Читать книгу Холодный ядерный синтез - Александр Шадрин - Страница 2

В 2021 году исполнилось 60 лет со дня рождения идеи лазерного термоядерного синтеза. Родилась она в голове будущего нобелевского лауреата Николая Геннадьевича Басова[1] и была впервые публично им высказана на заседании Президиума АН СССР в 1961 году, а уже через три года теоретически им же обоснована.

Потребовалось ещё четыре года напряженной работы, и 18 апреля 1968 года на уникальной установке[2], созданной в Физическом институте им. П. Н. Лебедева, были зафиксированы первые нейтроны.

Проведенная спустя полвека тщательная проверка результатов эксперимента показала, что это был холодный лазерный ядерный синтез. Что это означает? Это означает, что 18 апреля 1968 года группой Николая Басова впервые в мире с помощью лазера была получена реакция холодного ядерного синтеза. В октябрьском номере «Журнала экспериментальной и теоретической физики» – журнала Президиума Российской академии наук была опубликована статья[3], в которой авторы приходят к такому неожиданному и сенсационному выводу. А ведь именно направление холодного ядерного синтеза первым преодолело порог энерговыгодности, когда энергетический реактор выдает энергии больше, чем тратится на его запуск и работу. Его официальное признание произошло стремительно и без шумных заявлений после 22-й Международной конференции по ядерным исследованиям в конденсированных средах, состоявшейся в итальянском Ассизи в сентябре 2019 года. В Японии, США, Индии, Китае, Евросоюзе, Канаде, Южной Корее началось финансирование государственных программ и крупных проектов по холодному синтезу. Даже Российский фонд фундаментальных исследований объявил совместный с Италией грант на исследования в области холодного синтеза, правда, пока с крайне скудным финансированием.

В пятой статье цикла Джонатана Тенненбаума о бороводородной мечте ядерной энергетики «В решении проблемы зажигания ядерного синтеза происходят заметные изменения», публикующегося на портале Asia Times, рассказывается о полученных за последние годы результатах в освоении нерадиоактивной реакции ядерного синтеза «бор + протон» с помощью ультракоротких лазерных импульсов.

Экспериментальные исследования с конца 1990-х годов выдающегося китайского физика Чжан Цзе и других учёных установили ясность в ключевом моменте: взаимодействие между лазерным импульсом и мишенью резко меняется, когда длина импульса уменьшается с наносекунд (миллиардных долей секунды) до пикосекунд (триллионных долей секунды) или ещё меньше. Упоминаемая в статье Пондеромоторная сила, вызванная электрическим и магнитным полями лазерных импульсов, выполняет свою работу задолго до того, как успевают развиться нагрев и результирующие силы давления, но для этого нужны пикосекундные или фемтосекундные лазеры. А после недавнего эксперимента на пражской лазерной системе Asterix (PALS) в Чешской Республике, сообщается о рекордном выходе 10¹¹ альфачастиц, достигнутом за счет фокусировки лазерного луча субнаносекундной длительности и мощностью 600 Дж на мишени из нитрида бора… Показано, что такая удивительная цифра достигнута не за счёт термоядерного механизма. А за счёт какого механизма?

В будущей энергосистеме основными источниками электрической и тепловой энергии будет множество распределенных по сети точек небольшой мощности, что в корне противоречит существующей парадигме в атомной отрасли наращивать единичную мощность энергоблока для снижения удельной стоимости капвложений. В этом отношении LENR установки очень гибкие и это уже продемонстрировали М. И. Солин[4], А. В. Вачаев и А. Росси, в то время, как другие исследователи продолжают «удивлять мир» незначительными эффектами.

Итак, семь независимых экспертов (пять из Швеции и два из Италии) провели испытания высокотемпературного аппарата ECat, созданного Андреа Росси, и подтвердили заявленные характеристики. Напомним, что первая демонстрация аппарата ECat, основанного на низкоэнергетической ядерной реакции (LENR) трансмутации Никеля в Медь, состоялась 10 лет назад в ноябре 2011г.

Эта демонстрация вновь, как и знаменитая конференция Флейшмана и Понса в 1989г, возбудила научное сообщество, и возобновило непрекращающийся до сих пор спор между приверженцами LENR и традиционалистами, яростно отрицающими возможность подобных реакций.

Следует напомнить, что уже в 1992 году М. И. Солин создал промышленный реактор для производства электроэнергии, магнитной, тепловой и звуковой энергии и когерентного электромагнитного излучения, т.е. на 20 лет раньше А. Росси и более совершенный, но основанный на тех же физических принципах многофотонного ИК-излучения разогревом твёрдого тела до высоких температур, при которых рабочее тело насыщается до предела в центре этим излучением ЭМВ. На этом же физическом принципе работает холодный ядерный синтез в лазерной искре, полученной от лучей коротковолновых фотонов множества лазеров, размещённых на поверхности сферы и направленных в её центр. Отсюда и определение такого квантового ядерного реактора нового образца (как его назвал Солин) – функционирует как объемный резонатор-аккумулятор электромагнитной энергии, в результате чего достигается высокий КПД – до 85% (КПД атомной электростанции – 35%). Несколько позже этот ядерный реактор М. И. Солин усовершенствовал Патентом РФ № 2 173 894 от 23.08.1999 года. Помимо этого, Солин пришел еще к одному открытию: при ядерной трансмутации (холодный ядерный синтез) не только наблюдается колоссальный выброс энергии, но и одни химические элементы преобразуются (трансмутируют) в другие. В итоге работу автора поддержал Российский Фонд Фундаментальных Исследований и выдал грант №96-03-34216а.

Теперь указанная выше независимая экспертиза подтвердила, низкоэнергетические ядерные реакции существуют и позволяют генерировать тепловую энергию с удельной плотностью в 10,000 раз большей, чем нефтепродукты.

Аппарат E-Cat А. Росси вырабатывает тепловую энергию с удельной мощностью 440кВт/кг[5]. Для сравнения, удельная мощность энерговыделения реактора ВВЭР-1000 составляет 111 кВт/ л активной зоны или 34,8кВт/кг топлива UO₂., БН-800 – 430кВт/л или ~140кВт/кг топлива. Для газового реактора AGR Hinkley-Point B – 13,1 кВт/кг, HTGR-1160 – 76,5 кВт/кг, для THTR-300 – 115 кВт/кг. Сопоставление этих данных впечатляет – уже сейчас удельные характеристики прототипа LENR- реактора превосходят аналогичные параметры лучших существующих и проектируемых ядерных реакторов деления. Теперь эти параметры следует сравнить с параметрами, полученными М. И. Солиным в 90 -е годы.

Доктор А. А. Рухадзе[6] следующим образом подводит итог таким работам:

«Из имеющихся на настоящий момент результатов следует, что низкоэнергетические ядерные реакции – это не синтез и не распад, а, по-видимому, некие коллективные ядерные превращения, которые протекают при энергиях недопустимо низких для термоядерных реакций и дают изменение изотопного состава и большое тепловыделение при полном отсутствии остаточной радиоактивности.»

Перед тем как перейти к механизму процессов холодного ядерного синтеза, необходимо вспомнить о неполноте механизмов существующей теории фотосинтеза.

Фотосинтез

Самое наглядное представление о законах природы демонстрируется самой природой – это фотосинтез или холодный атомно-молекулярный распад-синтез с производством свободного кислорода под внешним воздействием фотонов света. Основным органом фотосинтеза является лист. Он анатомически приспособлен к поглощению энергии света и ассимиляции углекислоты. Плоская форма листа, обеспечивающая большое отношение поверхности к объёму, позволяет более полно использовать энергию солнечного света. Вода, необходимая для поддержания и протекания фотосинтеза, доставляется к листьям из корневой системы. Для общего роста растений, как общепризнано в агротехнологии, необходимо лишь тепло, влага, удобрения и свет. Поэтому много противоречий в современной теории фотосинтеза в части участия и количественного баланса с кислородом вызывает углекислый газ атмосферы (всего то 0,03%).

И тем не менее вот как описывается механизм фотосинтеза в САП (фото1б).

Фото 1б. Процессы фотосинтеза фотонами растений и деревьев, приводящих к росту.

На первом этапе происходит поглощение квантов света пигментами, их переход в возбуждённое состояние и передача энергии к другим молекулам фотосистемы (пластохинону).

На втором этапе происходит разделение зарядов в реакционном центре. Молекула воды теряет электрон под воздействием катионарадикала, образовавшегося из молекулы хлорофилла после потери ей своего электрона и передачи его пластохинону на первом этапе.

Одновременно с этим процессом происходит перенос электронов по фотосинтетической электронотранспортной цепи, что заканчивается синтезом АТФ и НДФН. Первые два этапа вместе называют светозависимой стадией фотосинтеза..

Третий этап заключается в поглощении второй молекулой хлорофилла кванта света и передаче ею электрона ферредоксину. Затем хлорофилл получает электрон после цепи его перемещений на первом и втором этапах. Ферредоксин восстанавливает универсальный восстановитель НАДФ.

Четвёртый этап происходит уже без обязательного участия света и включает в себя биохимические реакции синтеза органических веществ с использованием энергии, накопленной на светозависимой стадии.

В ходе световой стадии фотосинтеза образуются высокоэнергетические продукты: АТФ, служащий в клетке источником энергии, и НАДФ, использующийся как восстановитель. В качестве побочного продукта выделяется кислород.

Хлорофилл имеет два уровня возбуждения: первый связан с переходом на более высокий энергетический уровень электрона системы сопряжённых двойных связей, второй – с возбуждением неспаренных электронов азота и магния порфиринового ядра. При неизменном спине электрона формируются первое и второе возбуждённые состояния, при изменённом – триплетное первое и второе.

Второе возбуждённое состояние наиболее высокоэнергетично, нестабильно, и хлорофилл за 10⁻¹² с переходит с него на первое с потерей 100 кдж/моль энергии только в виде теплоты.

Передача энергии идёт резонансным путём (механизм Фёрстера) и занимает для одной пары молекул 10⁻¹⁰—10⁻¹² с, расстояние, на которое осуществляется перенос, составляет около 1 нм. Передача сопровождается некоторыми потерями энергии (10% от одного типа хлорофилла к другому, 60% от каротиноидов к хлорофиллу), из-за чего возможна только от пигмента с максимумом поглощения при меньшей длине волны к пигменту с большей. Именно в таком порядке взаимно локализуются пигменты, причём наиболее длинноволновые хлорофиллы находятся в реакционных центрах. Обратный переход энергии невозможен.

Однако при этом остаётся неубедительным[7] механизм фотосинтеза в части изменения и роста атомномолекулярного вещества с производством кислорода путём внутренней ионизации атомного электрона для производства атомного распада-синтеза и роста вещества.

Так в работе[8] приведён анализ современных сведений в области биохимических механизмов фотосинтеза. Показано, что наши знания об этих процессах все еще неполны или ограничены. Это касается следующих вопросов:

– откуда растения берут углерод,

– процессов количественного выделения кислорода при фотосинтезе,

– ассимиляции углекислого газа, – проявлений С2-фотосинтеза.

Отмечено, что современная трактовка хемиосмотической теории не вполне завершена. При этом единый (по общему признанию) механизм образования АТФ обусловлен разными режимами работы электрон-транспортной цепи фотосинтеза, обозначаемыми как нециклический, циклический и псевдоциклический транспорт электронов. Сделано заключение, что в целом многочисленные и многообразные результаты исследования фотосинтетического процесса все еще недостаточны для того, чтобы овладеть ими для использования в биотехнологических целях.

Здесь происходят более сложные процессы[9] квантовой конденсации энергии фотона путём его поглощения с рождением двух замкнутых вихронов, в объёме которых и начинает действовать энергия поглощённого магнитного монополя фотона. Эта же ошибка происходит и при объяснении механизма ядерного холодного распадасинтеза вещества в части изменения ядерного состава путём ионизации частиц ядра для производства ядерного распада-синтеза.

На примере работы одной ячейки реактора Вачаева А. В. и реактора Кладова А. Ф. продемонстрированы основные процессы ионизации электронов с оболочек атома или частиц с ядерных оболочек атома, приводящие к распаду первичной материи и синтезу вторичной. Что такое распад-синтез конденсированной материи? Это такой тип процессов, при котором первичная энергия извне, затраченная на высвобождение энергии (распад) из вещества материи, окажется намного меньше вторичной энергии, которая высвободится в ходе последующей реакции (синтез). Для осуществления таких процессов потребуется «огонь фитиля», аналогичный началу химического горения или фотоны света для фотосинтеза.

Холодный ядерный возбуждение-распад-синтез[10] происходит через посредство многофотонной ионизации зоной холодной безмассовой плазмы заряженных частиц типа мюонов с внешних оболочек ядер. Суть всех LENR сводится к тому, что при воздействии волноводов магнитных монополей вихронов СВЧ и ИК-фотонов на оболочки атомных ядер (медь, никель и другие), находящиеся в конденсированном состоянии с межядерным расстоянием порядка 10^—8 см, с этих оболочек ионизируются частицы типа пи-мезонов (мюоны, ка-мезоны) путём многоквантового слияния магнитных монополей свободных микровихронов фотонов одного знака в оболочках ядер, образования зон холодной безмассовой плазмы (электрической и гравитационной), отталкивания интерференцией одинаковых по знаку-зёрен-потенциалов волноводов магнитных монополей при разрядке, поглощение при торможении свободных микровихронов в электрическом поле атомных ядер с рождением структур ГЭМД.

Почему это возможно?

Ещё в 1948 г. А. Д. Сахаров предложил практическое использование мюонов. Его идея состояла в том, что если образуются мезомолекулы dd µ и dt µ, то почти мгновенно легкие ядра вступят в ядерно-ионную реакцию синтеза.

Размер сферы заряда энергия в форме ГЭММ электрона согласно экспериментальным данным составляет величину около 10 ^—20 см. Так что до планковского предела 10^—33 см остаётся ещё десять десятичных порядков, поэтому даже для милиметровых фотонов СВЧ диапазона, которым пользовался Вачаев, размер магнитного монополя свободного микровихрона меньше размера внешней оболочки протона. Отсюда, ионизированные частицы с внешних ядерных оболочек уже способны, как писал А.Д Сахаров, в конденсированных средах (жидкость, металл) осаждаться на соседних ядрах. И этот процесс стал возможным на специальных электроразрядных и ультразвуковых установках производить тепловую, электрическую энергию, а также изменение первичного ядерного состава взаимодействующих веществ. Это реально было уже выполнено на установках[11] А.В.Вачаева «Энергонива-2», А.Ф.Кладова и реакторе С.В.Адаменко. Как установлено экспериментально А. В. Вачаевым при воздействии СВЧ и ИКфотонов с частотой 30—60 ГГц на воду его реактора происходит многофотонная каскадная ионизация электронов атомов, рождение пар электронов, частиц типа мюонов, мезонов и других ядерных частиц, входящих в состав оболочек атомных ядер. Размер сфер магнитных монополей свободных микровихронов и соответственно ГЭММ в ГЭМД замкнутых микровихронов может достигать размеров гораздо меньших размера атомного ядра даже водорода, т.е. 10^—

¹³ см.

Поэтому согласно предложенному автором механизму ХЯС-LENR освободившиеся ядерные резонансные частицы оболочек в конденсированном состоянии почти мгновенно оседаютзахватываются на соседние не возбуждённые ядра. Следуют ядерные превращения в другие, снимаются возбуждения ядер и выделяется энергия в форме излучения и кинетического движения продуктов. Фазовое пространство мюона аналогично структуре электрона, но во много раз меньше его по размерам. Частицы типа мюонов в связанном состоянии, как и электроны в атомах, могут входить в состав ядерных оболочек.

До Флейшмана и А. Росси еще в 50-х годах прошлого века Иван Степанович Филимоненко, работая в НПО «Красная звезда» в области космической техники, открыл эффект, подобный А. Росси, выделения тепла в электроде с добавками палладия при электролизе тяжелой воды.

Анатолий Васильевич Вачаев, исключительно вдумчивый экспериментатор, проводил в 1993 году исследования плазменного парогенератора (плазмотрона) и случайно получил большой выход порошка, в составе которого были элементы, чуть ли не всей таблицы Менделеева. Шесть лет исследований позволили создать плазменную установку, которая давала стабильный плазменный факел – холодный плазмоид, при пропускании через который дистиллированной воды или раствора в большом количестве образовывалась суспензия металлических порошков. Удалось получить стабильный пуск и непрерывную работу более двух суток, наработать сотни килограммов порошка различных элементов, получить плавки металлов с необычными свойствами. В 1997 г. в Магнитогорске последовательница А. В. Вачаева, Галина Анатольевна Павлова защитила кандидатскую диссертацию на тему «Разработка основ технологии получения металлов из плазменного состояния водно-минеральных систем». Интересная ситуация сложилась при защите. Комиссия сразу запротестовала, как только услышала, что все элементы получаются из воды. Тогда всю комиссию пригласили на установку и продемонстрировали весь процесс. После этого все проголосовали единогласно. С 1994 года по 2000 г. была спроектирована, изготовлена и отлажена полупромышленная установка «Энергонива-2», предназначенная для изготовления полиметаллических порошков.

В лаборатории А. В. Вачаева была разработана оригинальная технология их переработки. В это же время целенаправленно изучались:

трансмутация воды, и веществ в нее добавляемых (сотни экспериментов с различными растворами и суспензиями, которые подвергались плазменному воздействию,

преобразование вредных веществ в ценное сырье (использовались сточные воды вредных производств, содержащие органические загрязнения, нефтепродукты и трудно разлагаемые органические соединения),

изотопный состав трансмутированных веществ (всегда получали только стабильные изотопы),

4.дезактивация радиоактивных отходов (радиоактивные изотопы превращались в стабильные, но другие),

5. непосредственное преобразование внутренней энергии вещества плазменного факела (плазмоида) в электричество (работа установки под нагрузкой без использования внешнего электропитания.

После теоретического ввода идеи практического использования мюонов, предложенного в 1948 году Сахаровым, А. Д. Альварец Л. экспериментально осуществил эту идею в форме мюонного катализа в 1957 году. Отрицательно заряженный мюон попадая в смесь изотопов водорода, образует мезоатомы внутри электрического поля обычного атома, которые, сталкиваясь затем с молекулами водорода, дейтерия и трития (а также HD, НТ и DT), образуют мезомолекулы – мезомолекулярные ионы.

Самое важное – этот процесс демонстрирует первую элементарную ядерно-ионную реакцию, где положительное ядро атома водорода присоединяет частицу с массой, отрицательный мюон с рождением квазинейтрального тяжёлого тритона, который как и нейтрон способен проникать через поле ядра дейтрона с образованием дейтерий-тритиевого иона.