Напечатать документ Послать нам письмо Сохранить документ Форумы сайта Вернуться к предыдущей
АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА На главную страницу
Дискуссии - Наука

В.А. Шашлов
Атомные ядра: от нуклона до оганесона (II)

Oб авторе


Изложены основные принципы тетраэдрной модели атомных ядер. Построены конструкции и приведены оценки физических параметров изотопов лития. Указана особенность ядерной конструкции 7Li, которая делает это ядро наиболее вероятным кандидатом на осуществление холодного ядерного синтеза.


Цель работы

Данная работа преследует 2 главные цели:

1. вычисление всех физических величин стабильных изотопов лития в рамках тетраэдрной модели ядра,

2. объяснение механизма холодного ядерного синтеза, исходя из особенностей ядерной конструкции 7Li.


Содержание работы

В первых 2-х разделах получены теоретические оценки физических величин, характеризующих ядра 6Li и 7Li.

В третьем разделе указано практическое применение знания ядерной структуры 7Li для создания источников энергии с использованием реакций холодного ядерного синтеза.


Введение. Основы тетраэдрной модели ядра

Данная работа является прямым продолжением работы [1], в которой изложена тетраэдрная модель атомных ядер и проведено исследование ядер первых 2-х элементов таблицы Менделеева. Исследование ядерных конструкций изотопов третьего элемента – лития – также будет осуществляться в рамках тетраэдрной модели, поэтому имеет смысл еще раз сформулировать основные положения данной модели.

В основу тетраэдрной модели положена принципиально новая модель нуклона, согласно которой центральным кором нуклонов служит односторонний трилистник.


Примечание 1. Односторонний трилистник – это замкнутая односторонняя поверхность, имеющая топологию односторонней сферы, причем каждый из 3-х лепестков трилистника также топологически эквивалентен односторонней сфере.

Примечание 2. Односторонние трилистники являются центральными корами всего класса адронов, что объясняет кварковую структуру адронов. Каждый из 3-х лепестков способен стать кварком: когда кварками становятся все 3 лепестка трилистника, получаются барионы, а если только 2 лепестка – мезоны.

Примечание 3. Лепестки превращаются в кварки, когда односторонний трилистник соединяется со связками проективных прямых, которые наделяют адроны (и кварки) массой, зарядом и спином: эти 3 физические величины обусловлены натяжением, вращением и кручением составляющих связки прямых.

Примечание 4. Связки прямых могут распределяться по трем лепесткам одностороннего трилистника только в пропорции 1:1 или 1:2, вследствие чего абсолютные величины зарядов кварков могут принимать только 2 значения: 1/3 или 2/3, – это объясняет разбиение кварков на 2 класса: нижние и верхние кварки.


Форма одностороннего трилистника моделируется прямоугольным тетраэдром: если прямоугольную вершину тетраэдра совместить с общей точкой лепестков (с центром трилистника), а 3 вершины основания – с вершинами 3-х лепестков трилистника, то данный тетраэдр будет хорошо представлять форму одностороннего трилистника.


Примечание. Прямоугольный тетраэдр – это простейшая пространственная модель весьма сложного геометрического объекта, каким является односторонний трилистник, на основе которого образованы нуклоны.


Второе отличие модели нуклонов на основе односторонних трилистников – это статус кварков: кварки не являются фундаментальными частицами, при соединении которых образуются адроны, а представляют собой вторичные образования, которые формируются в процессе возникновения адронов.

Кварки, как самостоятельные частицы, не существуют: они формируются, когда происходит объединение одностороннего трилистника и связки проективных прямых. При таком объединении, связка распределяется по лепесткам одностороннего трилистников, в результате чего каждый лепесток оказывается связанным либо с 1/3, либо с 2/3 частью связки, что приводит к образованию либо нижних, либо верхних кварков: кварки рождаются при рождении адронов.

Нуклоны выделяются среди остальных адронов тем, что распределение долей связки проективных прямых по трем лепесткам одностороннего трилистника имеет вид (+2/3, -1/3, -1/3) для нейтрона, и (+2/3, +2/3, -1/3) – для протона. Знак указывает ориентацию соединенных с данным лепестком прямых: (+) соответствует направлению от лепестка к бесконечности, а (-) – от бесконечности к лепестку. Лепесток одностороннего трилистника, который соединен с 1/3 долей связки прямых, ориентированных от бесконечности к лепестку, представляет собой d-кварк, а лепесток, который соединен с 2/3 долей связки прямых, ориентированных от лепестка к бесконечности, – это u-кварк.

Третьим важным отличием проективной модели строения нуклонов (на основе односторонних трилистников и связок прямых) от модели, предлагаемой Стандартной моделью, является расположение кварков внутри нуклонов. Так как кварки не являются самостоятельными частицами, они не обладают способностью совершать самостоятельное движение и занимают в лепестках трилистника фиксированное положение, определяемое формой лепестка, а именно: кварки располагаются вблизи вершин лепестков, т.е. вблизи вершин основания моделирующего нуклон прямоугольного тетраэдра.


Примечание 1. У свободных нуклонов кварки смещаются к вершинам лепестков под действием центробежных сил (свободные нуклоны находятся в состоянии очень быстрого вращения), а после объединения нуклонов в ядерные конструкции, кварки удерживаются в данном положении (вблизи вершин лепестков) благодаря кулоновскому взаимодействию с кварками, принадлежащим соседним нуклонам.

Примечание 2. Это же самое взаимодействие формирует атомные ядра: нуклоны удерживаются в ядрах за счет объединения кварков соседних нуклонов в (n,m)-узлы, которые образуются при объединении n штук u-кварков и m штук d-кварков.


Понимание природы нуклонов и кварков открывает прямой путь к пониманию структуры атомных ядер: ядра образуются в результате соединения нуклонов своими «выступающими частями» (вершинами лепестков односторонних трилистников), в которых расположены кварки. Каждое ядро обладает своей ядерной конструкцией, построенной путем объединения кварков соседних нуклонов в (n,m)-узлы.

Если кварки постоянно находятся в вершинах лепестков, т.е. вблизи поверхности нуклона, то нуклоны способны объединяться за счет кулоновского взаимодействия. Для этого необходимо лишь, чтобы сближение нуклонов друг с другом происходило именно данными участками поверхности, т.е. чтобы тетраэдры-нуклоны сближались вершинами своих оснований. При таком сближении, расстояние между кварками соседних нуклонов уменьшается на 1,5 порядка по сравнению с расстоянием между кварками в отдельных нуклонах, вследствие чего кулоновская энергия кварковых зарядов возрастает в 30-40 раз (по сравнению с кулоновской энергией кварков в самих нуклонах) и, в расчете на один кварк, достигает величины (2,5 – 3) Мэв. Данная величина представляет собой удельную энергию кулоновского взаимодействия кварков в составе (n,m)-узлов.

В стабильных ядрах каждый нуклон встроен в ядерную конструкцию всеми тремя кварками, поэтому удельная величина кулоновского взаимодействия нуклона с соседними нуклонами, которые вносят свои кварки в эти же самые 3 (n,m)-узла, имеет величину 3*(2,5 – 3) ~ 8 Мэв. Именно такая величина характеризует удельную энергию связи нуклонов в ядрах, что делает излишней гипотезу, что нуклоны в ядрах объединены с помощью сильного взаимодействия: функцию сильного взаимодействия выполняет кулоновское взаимодействие кварков, собранных в (n,m)-узлы.


Примечание. Сильное взаимодействие не требуется и для удержания кварков внутри адронов: неразрывное соединение (конфайнмент) кварков в адронах – следствие неотделимости лепестков односторонних трилистников. Это означает, что сильное взаимодействие, как фундаментальное взаимодействие, вообще не существует, – это устраняет множество проблем, перед которыми «пасует» Стандартная модель, и делает неактуальной (лженаучной) проблему «Великого объединения».


Ядерные конструкции образуются путем сближения нуклонов участками поверхности, в которых расположены кварки: результатом такого сближения является образование (n,m)-узлов, посредством которых нуклоны объединяются в ядра. Именно (n,m)-узлы скрепляют нуклоны в ядра: ядерные конструкции образуются путем соединения вершин оснований прямоугольных тетраэдров-нуклонов в (n,m)-узлы.

Поскольку все массы, заряды и спины сосредоточены в кварках, а все кварки собраны в (n,m)-узлы, то распределение (n,m)-узлов внутри ядерной конструкции определяет распределения масс, зарядов и спинов по объему ядра. В свою очередь, данное распределение обуславливает все физические параметры ядра: величину его спина, электрического и магнитного моментов. Таким образом, построение ядерной конструкции позволяет вычислить все присущие данному ядру физические величины.

Атомные ядра представляют собой конструкции, образованные из прямоугольных тетраэдров-нуклонов, соединенных вершинами своих оснований.

Наглядное представление ядерных конструкций осуществляется с помощью вспомогательной геометрической конструкции, которая носит название «ядерный каркас». Наглядный вид нулевой ячейки и первого слоя ячеек ядерного каркаса показан на рис [2].

Ядерный каркас формируется путем наложения граней правильных тетраэдров, размер которых согласован с размером тетраэдров-нуклонов: грани имеют такой же размер, как основание моделирующих нуклоны прямоугольных тетраэдров, поэтому каждый из образующих ядерный каркас правильных тетраэдров способен выполнять функцию ячейки, в которую вставляется прямоугольный тетраэдр-нуклон.

Все составляющие ядро нуклоны располагаются исключительно в ячейках каркаса, поэтому ядерный каркас определяет структуру атомных ядер: каждое ядро получается путем встраивания тетраэдров-нуклонов в ячейки ядерного каркаса.

Поскольку кварки располагаются в вершинах основания тетраэдров-нуклонов и встраивание тетраэдров-нуклонов в ячейки каркаса возможно только при совмещении их оснований с гранями ячеек, то при размещении нуклонов в ячейках ядерного каркаса, кварки оказываются расположенными вокруг узлов ядерного каркаса. Каждый их этих узлов становится центром, вокруг которого собираются входящие в состав нуклонов кварки, что приводит к образованию (n,m)-узлов.

Все узлы ядерного каркаса могут быть пронумерованы, после чего каждый (n,m)-узел автоматически получает определенный номер. Совокупность пронумерованных (n,m)-узлов показывает, какой вид имеют (n,m)-узлы в каждом из узлов ядерного каркаса. Данная совокупность носит название «кварковая формула».

Нахождение кварковой формулы, показывающей распределение (n,m)-узлов по узлам ядерного каркаса, является главной задачей исследования каждого ядра: найдя кварковую формулу можно вычислить все величины, которые характеризуют данное ядро. Эти вычисления и составляют содержание данной серии работ.

Ядерные конструкции, соответствующие основным состояниям ядер, строятся путем наиболее компактного размещения тетраэдров-нуклонов в ячейках ядерного каркаса. Дополнительными условиями является то, чтобы суммарный спин (n,m)-узлов, а также электрический и магнитный моменты ядра имели возможно меньшую величину.

Данному размещению тетраэдров-нуклонов соответствует вполне определенная кварковая формула, показывающая размещение всех кварков по узлам ядерного каркаса.

Кварковая формула полностью определяет все свойства ядра: проблема изучения каждого ядра сводится к нахождению его кварковой формулы.

Для рассмотрения ядерных конструкций 6Li и 7Li, достаточно первого слоя ячеек ядерного каркаса, показанного на рис. [2]. Все (n,m)-узлы этих ядер располагаются в нулевом (№1, №2, №3, №4) и первом (№5, №6, №7, №8) слоях узлов ядерного каркаса: это 4 вершины нулевой ячейки и вершины 4-х ячеек, составляющих первый слой каркаса.

Для описания положения всех узлов ядерного каркаса вводится декартова система координат с началом в центре нулевой ячейки, ось «х» параллельна ребру (21), ось «z» походит через вершину №4, ось «у» направлена на наблюдателя.

Для вычислений магнитного и электрического моментов потребуется также ввести 2 новые системы координат, в которых будут составляться тензоры квадрупольного момента и инерции: именно в этих системах координат будет производиться вычисление электрического (Q) и магнитного (µ) моментов. Нулевые точки этих систем координат находятся по барицентрической формуле, в которую вместо масс подставлены заряды или спины. По этой причине данные точки носят название «электрицентр» и «спиницентр».


Примечание. Координаты этих точек находятся точно также, как координаты барицентра (центра инерции). Для вычисления электрического и магнитного моментов центр инерции не требуется: необходимы именно электрицентр и спиницентр.


I. Конструкция 6Li

Конструкция 6Li получается, когда 6 тетраэдров-нуклонов накладываются своими основаниями на боковые грани 2-х соседних ячеек ядерного каркаса. Для определенности положим, что одной из ячеек является (1234), а другой – (1238): это нулевая ячейка и ячейка, которая расположена под нулевой ячейкой и имеет с ней общую грань (123). Соответственно, 6 граней ядерного каркаса, на которые наложены основания тетраэдров-нуклонов, таковы: (124), (234), (134), (128), (238), (138).


Примечание. Геометрическую фигуру, образованную этими 6ю гранями, естественно именовать «треугольный гептаэдр»: ядро 6Li имеет вид вытянутого вверх кристаллика в форме треугольного гептаэдра, на все 6 граней которого наложены основания тетраэдров-нуклонов.


Конструкция ядра 6Li состоит из 2-х половинок: верхняя половина имеет вид конструкции ядра 3Не (она образована тремя нуклонами на боковых гранях нулевой ячейки), а нижняя половина – это ядро 3Н (ядерные конструкции 3Не и 3Н описаны в [1]). Объединение конструкций ядер 3Не и 3Н происходит путем наложения их оснований. Эти основания имеют форму правильных треугольников, в вершинах которых расположены (1,1)-узлы, поэтому при объединении 3-х пар (1,1)-узлов, в вершинах №1, №2, №3 образуются (2,2)-узлы. Узлы (2,1) и (1,2) переходят из конструкций 3Не и 3Н в неизменном виде, располагаясь в вершинах №4 и №8, поэтому кварковая формула ядра 6Li имеет вид:

{6Li} = {(2,2), (2,2), (2,2), (2,1) |0 0, 0, 0, (1,2) |1},

Данная конструкция обладает осью симметрии, проходящей через узлы (2,1), (1,2). Хотя эти узлы различны, они лежат на оси симметрии, поэтому 6Li имеет (+) четность.


1. Спин ядра 6Li.

Вид конструкции ядра 6Li разрешает «загадку спина 6Li». Согласно оболочечной модели, в ядре 6Li непарные нейтрон и протон имеют орбитальный момент 1, что в сумме с собственным моментом 1/2 дает момент 3/2, поэтому суммарный спин ядра 6Li должен иметь величину 3/2 + 3/2 = 3, тогда как эксперимент однозначно указывает, что S(6Li) = 1.

Оболочечная модель не дает объяснения столь резкого расхождения теоретической и экспериментальной величин, тогда как из кварковой формулы непосредственно следует, что спин 6Li получается сложением спинов 2-х нечетных узлов: 1/2 + 1/2 = 1.

Центральная ячейка внутри каждой из половинок конструкции 6Li не занята нуклоном, поэтому спины непарных кварков в (2,1)-узле и в (1,2)-узле не передаются конструкции 6Li в целом, а «раскручивают» нуклоны, которым принадлежат (как в ядрах 3Н и 3Не). В ядре 6Li непарные нуклоны совершают индивидуальное вращение, и спин S(6Li) = 1 складывается из спинов вращений непарных нуклонов.


2. Магнитный момент ядра 6Li.

Вывод о том, что спиновый момент количества движения порождается вращением непарных нейтрона и протона в верхней и нижней половинках конструкции ядра 6Li, имеет определяющее значение для вычисления магнитного момента 6Li: этот момент равен векторной сумме магнитных моментов, создаваемых вращением данных нуклонов.

Для определенности положим, что непарный нейтрон в верхней половине конструкции ядра 6Li, встроенный u-кварком в вершину №4, совмещен своим основанием с гранью (134), т.е. два его d-кварка располагаются в вершинах №1 и №3. Непарный протон в нижней половине конструкции совмещен с гранью (128), причем его d-кварк встроен в вершину №8, а два u-кварка располагаются в вершинах №1 и №2. Ось вращения непарного нейтрона в верхней части конструкции проходит через вершину №4 и точку, которая является серединой ребра (13): эту точку обозначим О13. Ось вращения непарного протона в нижней части конструкции проходит через вершину №8 и точку О12, являющейся серединой ребра (12).


Примечание. Две оси, вокруг которых вращаются непарный нейтрон и непарный протон, лежат в плоскости граней (134), (128) и совпадают с высотами, опущенными из вершин №4 и №8 на ребра (13) и (12).


Таким образом, магнитный момент ядра 6Li создается двумя круговыми токами, один из которых создается вращением 2-х d-кварков по окружности, диаметром которой является ребро (13), а другой круговой ток создается вращением 2-х u-кварков по окружности, диаметром которой является ребро (12).

Чтобы создаваемые этими токами магнитные моменты не складывались, а вычитались (ослабляли друг друга), оба круговых тока должны быть направлены в одну сторону. Это достигается, когда оба нуклона вращаются в одну сторону.


Примечание 1. Данная ситуация аналогична той, которая имеет место в дейтроне: только в этом случае проекция спинового момента количества движения на выделенную ось будет иметь значение S(6Li) = 1.

Примечание 2. Если бы данные 2 нуклона вращались в противоположных направлениях, то круговые токи, создаваемые одноименными кварками этих нуклонов, имели бы одинаковое направление, и создаваемые этими токами магнитные моменты складывались бы (а не вычитались), что привело бы к увеличению магнитного момента, тогда как в основном состоянии этот момент должен иметь минимальную величину.


Абсолютные величины магнитных моментов, создаваемых индивидуальным вращением нейтрона и протона, равны: µ- ~ µ(3Не) ~ -2,13 µя и µ+ ~ µ(3Н) ~ +2,98 µя [1]. Эти моменты не лежат в одной плоскости: данные вектора лежат в плоскостях, которые составляют с (горизонтальной) плоскостью симметрии треугольного гептаэдра угол 70,5о, и кроме того, эти плоскости повернуты вокруг оси симметрии треугольного гептаэдра (ось 4-8) на 120о. Сложение данных векторов µ+ + µ- приводит к результату, близкому к экспериментальному значению µ(6Li)эксп ~ +0,82 µя,.


3. Электрический момент ядра 6Li.

Оболочечная модель ядра не справляется еще с одной загадкой, относящейся к ядру 6Li. Квадрупольный момент Q(6Li)эксп ~ -0,082 Фм2 имеет наименьшую абсолютную величину среди всех имеющихся в природе ядер (исключая магические ядра, у которых этот момент равен нулю): эта величина даже меньше квадрупольного момента дейтрона. Оболочечная модель не отвечает на вопрос: «Почему квадрупольный момент 6Li имеет столь малую величину?», или другими словами: «Почему орбита непарного протона имеет столь высокую степень сферической симметрии?».

Тетраэдрная модель решает эту проблему следующим образом. Никаких «орбит» у непарных нуклонов (как у всех остальных нуклонов) в ядре 6Li (как во всех ядрах) нет: все нуклоны встроены в ячейки ядерного каркаса. Квадрупольный момент 6Li создается четырьмя заряженными (n,m)-узлами, образованными вокруг 4-х вершин нулевой ячейки: №1, №2, №3, №4. Эти 4 узла расположены на описанной вокруг нулевой ячейки сфере, поэтому, если бы заряды всех 4-х узлов были одинаковыми, то квадрупольный момент 6Li вообще имел бы нулевую величину. Поскольку одинаковыми являются заряды только 3-х (2,2)-узлов, а заряд четвертого (2,1)-узла отличается не слишком сильно, то отличие от сферической симметрии также не слишком велико, что обуславливает весьма небольшое значение квадрупольного момента 6Li.

Более того, в ядре 6Li имеет место дополнительное уменьшение сферической несимметрии в расположении данных 4 зарядов, которое обусловлено «сплющиванием» нулевой ячейки. Это сплющивание обусловлено «растягиванием» основания (123), что влечет за собой приближение вершины №4 к основанию (123): оба эти фактора уменьшают влияние заряда в вершине №4 на величину квадрупольного момента, и эта величина уменьшается до экспериментального значения. Расчеты показывают, что для достижения экспериментального значения Q(6Li), достаточно, чтобы смещения вершин №1, №2, №3 в плоскости (ху) и вершины №4 по оси z составляли всего (0,1 – 0,2) Фм.


Примечание. Главная причина увеличения размера основания (123) заключается, вероятно, в «ПС-эффекте» [1]. Суть этого эффекта в том, что «пара спинов», в нашем случае – это спины 2-х одноименных кварков во вращающихся нуклонах создают мгновенно поступательное движение. Компонента вектора скорости этого движения, лежащая в плоскости (123), «расталкивает» вершины №1, №2, №3, что влечет за собой сплющивание ядерной конструкции 6Li.


II. Конструкция 7Li

Конструкцию ядра 7Li также легко представить, воспользовавшись рис. [2].

На боковые грани 2-х ячеек первого слоя ядерного каркаса, вершинами которых являются вершины №6 и №7, а основаниями служат грани (234) и (134), т.е. на грани (236), (246), (346) и (137), (147), (347) накладываются основания 6ти тетраэдров-нуклонов. Каждая из этих 2-х троек тетраэдров-нуклонов содержит 2 тетраэдра-нейтрона и один тетраэдр-протон: эти 3 нуклона образуют конструкцию ядра 3Н. Тетраэдры-протоны располагаются на гранях (346) и (347), причем в вершины №3 и №4 каждый их этих протонов вносит свои два u-кварка, а непарные d-кварки этих протонов (которые задают вращение протонов) располагаются в вершинах №6 и №7.

Седьмой тетраэдр-нуклон (протон) накладывается своим основанием на переднюю грань (124) нулевой ячейки и «смотрит» своей прямоугольной вершиной на вершину №5. Данный тетраэдр-протон встроен d-кварком в вершину №4, а два u-кварка встроены в вершины №1 и №2.

При соответствующих разворотах остальных 4-х тетраэдров-нейтронов в своих ячейках каркаса, кварковая формула приобретает максимально симметричный вид:

{7Li} = {(1,2), (1,2), (2,2), (2,3) |0 0, (2,1), (2,1), 0 |1}.

Именно таким образом распределяются 3*7 = 21 кварка, входящие в состав ядра 7Li, по 6ти узлам ядерной конструкции 7Li.


Примечание. Данный пример отчетливо показывает, как добавление к ядру 6Li всего одного нуклона приводит к существенному изменению ядерной конструкции и, соответственно, к существенному изменению всех 3-х ядерных моментов.


Конструкция несимметрична, поэтому ядро 7Li имеет (-) четность.


1. Спин ядра 7Li.

Из кварковой формулы видно, что конструкция 7Li имеет 5 нечетных узлов. Согласно закону сложения квантовых векторов, спин 7Li должен был бы иметь значение 1/2 + 1/2 + 1/2 + 1/2 + 1/2 = 5/2. Однако, в 2-х (1,2)-узлах, расположенных в вершинах №1 и №2, два u-кварка протона находятся не постоянно: они вращаются вокруг оси, проходящей через вершину №4 и точку О12, вследствие чего постоянно входят и выходят из этих узлов. Спины этих 2-х u-кварков компенсируют друг друга в составе вращающегося протона, поэтому спин ядра 7Li уменьшается до S(7Li)эксп = 3/2.

Таким образом, весь спин ядра 7Li образован тремя протонами, у которых непарные d-кварки встроены в вершины №4, №6, №7. Каждый из этих протонов совершает индивидуальное вращение, поскольку является непарным в своем блоке ядерной конструкции 7Li, и под ним находится пустая ячейка. Это означает, что все 4 нейтрона и конструкция 7Li в целом не испытывают вращения.


2. Магнитный момент ядра 7Li.

Вывод о том, что все спиновые моменты в ядре 7Li создаются индивидуальным вращением 3-х протонов в своих ячейках ядерного каркаса, имеет определяющее значение для нахождения магнитного момента: результирующий магнитный момент находится как векторная сумма этих 3-х моментов.

Главный вклад вносит протон, встроенный в ячейку (1245). Непарный d-кварк данного протона встроен в вершину №4, а ось вращения проходит по передней грани нулевой ячейки: направление оси совпадает с направлением отрезка, соединяющего вершину №4 с серединой ребра (12): точкой О12. Величина данного магнитного момента равна величине магнитного момента ядра 3Н: µ4 ~ µ(3Н) ~ +2,98 µя.

Два других d-кварка, создающих индивидуальное вращение 2-х других протонов, входят в состав (2,1)-узлов, расположенных в вершинах №6 и №7. Оси вращения данных протонов совпадают с отрезками, соединяющими вершины №6 и №7 с серединой ребра (34): точкой О34. Эти вращения направлены навстречу друг другу, поскольку при такой ориентации, магнитные моменты также будут ориентированы навстречу друг другу, что будет приводить к уменьшению суммарного магнитного момента. Угол между этими магнитными моментами составляет ~ 160о, косинус которого равен ~ -0,94, поэтому сумма этих 2-х моментов, каждый из которых равен µ6 ~ µ7 ~ +2,98 µя, имеет величину µ6+7 ~ [2,982 + 2,982 + 2*2,98*2,98*(-0,94)]1/2 ~ +1,0 µя.

В свою очередь, направление этого момента составляет с направлением момента µ4 угол ~ 85о, косинус которого равен ~ 0,1. Согласно теореме косинусов, результирующий магнитный момент имеет величину µ(7Li) ~ [(µ4)2 + (µ6+7)2 + |(µ4)|*|(µ6+7)|*0,1]1/2 ~ +2,24 µя.

Полученное значение близко к экспериментальной величине µ(7Li)эксп ~ +2,27 µя.

Справедливость приведенной оценки µ(7Li) можно проверить путем сравнения с магнитным моментом зеркального ядра 7Ве. Конструкция 7Ве отличается заменой протонов на нейтроны: в ячейки, которые были заняты протонами, вставляются нейтроны и наоборот. При этом расположение парных и непарных нуклонов в своих ячейках каркаса остается точно таким же. Это позволяет записать кварковую формулу 7Ве:

{7Ве} = {(2,1), (2,1), (2,2), (3,2) |0 0, (1,2), (1,2), 0 |1}.


Примечание. Из данной формулы видна причина, которая делает ядро 7Ве нестабильным: кроме того, что ядро 7Ве обладает на 1 большим зарядом (это было бы еще «полбеды»), все заряженные узлы разместились в вершинах нулевой ячейки, а заряд (3,2)-узла в вершине №4 вообще равен +4/3. Вследствие столь тесного сближения заряженных узлов, их кулоновское отталкивание значительно возрастает, и это отталкивание «разрывает» ядерную конструкцию 7Ве.


В данном случае магнитный момент создается индивидуальным вращением трех нейтронов. Геометрия расположения этих 3-х векторов магнитных моментов точно такая же, как в случае с ядром 7Li. Проводя те же самые вычисления, получаем µ(7Ве) ~ -2,31 µя.

Таким образом, тетраэдрная модель обладает предсказательной силой: если эксперименты по измерению µ(7Ве) покажут согласие с указанной величиной, – это явится веским аргументом в пользу тетраэдрной модели.

Поскольку время жизни ядер 7Ве достаточно велико (53 дня), можно ожидать, что в ближайшие 2-3 года значение µ(7Ве) будет измерено, что позволит подтвердить или опровергнуть тетраэдрную модель.


3. Электрический момент ядра 7Li.

Описанная конструкция ядра 7Li имеет сплюснутую форму. Однако это только внешняя форма: два (1,2)-узла, расположенные в вершинах №1 и №2, имеют нулевой заряд и не вносят вклад в квадрупольный момент 7Li.

В электрическом смысле конструкция 7Li является вытянутой, поскольку все 4 заряженных узла располагаются очень близко к оси (6-7): два (2,1)-узла, обладающие наибольшим электрическим зарядом (это узлы в вершинах №6 и №7) просто лежат на данной оси. Это означает, что ось z новой системы координат, в которой будет вычисляться квадрупольный момент располагается параллельно оси (6-7).

Уже из этого следует, что Q(7Li) должен иметь отрицательный знак и большую абсолютную величину (поскольку два заряда вершинах №6 и №7 величиной +1 разнесены на значительное расстояние, а два другие заряда в вершинах №3 и №4 имеют величины в 1,5 и в 3 раза меньше и, кроме того, отстоят от оси (6-7) на гораздо меньшее расстояние).

Соответствующие расчеты были проведены в работе [3], и они показали хорошее согласие с экспериментальным значением Q(7Li)эксп ~ -20,0 Фм2.

Как и в случае с магнитным моментом, знание кварковой формулы зеркального ядра 7Ве позволяет предсказать величину его квадрупольного момента и, тем самым, получить еще одну возможность экспериментальной проверки тетраэдрной модели.

В конструкции ядра 7Ве (1,2)-узлы с нулевым зарядом «переходят» в вершины №6 и №7, а все заряженные узлы располагаются в 4-х вершинах нулевой ячейки. Ситуация полностью аналогична той, которая имеет место в ядре 6Li, на основании чего можно заключить, что внутренний квадрупольный момент 7Ве должен иметь примерно такую же величину, как внутренний квадрупольный момент 6Li, т.е. Q0(7Ве) ~ -0,82 Фм2.

Спин ядра 7Ве равен 3/2, поэтому проекционный коэффициент равен k = 1/5, и в итоге получаем Q(7Ве) ~ (1/5)*Q0(7Ве) ~ -0,16 Фм2.

Эту оценку несложно уточнить и сравнить с экспериментальным значением Q(7Ве), когда эта величина будет измерена. Несмотря на внешнюю похожесть конструкций зеркальных ядер 7Li и 7Ве, их квадрупольные моменты должны различаться на 2 порядка: такое различие трудно не заметить.


Примечание. Косвенным указанием в пользу сделанного вывода служит то, что в базе Ядерных данных МГУ указано, что величина Q(7Ве) неизвестна. Можно предположить, что эксперименты по измерению Q(7Ве) уже были поставлены (ядро 7Ве очень подходит для экспериментов), но вследствие дополнительного уменьшения сферической несимметрии в расположении 4-х заряженных узлов в 7Ве, величина Q(7Ве) оказалась еще на 1-2 порядка меньше приведенной оценки, и ее не смогли измерить.


III. Холодный ядерный синтез на ядрах 7Li

Описанная конструкция ядра 7Li открывает путь к осуществлению синтеза ядер при низких температурах: к овладению «холодным ядерным синтезом».

Внутренняя полость в ядерной конструкции 7Li образована не только нулевой ячейкой, но также двумя соседними ячейками, имеющими вершины №6 и №7: внутренняя полость имеет достаточно большой объем, равный объему 3-х ячеек ядерного каркаса.

Еще более важно, что внутренняя полость не отделена от внешнего пространства слоем нуклонов, а соединена с ним отверстием: грань (123) не закрыта нуклоном. Через это отверстие электроны способны попадать во внутреннюю полость и накапливаться в ней. Когда число электронов в полости достигнет 4-х единиц, эффективный заряд ядра 7Li станет отрицательным (q = -1), и ядро начнет притягиваться к обычным ядрам с положительным зарядом, что позволит данным ядрам вступать в непосредственный контакт друг с другом, результатом чего станет протекание ядерных реакций.

Данные реакции не требуют преодоления кулоновского барьера: кулоновское взаимодействие ядер не только не препятствует протеканию реакций, но, благодаря изменению знака, делает ядерные реакции необходимыми: данные реакции могут протекать при сколь угодно низких температурах (даже вблизи абсолютного нуля).

Наиболее вероятным результатом такой реакции станет отделение от ядра 7Li одного нейтрона и присоединение этого нейтрона ко второму ядру, которое участвует в реакции. Это означает, что будет иметь место реакция: АХ + 7Li = 6Li + А+1Х.

В частности, если вторым ядром является 58Ni, то будет образовываться ядро 59Ni, которое, в свою очередь, также может вступать в реакцию с модифицированным ядром 7Li (обладающим отрицательным эффективным зарядом) с образованием ядра 60Ni, и т.д. вплоть до ядра 62Ni, после чего присоединение новых нейтронов потребует затрат энергии (реакция станет эндотермической). Расчет энергии, выделяющейся в указанном цикле ядерных реакций с одним исходным ядром 58Ni, был произведен в работе [4], в которой был впервые описан данный механизм.

Вероятно, именно данный механизм реализуется в генераторе Росси. Во всяком случае, в эксперименте по проверке работоспособности генератора Росси, проведенным европейскими учеными в 2014 году, было обнаружено изменение изотопного состав исходных и конечных продуктов реакции, которое прямо указывает на протекание реакции по слиянию ядер лития и никеля:

1. в исходном состоянии было примерно 92% 7Li и 8% 6Li, а по окончании эксперимента соотношение этих изотопов оказалось прямо противоположным,

2. аналогичная инверсия произошла с изотопным составом никеля: сначала были изотопы 58Ni и 60Ni, а по окончании почти весь никель принял форму изотопа 62Ni.

Описанный механизм превращения положительно заряженных ядер 7Li в отрицательно заряженные может реализоваться и для ядер 3Н и 3Не, поскольку в ядерной конструкции этих ядер также имеется отверстие, которое соединяет (пустую) нулевую ячейку с внешним пространством и через которое электроны могут попасть в эту ячейку.

В первую очередь, это касается ядра 3Н: для придания отрицательного заряда достаточно, чтобы во внутренней полости 3Н оказалось всего 2 электрона.


Примечание. Возможно, именно данный механизм реализовался в эксперименте Флейшмана-Понса 30-летней давности. Данное утверждение легко проверить: следует повторить эксперимент Флейшмана-Понса, существенно увеличив концентрацию трития в рабочем электролите. Насыщение электролита только дейтерием не достаточно, поскольку дейтрон не обладает ядерной конфигурацией, требуемой для осуществления холодного ядерного синтеза. Кроме того, желательно создать условия (химически или дополнительным подогревом), при которых тритий будет легко освобождаться от своего электрона.


Одно из главных возражений против предлагаемого механизма осуществления холодного ядерного синтеза заключается в том, что электрон не может поместиться в столь маленьком объеме, каким является объем внутренней полости ядра: соотношение неопределенности «не дозволяет». Однако, при попадании во внутреннюю полость, природа электрона может претерпеть существенные изменения, и электрон перестанет подчиняться соотношению неопределенности.

Изменение природы электрона может произойти вследствие того, что поверхность внутренней полости «выслана» нуклонами, которые находятся в состоянии чрезвычайно быстрого вращения. Эти нуклоны подобно лопастям винта «перемалывают» попадающие в полость электроны, в результате чего связка прямых отделяется от центрального кора: этот кор (в форме односторонней сферы) «возвращается» в свою «геометрическую стихию» (во внешнее проективное пространство, из которого эта сфера была извлечена при рождении электрона), а составляющие связку прямые «наматываются» на вращающиеся нуклоны, распределяясь по лепесткам центрального кора этих нуклонов.

В итоге, от электрона остается лишь эта связка, которая изменяет кварковый состав нуклона, к которому она переходит. В результате такого перехода, протон может преобразоваться в нейтрон, а если на протон перейдут связки 2-х электронов, то в антипротон. Реализация второго случая будет приводить к аннигиляции.

Данный вариант осуществления холодного ядерного синтеза способен привести к созданию наиболее эффективных источников энергии, в которых будет выделяться 100% запасенной в частицах материи энергии.


Примечание. Вполне возможно, что данный процесс реализуется в некоторых типах астрофизических объектов.


Изложенный механизм холодного ядерного синтеза может быть подвергнут экспериментальной проверке. Данная проверка будет заключаться в исследовании возможности проникновения электронов во внутренние полости ядер 7Li, 3Н, 3Не.

Целесообразно провести, по крайней мере, 2 типа экспериментов:

1. облучение электронами образцов 7Li, ядра которых поляризованы перпендикулярно направлению распространения электронов,

2. облучение поляризованными ядрами 7Li образцов никеля (и других элементов, при взаимодействии с ядрами которых реакция будет экзотермической).


Заключение

Тетраэдрная модель ядра успешно справляется с задачей вычисления физических свойств обоих стабильных изотопов лития. Приведенные оценки магнитного и квадрупольного моментов ядер 6Li и 7Li носят, в основном, качественный характер. Причина состоит в том, что эти ядра содержат небольшое количество нуклонов, причем, в конструкции 6Li два нуклона испытывают индивидуальное вращение, а в конструкции 7Li вращаются 3 протона. Данные вращения приводят к сильной деформации ядерного каркаса, что затрудняет количественные оценки. В более тяжелых ядрах влияние отдельных нуклонов на ядерную конструкцию значительно меньше, и вычисления будет иметь большую точность.

Основным результатом данной работы является описание возможного механизма холодного ядерного синтеза, а также экспериментов, которые могли бы подтвердить или опровергнуть данный механизм. Автор предлагает Ядерным центрам, которые имеют возможность провести данные эксперименты, осуществить их в коллаборации с Академией Атомного Ядра.

Следующая работа будет посвящена исследованию ядерных конструкций четвертого и пятого элементов таблицы Менделеева.


Выводы

1. Тетраэдрная модель имеет несомненное преимущество перед оболочечной моделью, позволяя с единой точки зрения объяснить все ядерные эффекты и вычислить значения всех физических величин, которыми обладают ядра.

2. Ядерная конструкция 6Li имеет форму треугольного гептаэдра, построенного путем совмещения оснований конструкций 3Н и 3Не.

3. Ядерная конструкция 7Li составлена из конструкций 2-х ядер 3Н, соединенных встроенным между ними тетраэдром-протоном.

4. В конструкции 7Li имеется отрытый доступ к внутренней полости, составленной из нулевой и 2-х соседних ячеек, благодаря чему ядра 7Li являются наиболее вероятным кандидатом для реализации холодного ядерного синтеза.

5. Имеется возможность осуществления холодного ядерного синтеза на ядрах 3Н и 3Не.

6. Измерения электрического и магнитного моментов 7Ве способны в значительной степени подтвердить или опровергнуть тетраэдрную модель ядра.


ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Атомные ядра: от нуклона до оганесона (I) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 25609, 26.07.2019

2.

3. В.А. Шашлов, Строение ядер (II) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.24360, 20.03.2018

4. В.А. Шашлов, Как повысить эффективность «теплого» ядерного синтеза? // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.20325, 10.03.2015



В.А. Шашлов, Атомные ядра: от нуклона до оганесона (II) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.25645, 12.08.2019

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]

В начало документа

© Академия Тринитаризма
info@trinitas.ru