Механізм подолання кулонівського бар'єру в низькоенергетичних ядерних реакцій
Євген Андрєєв 1,2 ([email protected]), Геннадій Савінков 2 ([email protected]), 1 Інститут фізики НАНУ, 2 НІП «Nucleon», Київ, Україна
Мета даної короткої статті - дати більшості дослідників LENR (багато з яких не є фізиками-ядерниками) максимально доступне для розуміння уявлення про механізм подолання кулонівського бар'єру в низькоенергетичних ядерних реакціях, викладене в роботі Є.Андрєєва «Про Кулонівського бар'єрі в LENR-процесах». Приносимо вибачення перед професіоналами за зроблені тут спрощення.
«Тільки дрібні секрети потрібно ховати,
великі зберігає в таємниці невір'я натовпу »
Маршалл Маклюен
В даний час в усьому світі вже почалася гонка за першість в освоєнні LENR-технологій, яке може дати лідеру потужний технологічний відрив від геополітичних конкурентів. Табу на дослідження LENR знято вже в США, Франції, Італії, Китаї, Японії, великий експериментальний і теоретичний потенціал накопичено вУкаіни.
Експериментальні результати дослідників багатьох країн чітко вказують: виявлений новий клас ядерних процесів зі своїми закономірностями. Основна їхня відмінність в тому, що при взаємодії двох нуклідів в специфічних умовах порушуються деякі з усталених уявлень ядерної фізики. Що робити?
Назріла необхідність уточнення і зміни однієї з парадигм у фізиці елементарних частинок. Ця думка дуже добре сформульована ще в 1966 році Д.Гамовим: «Наступна велика революція у фізиці відбудеться в розумінні самої суті елементарних частинок. це має на увазі виникнення концепцій, які будуть так само відрізнятися від сучасних, як сьогоднішні відрізняються від таких класичної фізики ».
Як сам напрямок, так і спроби його легалізації важко сприймаються офіційною наукою і викликають з її боку природне неприйняття і опір.
На суд Новомосковсктеля виноситься дуже проста думка: в «шкільному» законі Кулона таїться структура елементарних частинок, якщо прибрати з нього помилкове уявлення про точечності електричного заряду.
Як завжди, сприйняття заважає психологічний бар'єр, який базується на переконаннях:
1. Природа не настільки проста, як ви думаєте!
2. Не можуть одночасно помилятися стільки великих умів!
3. Вся ядерна енергетика заснована на теоріях, вінцем яких є Стандартна Модель, тому вони апріорі правильні!
Позиції адептів LENR ускладнює те, що при великій кількості приватних моделей втрачається цілісна картина. Безліч підходів (понад 100) не змогли описати явище в цілому, фрагментарно пояснюючи деякі його боку. Численні феномени LENR дослідники намагаються пояснити інструментарієм тієї сфери науки, якої вони займалися.
Виходить той же ефект, коли мурахи намагаються досліджувати слона, повзаючи, хто по вуха, хто по хоботу, хто по спині або нозі. Уявлення про локальному пристрої слона правильні, але цілісної картини не виходить.
Навіть геніальний італійський винахідник А. Россі, що зробив прорив в практиці LENR і володіє найбільшою кількістю інформації, поки не може зі своєю неординарною командою однозначно пояснити суть процесів в його E-Cat реакторі.
Багато серйозних вчених (в їх числі навіть Нобелівські лауреати) переконані, що потрібна інша фізика, інша фізична парадигма. Наша група поділяє цю точку зору і намагається внести свій скромний внесок у загальну справу. Ми знайомі з більшістю робіт українських та зарубіжних дослідників LENR і проблем, в них торкається.
Спробуємо відповісти на частину сформульованих там питань:
1. Як долається Кулонівського бар'єр?
2. Як надлишкова ядерна енергія перетворюється в теплову?
3. Чому мало класичної ядерної радіації?
4. Що таке «дивне випромінювання», його біологічні наслідки?
5. Які механізми «холодної трансмутації» ядер?
6. Яка роль атомної решітки в каталізі процесу злиття ядер?
7. Чому виникає характерне рентгенівське випромінювання?
8. Чому багато різних методик відтворюють феномен, але кількісні характеристики енерговиділення поки залишають бажати кращого?
9. Що відбувається в реакторах типу Россі?
Нехай вдумливий Новомосковсктель не бентежиться відсутністю великого числа строгих формул, ми постараємося акцентувати увагу на образне уявлення суб'ядерних об'єктів, причин і деталей їх перетворень.
Новий підхід до розуміння механізму ядерних перетворень в твердому тілі
У класичній ядерній фізиці прийнято розглядати термоядерну реакцію в надрах зірок на основі протон-протонного циклу. Умовою подолання кулонівського бар'єру є висока кінетична енергія протонів при температурі в десятки мільйонів градусів і величезному тиску в зоні реакції.
Таким чином, у фізиці і світогляді вчених панує єдиний, силовий, варіант подолання бар'єру. На Землі він реалізований під час вибуху термоядерної бомби і в прискорювачах елементарних частинок. З цього підходу народилася і живе до сих пір ідея керованої термоядерної реакції, яка повинна протікати в екстремальних (близьких до зоряним) умовах. Десятки побудованих за 60 років токамаков і інших пристроїв, мільярди доларів витрачених на їх створення, на жаль, так і не наблизили людство до дешевої енергії.
Образно кажучи, прихильники УТС пропонують відкривати замкнені двері вибивання самих дверей. Головне, сильніше розігнатися .... А, може відкрити замкнені двері ключем або, в крайньому випадку, підібрати відмичку? Може не обов'язково двері вибивати, а звернутися за підказкою до природи ?!
Зауважимо, що для більшості представників класичної науки ядерний синтез починається з дейтерієвої плазми, що позначилося на перевагах експериментаторів, які проводять дослідження з дейтерієм, а не зі звичайним воднем.
Заслуга інженера Россі в тому, що він продемонстрував можливість участі протонів в ядерних взаємодіях при «земних умовах», що стимулювало пошуки нових підходів.
Модель некінетіческого подолання кулонівського бар'єру
У роботі «Про Кулонівського бар'єрі в LENR-процесах» запропонували просту і оригінальна ідея подолання кулонівського бар'єру: не треба шукати квантово-механічних умов різкого зростання проникності сферичного бар'єру. Відразливе поле протона спочатку має в собі «дефекти» - специфічні тунелі тяжіння.
Основні положення:
1. Електромагнітне і ядерне взаємодії мають єдину природу.
Для доказу розкладемо загальновідомий вираз закону Кулона для потенціалу за ступенями 1 / R в ряд Тейлора, де перший член буде визначати взаємодія заряджених частинок на атомних відстанях, а член з 1 / R 2 буде визначати взаємодія нуклонів на фермієвського (
10 -15 м) масштабі.
Тобто, історично виникло поняття ядерного взаємодії можна інтерпретувати як нелінійну частину розподілу електростатичного потенціалу, який проявляється на фермієвського масштабах. Інакше кажучи, закон Кулона це тільки перший член в розкладанні потенціалу неточкового елементарного заряду протона по мультиполя. Таким чином, ми об'єднуємо електричне та сильне ядерне взаємодії.
2. Кулонівського бар'єр не є сферично симетричним.
Мал. 1.Трехмерний вид изоповерхностей зарядовим щільності протона при однакових позитивних (периферійна область) і негативних значеніяхr = 0.03 (отн.ед.).
3. Протон в решітці твердого тіла може зупинити своє «перекидання».
Коли протон потрапляє в решітку, він взаємодіє з міжатомними полями з напруженістю близько 10 5 В / м. За рахунок спін-ґратчастої релаксації частина енергії «перекидання» віддається в решітку і залишається звичайна одноосьова прецесія, яка задає усереднене напрям орієнтації спина.
Таким чином, в силовому полі електростатичного межатомного потенціалу поле протона втрачає спостережувану в звичайних умовах сферичність. Анізотропія кулонівського бар'єру вздовж осі спина задає напрямок сил тяжіння. Якщо з боку «тунелю» з'явиться такий же «зупинений» і зорієнтований по спину протон, виникають умови для їх злиття. Це і є протон-протонне взаємодія в низькоенергетичних ядерних реакціях.
Для підтвердження даної гіпотези за допомогою спеціально розробленої програми "Nucleation" і програмного комплексу Maple був проведений розрахунок параметрів потенційного поля протона, поміщеного в середину куба з ребром з 100 осередків 100х100х100 (1 млн. Осередків). Розрахунки показали, що уздовж осі спинив кварків, що становлять протон, дійсно енергія взаємодії стає негативною. Це означає, що сили відштовхування змінюються силами тяжіння, чим і забезпечується злиття нуклонів.
Ріс.2.Завісімость енергії взаємодії двох протонів від відстані між центрами при різних взаємних орієнтаціях. Протони зображені ізоповерхні зарядовим щільності на масштабі близько 1 фермі (10 -15 м). Червоним кольором відображені області позитивного заряду, блакитним - негативного. Для орієнтацій 1-3 енергія взаємодії завжди позитивна (відштовхування). Для орієнтацій 4 в великому діапазоні відстаней енергія взаємодії негативна, що вказує на існування сил тяжіння і можливість формування зв'язаного стану.
Викладені вище припущення детерміновано призводять до наступних висновків.
1. У селективних для водню каналах твердого тіла (типу структур в стеклах датчиків pH-метрів) за рахунок спін-гратковий релаксації спини протонів орієнтуються уздовж осі каналу і створюють «тунель» сил електроядерних тяжіння.
2. Два сусідніх орієнтованих протона в потенціалі тяжіння з ймовірністю 1 утворюють пов'язане стан діпротона (2 Не⊛) з подальшим захопленням електрона оточення і народженню дейтрона в збудженому стані 2D1 * з енергією 1.44 МеВ. Вона менше енергії розвалу дейтрона (2.23 МеВ), і час його життя стає, в ідеалі, нескінченним.
Унікальність такого стану ще й в тому, що енергія збудження зосереджена у внутрішніх модах відносного руху протона і нейтрона (компаунд-стан), а не кінетичної енергії поступального руху центра ваги системи. Швидкість близька до нуля через релаксації енергії теплового руху протонів в одновимірному каналі до початку взаємодії і симетрії початкових умов. В реальних умовах час життя збудженого стану близько 10 -3 с.
3. Подальша доля виник 2D1 * визначається напрямом вектора швидкості і типом ядер, що зустрічаються на траєкторії його руху. Оскільки «розміри» народженого дейтрона зростають в 100 - 1000 разів, ефективний перетин взаємодії з ядрами решітки зростає на 5-6 порядків. І якщо:
(А) Кулонівського бар'єр дейтрон-ядро менше 1.44 МеВ, відбувається їх злиття з наростанням енергії нового компаунд-стану. Якщо ж цього не відбувається:
(Б) енергія збудження передається решітці за рахунок процесів іонізації її атомів, і перетворюється в тепло.
Конкуренція процесів (а) і (б) призводить до розвитку каскадного злиття ядер решітки (лавина).
Ріс.3.Начало лавинного злиття. Вихідні реагенти - орієнтовані оточенням протони.
Що ж таке низькоенергетичні ядерні реакції?
Низькоенергетичні ядерні реакції (CF, LENR, LANR, ХЯС) - це клас каскадних перетворень нуклідів (природний нуклеосинтез) при близьких до нуля відносних швидкостях, коли один з них є складене ядро з енергією збудження вище Кулонівського бар'єру реагентів. Початок ініціюється злиттям орієнтованих оточенням ізотопів водню.
Зауважимо, що викладене в даній статті є всього лише невеликою частиною накопичених уявлень і знань про закономірності нового класу ядерних реакцій. Ми готові продовжити тему, якщо у Новомосковсктелей виникне інтерес до такого радикального підходу.