несколько раз больше, этого может быть достаточно для объяснения очень редких актов синтеза. Однако большинство физиков не согласны с идеями С. Джоунса об «утяжелении» электронов в решетке типа палладия. Идея подобного процесса, названного «мюонным катализом», была предложена более пятидесяти лет назад. Как и электрон, мюон имеет такой же отрицательный заряд. Поэтому он может замещать электрон на атомной орбите. Но поскольку мюон в 207 раз тяжелее электрона, то располагается он значительно ближе к ядру. Тем самым размеры мюонного атома уменьшаются, что позволяет теснее сближаться их ядрам, преодолевая электростатические силы отталкивания, а затем и вступая в реакцию синтеза. . Еще в начале 80-х годов С. Джоунсу удалось осуществить слияние атомных ядер при комнатной температуре с помощью мюонов -- элементарных частиц одного класса с электронами
Помимо реакции с электролизом в » ( г. Подольск, Россия) группа исследователей под руководством провела эксперименты по облучению палладиевого катода ионами дейтерия в тлеющем разряде. Результат был весьма характерен: химический состав примесей в катоде менялся. Так, содержание циркония (91Zr) возрастало в 1000 раз, титана (48Тi) в 370 раз, натрия (23Na) в 10 раз, молибдена (100Мо) в 2500 раз, серебра (107Аg) в 63 раза. Авторы предположили, что наблюдаемые эффекты могут быть объяснены при помощи протекания реакций деления и синтеза, которые происходят в катоде.
Огромное впечатление производят работы из этого же НИИ. В своих исследованиях по изучению гамма и рентгеновского излучений, возникающих из твердотельной среды катода сильноточного тлеющего разряда, автор делает вывод, что процесс инициирования трансмутации ядер можно связать с возникновением оптических полярных фононов. Причем из большего числа первичных фононов образуется меньшее количество фононов с высокой энергией. Энергетический спектр первичных фононов с энергией несколько сотен эВ смещается в сторону энергии десятков кэВ. При этом кристаллическая решетка Рd «холодная» (300-400) 0К, ионы Рd расположены в узлах решетки и совершают тепловые колебания, соответствующие этой температуре. Ионы дейтерия тоже пространственно фиксированы между ионами Рd. Но ионы Рd находятся в состоянии оптического полярного колебательного возбуждения с энергией до десятков кэВ. Полученные результаты показывают, что в твердом теле возможно создание оптически активной среды с долгоживущими (до 100мс) метастабильными уровнями с энергией 1-5 кэВ и выше, при релаксации которых происходит эмиссия рентгеновского излучения. При этом образование возбужденных уровней связывается с колебательной деформацией электронно-ядерной системы твердого тела, т. е. с вибронным взаимодействием инициирующим ядерные реакции трансмутации в среде твердого тела катодного образца при сильноточном тлеющем разряде.
Другой интересный результат получен группой физиков под руководством из Курчатовского института (см. журнал «Прикладная физика»2000.№4 с.83-100) При исследовании электрического взрыва фольг из особочистых материалов в обычной воде обнаружено появление новых химических элементов: в масс-спектограммах проб осадков, оставшихся после разряда более чем в двухстах экспериментах, как и в оптических спектрах в процессе разряда, были зарегистрированы линии элементов, которых не было в исходном материале взрывающейся фольги и электродов.
Последующие исследования, проводившиеся объединенной группой специалистов из различных научных институтов РАН, подтвердили, что при высоковольтных испытаниях технических устройств, где возникает сильноточный электрический пробой варисторов, происходит искажение изотопного распределения титана и железа. На фотопленках и ядерных фотопластинках регистрируются следы «странного излучения» магнитной природы аналогичные следам, получаемым в лабораторных исследованиях по электровзрыву проводников в жидкости. Проверенным фактом так же можно считать, что в опытах, сопровождающихся возникновением открытой дуги большой энергии и большого объема, число следов, зарегистрированных детекторами, значительно больше. Первоначально это излучение было зарегистрировано в установке для регистрации нейтронов, но его скорость была всего 20-40 м/с. Столь малая скорость не позволила отнести регистрируемый сигнал к нейтронам, поскольку тогда они оказались бы ультрахолодными и не могли бы долететь до детектора и тем более преодолеть светозащитый кожух, сделанный из алюминия. Чтобы понять природу излучения и получить его « автопортрет», авторами была применена методика, основанная на фотоэмульсиях. Первые же эксперименты показали, что форма треков в эмульсиях очень различна: это и прямые непрерывные треки, гантелеобразные («гусеничные») треки, и длинные треки сложной формы, напоминающие спирали и решетки. Было установлено, что механизм излучения имеет не ускорительное, а ядерное происхождение. Серия экспериментов по исследованию влияния внешнего магнитного поля на наблюдаемую картину показала, что при наложении магнитного поля, характер треков сильно изменился, а след стал похож на
« комету». Размеры « комет», зафиксированные с помощью ядерной фотоэмульсии, составили мкм., а энергия частиц, оцененная по площади почернения, достигала Е~1ГэВ, что соответствует энергетической массе нуклона. Исходя из совокупности фактов авторы выдвигают предположение, что в процессе реакций происходит образование магнитно-заряженных частиц (магнитных монополей).
А вот Вячеслав Жвирблис в своей статье (см. журнал «Химия и жизнь»,2003,№7-8) приводит характерный пример протекания ядерного синтеза при воздействии на вещество возбуждающих наносекундных электромагнитных импульсов, мощностью до 1 МВт. При этом наблюдалось превращение цинка в медь. Эту работу под названием «Воздействие наносекундных электромагнитных импульсов на свойства вещества» ее авторы и член-корреспондент РАН , смогли опубликовать на страницах журнала «Доклады РАН» в разделе «Физическая химия» (2002,т.385,№6)
Отнюдь не все эксперименты подтверждают существование явления ядерного синтеза. Так, опыты, проведенные в 1996 году в Объединенном институте ядерных исследований (г. Дубна), не подтвердили существования трансмутации ядер.
Из общей совокупности наработанного разнообразного материала сложилось впечатление, что явление ядерной трансмутации существует, но его объяснение требует неординарного подхода, простые соображения о том, что какие-то силы сближают два попавших в палладий ядра дейтерия и между ними идут только известные ядерные реакции: D+D → 3He+ n; D+D → 3T+р не проходят. Нужно расширить поиски и попытаться найти катализатор, который позволит проводить трансмутацию непосредственно ядер палладия. Больше всего на эту роль подходят мюоны, которые рождены здесь же, но откуда и эти частицы, и необходимая высокая энергия могут взяться?
О вакууме квантовой хромодинамики
Единственно возможным источником для получения дополнительной энергии требуемой величины (~1015 ГэВ), в результате которой рождаются магнитные монополи, является физический вакуум нуклона. Когда речь идет о физическом вакууме в структуре нуклонов, то специалисты в этой области говорят о вакууме квантовой хромодинамики (КХД). Нуклоны (протоны и нейтроны) являются первокирпичиками всего окружающего нас вещества. Считается, что они образовались из полевой формы материи в условиях сингулярности, т. е. колоссального ее сжатия при энергиях ~ 1019ГэВ с последующим расширением (Большой взрыв). В этих условиях возникает пространственно-временная пена ( черные мини - дыры), при перестройке вакуума которой за счет фазового перехода образуются нуклоны. В процессе остывания и конденсации происходит структурирование внутренностей нуклонов. При определенных внешних размерах замкнутой системы формируются кварки соединенные между собой вакуумом глюонного поля. Этот вакуум, образовавшийся при столь высоких энергиях, сохраняет эту энергию с отрицательным знаком и называется физическим вакуумом КХД.
Физический вакуум – сложный и парадоксальный феномен, во многом определяющий свойства и структуру нашей Вселенной. Его строгое научное определение гласит: «В квантовой теории это основное состояние квантовых полей, обладающее минимальной энергией, нулевыми значениями импульса, углового момента, электрического заряда и других квантовых чисел». Исследуя свойства физического вакуума М. Планк пришёл к выводу, что в масштабе планковской длины ~10-33 см и планковского времени ~10-43 с перестаёт быть справедливым понятие непрерывного пространства-времени, все фундаментальные взаимодействия сливаются в одно универсальное взаимодействие. Кроме геометрии, в этих масштабах не сохраняется ни одно из свойств Вселенной, а единственной реальностью остаётся вакуум. Используя планковские масштабы и соотношения неопределённости, американский физик Дж. Уилер выполнил оценки величины флуктуации физического вакуума. Их величина оказалась порядка 1095 г/см3 , или в энергетических единицах10109 Дж/см3. Это позволило Уилеру утверждать, что окружающий нас мир вещества, заполняющего Вселенную во всех его формах, буквально погружен в океан физического вакуума насыщенного энергией. События, происходящие в мире вещества, -- не более чем лёгкая рябь на поверхности этого океана.
Схема цепной реакции
Одним из предполагаемых каналов начала протекания реакции служит предложенная в статье Б. Примочкина (см. журнал «Юный техник» 1989, N8) модель, основанная на свойствах ювенильных поверхностей, то есть мест свежего разлома в кристаллической решетке. Трещины в палладиевом катоде обязательно должны возникать. Ведь при насыщении этого металла водородом или дейтерием, образуются гидриды палладия, причем их кристаллическая решетка сильно отличается от решетки исходного металла. Неизбежно возникают сильные напряжения, структура металла сильно деформируется, и в конце-концов рост гидридных пластинок приводит к образованию микротрещин, а металл может превратиться в «гидридную губку», насыщенную множеством микротрещин ( в см3) с характерными размерами ~1мкм. Еще в 1952 году член-корреспондент АН СССР обнаружил любопытнейшее явление: свежеобразованные поверхности микротрещин в твердых телах образуют естественный заряженный конденсатор с напряженностью электрического поля порядка 108 В/см. Это поле способно вызвать испускание электронов из одной поверхности и их неупругое рассеяние на противоположной поверхности. Таким образом в образовавшейся микротрещине в среде фиксированных изотопов водорода, образующих молекулярный кристалл, в электронных оболочках молекул возбуждаются молекулярные экситоны, имеющие свойства Френкеля экситонов. Кроме того из внутримолекулярных колебательных возбуждений в кристалле возникают оптические фононы, которые по своим свойствам схожи с электронными экситонами. Из электронно-колебательных (вибронных) возбуждений молекул возникают т. н. вибронные возбуждения.
При полносимметричных колебаниях полосы поглощения, отвечающие молекулярным вибронам, сходны с К-полосами свободных экситонов (Давыдовское расщепление): они поляризованы вдоль кристаллографических осей. При этом молекула находится в возбужденном состоянии, а симметрия, отвечающая наличию слабого изоспина восстанавливается, порождая трехкомпонентное калибровочное поле. В то же время получают свободу ответственные за массу частицы Хиггса, что приводит к равенству констант связи и потере массы заряженными и нейтральными частицами, в частности пионами, обмен которыми ответственен за сильное взаимодействие нуклонов
( кварками - на кварковом уровне). Это выглядит, как двухнуклонный распад в ядре дейтерия, обусловленный обменом между нуклонами заряженным p- мезоном. При этом виртуальный пион претерпевает безнейтральный двойной бета-распад, что влечет за собой рождение дираковского нейтрино, которое вступает во взаимодействие с кварками нейтрона и приводит к образованию мощного вакуума глюонного поля - гравитационного инстантона туннелирующего фазовый переход.
Согласно общему представлению цепная реакция развития процесса выглядит следующим образом:
π ˉ→ π + + 2℮‾
π+ → πˉ + 2℮+ + 2 ( ~ νe → ν ℮ν s)
(νs)–дублетный майорон - он же суперсимметричный партнер нейтрино (псевдоскаляр, голдстоуновский бозон).
Появление дублетных майоронов связано со спонтанным нарушением глобальной калибровочной симметрии и направлено на сохранение лептонного заряда в системе.
2νe νs = 2 νm →νD - майорановские и дираковское нейтрино.
В результате спаренного лептокваркового перехода в системе синтезируется пентакварковое образование со сложной топологической структурой, свойственной пространственно - временной «пене», т. е. черной мини - дыре.
При этом становиться очевидным, что майорановская масса правой компоненты нейтрино соизмерима с масштабом масс Великого объединения, а инстантоны являются магнитно заряженными псевдочастицами катализирующими распад нейтрона:
2( νе νs d → Ү-1/3 → νs ữđ)
В данном случае подтверждается, что магнитный заряд введенный К. Лошаком действительно может быть трактован как магнитно-возбужденное состояние нейтрино. Такой монополь является безмассовым ( или почти безмассовым).
Образовавшаяся пентокварковая структура состоит из набора кварков нейтрального пиона и антинейтрона, что отвечает SO(10) схеме объединения всех фундаментальных взаимодействий.
uũ + ũđđ « p0+ň
В результате второго лептокваркового перехода массу теряют кварки и происходит синтез отрицательного мюона и двух фотино:
2 νs ŭ → X-4/3→ ēd + 2Hs νs
Ү-1/3, X-4/3- тяжелые лептокварки
ē + 2(Hs νs →
) → μˉ + γs γs
В данном случае подтверждается гипотеза о том, что мюон отличается от электрона одной дополнительной частицей Хиггса, синтез которой подразумевается.
Hs – хиггсино, - зино, γs – фотино (голдстино)- являются суперсимметричными скалярными партнерами соответствующих частиц.
В результате преобразований связанных с аксиальным током происходит превращение двух фотино в электронное антинейтрино, что обеспечивает сохранение лептонного заряда:
γs γs → νе + 
→
- синглетный майорон (аксион)
Из оставшихся компонентов атома дейтерия синтезируется мезоатом :
νе~ + p →e+ + n
uđ → π+ → μ++νμ
νμ+n → p+ μˉˉ (мезоатом)
Основным продуктом при слиянии мезоатома со вторым атомом дейтерия из молекулярного кристалла является тритий.
В данном случае следует учесть, что в процессе реакции происходит нарушение четности. Так как закон сохранения четности есть следствие свойства зеркальной симметрии пространства, то для его сохранения в системе происходит компенсирующее зеркально-симметричное превращение гелия в тритий:
рμ- + 21 D → 3 2he eˉμˉ → 3 1T + μˉ
Синтезированный отрицательный мюон в среде своего нахождения производит катализ реакций холодной трансмутации ядер.
Вывод
Во всей этой истории есть главный непонятный момент. А именно, как тут быть с законом сохранения энергии. Так же получается, что низкоэнергетическое воздействие способно вызвать к жизни тысячекратно большие энергии!
Вот как отвечает на аналогичный вопрос группа исследователей под руководством . Одним из основных аргументов оппонентов является аргумент о том, что при достаточно скромной энергетике установки W ~50 кДж рождение магнитно-монопольной пары с массой 1015 ГэВ ведет к нарушению закона сохранения энергии. Однако, как было сказано выше, магнитный заряд является безмассовым ( или почти безмассовым), т. е. очень легким. Учитывая, что количество нуклонов в одном ядре в процессе протекания реакции сокращается на один ввиду трансформации последнего в черную мини-дыру с последующим испарением, чей след с энергией Е ~1ГэВ фиксировали с помощью ядерной фотоэмульсии, а магнитные заряды фактически безмассовые, то никакого нарушения закона сохранения энергии не происходит. При этом становится очевидным, что физический вакуум нуклонов обладает скрытой ( темной) энергией ~ГэВ и по совокупности приведенных признаков их следует отнести к максимонам.
Что же делать?
П. Дирак следующим образом подытожил свои исследования проблемы физического вакуума: «Проблема точного описания вакуума, по моему мнению, является основной проблемой, стоящей в настоящее время перед физиками. В самом деле, если вы не можете правильно описать вакуум, то, как можно рассчитывать на правильное описание чего-либо более сложного?»
Свойства наблюдаемого мира формируются в результате тщательного согласования вакуумных подсистем. Исследовать все эти взаимосвязи, указать их следствия для нашего мира, установить роль каждой из подсистем и составляет основную задачу квантовой гравитации, которая объясняет наблюдаемое явление холодной ядерной трансмутации и устанавливает полный набор всех образующихся при таких реакциях частиц. Что и послужит основой для проведения новых экспериментальных и теоретических исследований..
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРЕ
г. Ульяновск, проспект Ленинского Комсомола,
e-mail: «*****@***ru» в теме : для
02.02.2007
