Цель работы – изложить принцип работы нового типа ядерного реактора, в котором будут осуществляться 2 процесса:

1. расщепление ядер ²Н, ³Н на протоны и нейтроны,

2. слияние нейтронов с ядрами тяжелых элементов.

Положительный выход энергии достигается за счет того, что энергия, выделяемая во втором процессе, превышает энергию, затрачиваемую в первом процессе.

В первом разделе описан принцип работы нового источника ядерной энергии.

Во втором разделе описаны некоторые детали нового ядерного цикла.

В третьем разделе указан путь экспериментальной проверки.

Главная идея данной работы впервые была изложена в работах [1,2].

В основу нового способа извлечения ядерной энергии положен следующий факт: удельная энергия связи (ɛ) нуклонов в ядрах ²Н, ³Н в несколько раз меньше, чем в более тяжелых ядрах. Это позволяет реализовать следующий механизм извлечения энергии:

1. осуществляется расщепление ядер ²Н, ³Н на протоны и нейтроны,

2. образовавшиеся нейтроны вступают в реакции с ядрами элементов средней части таблицы Менделеева,

3. разность энергии, выделившейся при встраивании нейтронов в тяжелые ядра, и энергии, затраченной на разрушение ядер ²Н, ³Н, составит полезный выход энергии.

Итак, предлагается реализовать ядерный цикл, в котором нейтроны будут переноситься из ядер ²Н и ³Н в ядра элементов средней части таблицы Менделеева.

В массивных ядрах энергия связи нейтронов по абсолютной величине больше, чем в ядрах ²Н, ³Н, поэтому при данном переходе будет происходить увеличение абсолютной величины энергии связи нейтронов: нейтроны опускаются (погружаются) в более глубокую потенциальную яму, в результате чего выделяется энергия, которая преобразуется в полезные виды энергии. Работа предлагаемого источника энергии осуществляется в полном соответствии с законом сохранения энергии.

По сравнению с существующей и планируемой (термоядерной) видами ядерной энергетики, данная разновидность будет обладать следующими достоинствами:

1. не требуется использовать уран или аналогичные элементы,

2. не требуется нагревать рабочее тело до сверхвысоких температур,

3. выделение энергии в расчете на один нуклон больше, чем при делении урана,

4. продуктами ядерного цикла могут быть ценные и редкие элементы.

1. В предлагаемом источнике энергии используется энергия, выделяющаяся в реакциях нейтронного захвата, в которых участвуют нейтроны, получаемые в результате разрушения дейтрона и тритона: ²Н → р + n, ³Н → р + n + n. Для расщепления ядер ²Н, ³Н используется небольшая часть выделяющейся в нейтронном захвате энергии, а большая часть преобразуется в полезные виды энергии.

2. Ядра дейтерия и трития, находящихся в твердом или жидком телах, могут быть разрушены, если подводимая энергия меньше энергии связи. Данный вывод можно обосновать, используя конструктивную модель ядра [3].

Согласно конструктивной модели, атомные ядра представляют собой нуклонные конструкции, в которых нуклоны соединены кварковыми узлами: узлы – это объекты размером в сотые доли Фм, в которые окружающие нуклоны вносят свои кварки. Среднее расстояние между кварками в кварковых узлах порядка 0,01 Фм, поэтому энергия их кулоновского взаимодействия достигает величины несколько Мэв, – этой энергии достаточно для удержания нуклонов в составе ядерных конструкций.

Особенностью конструкций ядер ²Н, ³Н является то, что они содержат всего один крепкий узел, на который приходится большая часть энергии связи, тогда как остальные узлы являются слабосвязанными: энергия связи этих узлов составляет всего доли Мэв. Чтобы разрушить ядерную конструкцию ²Н, ³Н, достаточно разорвать один наиболее слабый узел, для чего требуется энергия (0,1 - 0,3) Мэв: остальная часть конструкции разрушится самопроизвольно, – энергия будет взята из окружающей среды.

3. Наиболее эффективный способ разрушения слабых узлов в конструкциях ядер ²Н, ³Н – это внедрение данных ядер в электронные оболочки атомов. При попадании в электронную оболочку, вероятность столкновения ядра с электронами близка к 1. При таком столкновении, энергия кулоновского взаимодействия электрона с узлом может достичь величины, при которой разрушится данный узел и конструкция в целом.

В результате разрушения конструкции ядер ²Н, ³Н, образуются протоны и нейтроны, после чего образовавшиеся нейтроны вступают в реакции нейтронного захвата, которые можно рассматривать как реакции синтеза (поскольку продукты реакции – ядра, имеющие большую массу). Выделяющаяся в этих реакциях энергия будет с лихвой компенсировать все затраты на реализацию первой стадии ядерного цикла.

4. Успех в создании предлагаемого ядерного реактора будет определяться правильным выбором элементов, в электронные оболочки которых будут внедряться ядра ²Н, ³Н, и с ядрами которых будут сливаться нейтроны, образующиеся при распаде ²Н, ³Н.

В качестве рабочего тела, в наибольшей степени подходят элементы, которые обладают возможно большим числом нерадиоактивных изотопов: данные ядра будут захватывать большее число нейтронов, не переходя в радиоактивное состояние.

5. В конце цепочки реакций нейтронного захвата образуется нейтронно-избыточное ядро, которое испытывает β-распад, и на его основе формируется атом нового элемента: таким образом можно нарабатывать ценные и редкие элементы.

Реальность создания предлагаемого источника ядерной энергии может быть проверена в экспериментах по облучению металлов пучками ионов дейтерия и трития.

При оптимальной энергии, а также плотности и поляризации пучков ядер ²Н, ³Н, ядра будут проникать в электронные оболочки атомов и осуществлять описанный ядерный цикл. В случае успешного завершения экспериментов, можно будет приступить к конструированию демонстрационного реактора.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Физика холодного ядерного синтеза // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27426, 19.11.2021

2. В.А. Шашлов, Новый механизм Холодной Трансмутации Ядер // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 28059, 10.09.2022

3. В.А. Шашлов, Нуклоны и ядра (II) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27823, 30.04.2022