В течение последних 8 лет автором разрабатывается модель атомного ядра, в которой нуклоны представляются в виде прямоугольных тетраэдров, а кварки расположены в вершинах основания этих тетраэдров. Данная модель вытекает из проективной модели строения материи, согласно которой все частицы материи построены из объектов, принадлежащих проективному пространству: это замкнутые односторонние поверхности и связки проективных прямых [1,2].

В частности, все нуклоны построены на основе одностороннего трилистника (поверхности Боя). В первом приближении форму одностороннего трилистника можно моделировать прямоугольным тетраэдром, что обуславливает возможность представления нуклонов в виде прямоугольных тетраэдров.

Особенностью модели нуклонов на основе одностороннего трилистника является то, что кварки не обладают способностью свободного перемещения внутри трилистника, а постоянно находятся в вершинах его лепестков, т.е. в вершинах основания моделирующих трилистники прямоугольных тетраэдров.

Из модели нуклонов в виде прямоугольных тетраэдров с кварками в вершинах основания непосредственно вытекает модель атомного ядра, как конструкций из прямоугольных тетраэдров, собранных путем объединения вершин их оснований.

При сближении тетраэдров-нуклонов вершинами своих оснований, кварки соседних нуклонов сближаются на расстояние, много меньшее размеров самих нуклонов: это расстояние уменьшается до сотых долей Фм, вследствие чего кулоновская энергия между кварками достигает величины в несколько Мэв. В расчете на один кварк, энергия кулоновского притяжения составляет (2,5-3) Мэв, поэтому в расчете на один нуклон, энергия связи достигает 3*(2,5-3) ~ (7,5-9) Мэв.

Данная величина полностью соответствует экспериментальному значению удельной энергии связи нуклонов в ядрах, что делает излишней гипотезу о существовании между нуклонами сильного взаимодействия: нуклоны объединяются в ядра за счет кулоновского взаимодействия сближенных друг с другом кварковых зарядов.

В данной работе, предназначенной для экспериментаторов, будем рассматривать еще более простую модель нуклона: от прямоугольного тетраэдра оставим только его основание, и будем рассматривать нуклон в виде правильного треугольника. Протон и нейтрон будем представлять в виде правильного треугольника, у которого стороны имеют величину а ~ 1,7 Фм, а отличие между ними состоит лишь в том, что у протона в вершинах треугольника находятся кварки (u,u,d), а у нейтрона –кварки (u,d,d).

Рассмотрим сразу 4 нуклона: 2 протона и 2 нейрона, и зададимся вопросом: какая наиболее жесткая конструкция может быть построена из этих 4-х нуклонов, если все они представляются правильными треугольниками? Ответ очевиден: это правильный тетраэдр, гранями которого служат данные треугольники. При построении данного тетраэдра, в каждой вершине собираются вершины 3-х треугольников: в каждой вершине происходит объединение 3-х кварков. Нетрудно проверить, что 2 вершины правильного тетраэдра будут иметь кварковый состав (u,u,d), а 2 другие вершины – (u,d,d).

Примечание 2. Вершины (u,u,d) и (u,d,d) в точности воспроизводят кварковый состав протона и нейтрона. Фактически – это «мини-протон» и «мини-нейтрон», имеющие в (30-50) раз меньшие размеры: отличие данных вершин от протона и нейтрона лишь в том, что все 3 кварка принадлежат разным нуклонам, и расстояние между кварками в (30-50) раз меньше расстояния между кварками в отдельных нуклонах.

Данная ядерная конструкция представляет собой ядро гелия-4 и описывается кварковой формулой {⁴Не} = {(2,1)₁, (1,2)₂, (1,2)₃, (2,1)₄}. Наглядно конструкцию ядра ⁴Не легко представить с помощью рис. [3]. Тетраэдр, образованный из 4-х правильных треугольников-нуклонов, выделен коричневым цветом. Тройки кварков (u,u,d), (u,d,d), (u,d,d), (u,u,d) располагаются в вершинах №№ 1,2,3,4. Все 4 прямоугольных тетраэдра, которые изображают нуклоны, совмещены своими основаниями с гранями (1,2,3), (2,3,4), (3,4,1), (4,1,2), а прямоугольные вершины этих тетраэдров «смотрят» в направлении вершин №№ 8,6,7,5.

Ядра содержащие большее количество нуклонов, устроены аналогичным образом. Любое ядро содержит ядерный каркас, построенный из правильных тетраэдров путем наложения граней. Данные тетраэдры выполняют функцию ячеек ядерного каркаса, в которые встраиваются входящие в ядро прямоугольные тетраэдры-нуклоны (их объем в 2 раза меньше объема ячейки), что приводит к образованию ядер.

Встраивание происходит путем наложения на грани ячеек каркаса оснований тетраэдров-нуклонов. При этом, все входящие в состав нуклонов кварки оказываются расположенными вокруг вершин данных ячеек, вследствие чего в этих вершинах образуются (n,m)-узлы, содержащие (n) u-кварков и (m) d-кварков. Именно кулоновское притяжение кварков в (n,m)-узлах скрепляет нуклоны в ядра.

Ядро представляет собой совокупность тетраэдров-нуклонов, встроенных в ячейки ядерного каркаса, образованного правильными тетраэдрами, и соединенных кулоновским притяжением кварков, собранных в вершинах ячеек в (n,m)-узлы.

Ознакомившись с конструкций ядра ⁴Не и поняв принцип построения ядерных конструкций всех ядер, легко представить строение ядер ³Н и ⁷Li.

Ядро ³Н представляет собой «недостроенную» конструкцию ядра ⁴Не: если убрать один тетраэдр-протон, присоединенный к нижней грани нулевой ячейки, то оставшиеся 3 тетраэдра-нуклона, располагающиеся своими основаниями на 3-х боковых гранях нулевой ячейки, образуют конструкцию ³Н. Будем считать, что основание тетраэдра-протона совмещено с гранью (124), а основания тетраэдров-нейтронов – с гранями (234) и (134).

Конструкция ядра ⁷Li имеет похожее строение: нужно лишь заменить каждый из 2-х тетраэдров-нейтронов на конструкцию ядра ³Н. Это означает, что из ячеек (2346) и (1347), внутри которых находятся нейтроны в ядре ³Н, следует убрать эти нейтроны, а вместо них на боковых гранях этих ячеек (2346) и (1347) построить конструкции ядер ³Н.

В итоге, конструкция ядра ⁷Li имеет следующий вид: непарный тетраэдр-протон размещен на передней грани (124) и к нему «приставлены» две конструкции ядер ³Н, имеющие общее ребро (34) между собой и общие ребра (14) и (24) с тетраэдром-протоном.

Сами ячейки (2346) и (1347) остаются незанятыми нуклонами: все 6 нуклонов, образующие два ядра ³Н, располагаются на боковых гранях этих 2-х ячеек. Вместе с нулевой ячейкой (1234), указанные две ячейки (2346), (1347) образуют полость внутри ядерной конструкции ⁷Li (объем этой полости в 3 раза больше, чем в ядре ³Н).

Особенностью конструкций ³Н и ⁷Li является то, что имеющиеся внутри них полости соединены с внешним пространством отверстием, каковым является основание нулевой ячейки: в обоих ядерных конструкциях грань (123) не закрыта нуклоном. Данная особенность является ключевым фактором для использования ядер ³Н и ⁷Li в реакциях ХЯС: эти реакции могут протекать вследствие того, что в данные полости проникают электроны, что приводит к уменьшению эффективного заряда, и, если этот заряд уменьшится до нуля, потенциальный барьер реакции полностью исчезнет.

Первой стадией процесса, который способен привести к ядерной реакции между ядрами ³Н или ⁷Li и ядрами других элементов, является внедрение ядер ³Н или ⁷Li в электронные оболочки атомов этих элементов. Попав внутрь электронной оболочки, ядра ³Н или ⁷Li могут «прихватить» один или 3 электрона на свои электронные орбиты и превратиться в обычные атомы трития или лития, – в этом случае ядерные реакции станут невозможными. Однако имеются 2 фактора, которые мешают этому процессу:

1. электроны, входящие в состав электронной оболочки, в которую попали ядра ³Н или ⁷Li располагаются слишком близко к ядрам ³Н или ⁷Li, поэтому переход этих электронов на электронные орбиты, характерные для атомов трития или лития, затруднен,

2. ядро атома, в электронную оболочку которого попали ядра ³Н или ⁷Li, сопротивляется тому, чтобы его электроны вошли в состав другого ядра.

Совокупность этих 2-х причин приводит к тому, что ядра ³Н или ⁷Li могут в течение длительного времени находиться внутри электронной оболочки чужого атома, где с ними будут сталкиваться электроны. С определенной вероятностью электроны попадут в отверстие в ядерных конструкциях ³Н или ⁷Li и окажутся во внутренней полости.

Считается, что электроны не способны находиться в столь малом объеме, поскольку это приведет к неопределенности их энергии нескольких сотен Мэв. Однако, имеются 2 причины, благодаря которым это не может помешать процессу синтеза.

Во-первых, энергия, которую приобретает электрон, находящийся в небольшом объеме, носит виртуальный характер, т.е. возникает в течение очень короткого времени, и именно за счет этой энергии, переданной электроном ядру, это ядро сможет преодолеть потенциальный барьер реакции синтеза.

Во-вторых, внутри полости, стенки которой образованы нуклонами, которые вращаются (спин непарных нуклонов не компенсируется, и эти нуклоны сохраняют собственный момент количества движения), электрон может быть разделен на свои составные части: жесткий кор (в виде односторонней сферы) и связку проективных прямых, а для этих частей соотношение неопределенностей не применимо.

Вместе с тем, оказавшиеся внутри ядра отрицательные заряды способны уменьшить эффективный заряд ядер ³Н или ⁷Li до нуля. В этом случае, кулоновский барьер на пути слияния данных ядер с обычными ядрами перестает существовать, и реакции синтеза смогут протекать при обычной температуре.

Полный теоретический анализ описанного процесса весьма сложен: нужно рассчитать вероятности реализации всех перечисленных этапов. Однако проще сразу проверить реальность данного процесса на экспериментальных установках, тем более, что изготовление этих установок не вызовет особых сложностей.

III. Эксперименты по обнаружению холодного ядерного синтеза

Эксперименты для проверки возможности реализации холодного ядерного синтеза в соответствие с описанным механизмом, могут быть реализованы следующим образом.

Данный эксперимент полностью повторяет эксперимент Флейшмана-Понса, только дейтериевую (тяжелую) вода ²Н₂О следует заменить на тритиевую (сверхтяжелую) воду ³Н₂О. Для катодов из палладия и титана основные реакции будут иметь вид:

¹⁰⁶Рd + ³H = ¹⁰⁸Рd + ¹H + 7,28 Мэв,

⁴⁸Ti + ³H = ⁵⁰Ti + ¹H + 10,6 Мэв,

Энергетический выход реакций определен из Банк ядерных данных МГУ [4].

Наряду с выделением большого количества энергии, дополнительными критериями протекания описанных реакций будет являться появление обычных протонов, а также изменение изотопного состава катода: по окончании работы будут преобладать более тяжелые изотопы палладия и титана. Наличие всех 3-х указанных проявлений станет достаточным основанием, чтобы убедиться в протекании ядерных реакций.

2. Эксперимент с ядрами ⁷Li.

Для проверки реакций холодного ядерного синтеза с участием ядер ⁷Li электролитическая ячейка мало подходит, поскольку в ней трудно получить 3-кратно ионизованные атомы лития, т.е. ионы ⁷Li⁺⁺⁺. Поэтому эксперимент следует проводить в вакуумной камере. Катод из никеля (или других элементов) целесообразно изготовить в виде полой сферической поверхности, а анод расположить в центре данной сферы.

Тонкие пластинки лития-7 (их можно изготовить в виде сферических секторов) помещаются в пространстве между анодом и катодом. При пропускании через пластинки сильного тока, пластинки «перегорают», создавая газ из атомов и ионов лития ⁷Li⁺. Одновременно, между катодом и анодом прикладывается высокое напряжение, за счет которого происходит ионизация до ⁷Li⁺⁺⁺. Эти ионы попадают на внутреннюю поверхность сферы, где происходит реакция ХЯС. Энергетический выход реакции ядер лития с ядрами никеля был приведен в работе [5].

Реализация описанных источников энергии сопряжена с немалыми сложностями, однако эти сложности вполне преодолимы. Важно уже в ближайшие годы осуществить предлагаемые эксперименты, после чего можно будет усовершенствовать конструкцию с точки зрения минимальной цены и максимального энергетического выхода. В этом случае практическое использование источников энергии на основе холодного ядерного синтеза может опередить использование источников с «управляемым» термоядерным синтезом, появление которых постоянно откладывается на несколько десятилетий и, судя по всему, вряд ли будет доведено до конца.

1. В ядерных конструкциях ³Н и ⁷Li имеется отверстие, соединяющее центральную полость с внешним пространством.

ЛИТЕРАТУРА

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

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

3.

4. Банк ядерных данных МГУ:

4.1. Calculator for Nuclear Reaction Threshold and Energy Values 1

4.2. Calculator for Nuclear Reaction Threshold and Energy Values 2

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

---

В.А. Шашлов, Два эксперимента для обнаружения холодного ядерного синтеза // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.25763, 27.09.2019

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]