|
|
В.А. Шашлов
Нуклоны имеют форму одностороннего трилистника. Кварки расположены в вершинах лепестков трилистника. Ядра образуются, когда нуклоны сближаются вершинами лепестков и находящиеся в них кварки объединяются в кварковые узлы. Ядра представляют собой нуклонные конструкции, скрепленные кварковыми узлами. Каждое ядро обладает своим видом нуклонной конструкции.
Цель работы
Цель работы – указать пути решения 2-х самых главных проблем ядерной физики:
1) как устроены нуклоны и какова их форма?
2) как нуклоны объединяются в ядра и каково строение ядер?
Содержание работы
В первой части описана модель нуклона в форме одностороннего трилистника.
Во второй части описана модель атомных ядер в виде нуклонных конструкций.
В третьей части рассмотрено применение конструктивной модели атомных ядер для создания нового класса источников ядерной энергии.
I. Строение нуклонов и адронов
Суть предлагаемой модели нуклона:
1. в состав нуклона входит жесткий керн в форме поверхности Боя,
2. в состав нуклона входит связка аффинно-проективных RАP1-прямых.
Примечание 1. Поверхность Боя имеет вид трилистника: замкнутой поверхности, составленной из 3-х односторонних сфер (лепестков), имеющих одну общую точку.
Примечание 2. Связка – это совокупность прямых, которые проходят через фиксированную точку, в нашем случае, через центр (тройную точку) поверхности Боя.
Точно так же устроены все адроны: каждый адрон представляет собой объединение поверхности Боя и связки RАP1-прямых.
Адроны образуются, когда центр связки RАP1-прямых совмещается с центром поверхности Боя. В этом случае, каждая прямая связки пересекает поверхность и в точках пересечения происходит их соединение, в результате чего образуется тот или иной вид адронов (в зависимости от способа распределения связки по лепесткам поверхности Боя).
Кварками служат лепестки поверхности Боя, соединенные с определенной долей связки прямых. Эта доля может иметь только 2 значения: 1/3 и 2/3, поэтому абсолютная величина заряда лепестка (кварка) может иметь только 2 значения: (1/3)е и (2/3)е, здесь е – единичный заряд, создаваемый полной связкой прямых.
Таким образом, кварки не являются независимыми (элементарными) частицами: кварки – это вторичные частицы, которые образуются, когда связка прямых распределяется по лепесткам поверхности Боя.
Излишним является и постулат Стандартной модели о существовании цветового взаимодействия, которое удерживает кварки в составе адронов. Кварки не требуется «удерживать», поскольку они образованы на основе лепестков поверхности Боя, которые являются ее неотъемлемыми элементами: наличие кварков в составе адронов не требует обмена какими-либо частицами, также как этого не требуют лепестки поверхности Боя.
Примечание. Существование кварков является следствием того, что адроны построены на основе поверхности Боя: кварки существуют с той же степенью необходимости, с которой в состав поверхности Боя входят лепестки.
Данная модель объясняет основные свойства кварков:
1) конфайнмент,
2) дробный заряд величиной (1/3)е и (2/3)е.
1) Конфайнмент является следствием неотделимости лепестков поверхности Боя: лепестки невозможно оторвать от поверхности Боя без того, чтобы не разрушить, как саму поверхность, так и лепестки, на основе которых формируются кварки.
2) Дробный заряд кварков объясняется тем, что при распределении связки по трем лепесткам поверхности Боя, связка делится на 3 равные части, поэтому при соединении указанных частей с лепестками, формируются заряды кратные (1/3)е.
Связки прямых наделяют лепестки поверхности Боя не только зарядом, но также массой и спином. Составляющие связку аффинно-проективные RАP1-прямые обладают натяжением, вращением, кручением, и каждое из этих свойств порождает одно из 3-х физических свойств частицы: заряд порождается вращением, масса – натяжением, а спин – кручением RАP1-прямых [1].
Примечание. Все 3 фундаментальные физические величины обладают единой природой: масса, заряд, спин имеют единый носитель – связку RАP1-прямых.
Кварковые заряды и спины располагаются в вершинах лепестков поверхности Боя, поэтому кварками можно считать данные вершины.
Зная, как распределены по объему нуклона массы, заряды и спины, можно определить все физические параметры нуклона: положение оси вращения, момент инерции и частоту вращения, расстояние от оси вращения до каждого кварка. В свою очередь, определив эти параметры, можно вычислить магнитные моменты нуклонов: аномальные моменты нуклонов порождаются кольцевыми токами, которые создает вращение кварков вместе с вращением нуклонов, как целого.
Примечание. Нуклон находится в состоянии вращения, поскольку ему передает свой момент количества движения некомпенсированный спин непарного кварка.
II. Конструктивная модель ядра
Существующие модели атомных ядер исходят из «самоочевидного» положения, что нуклоны имеют сферическую форму. Новая модель нуклона утверждает, что нуклоны имеют форму трилистника, из чего следует необходимость уточнения существующих моделей. Более того, появляется возможность построить принципиально новую модель ядра, в которой нуклоны скрепляются вершинами своих лепестков.
Действительно, при сближении нуклонов вершинами лепестков, находящиеся в них кварки также сближаются и образуют кварковый узел. В зависимости от расположения u-кварков и d-кварков, кварковый узел может быть как стабильным, так и нестабильным.
Стабильными будут узлы, в которых кулоновская энергия взаимодействия разноименных зарядов по абсолютной величине превышает энергию отталкивания одноименных зарядов (суммарная энергия отрицательна). Для этого, количество (+) и (-) зарядов в узле должно быть примерно одинаковым, и заряды с меньшей абсолютной величиной должны располагаться ближе к центру, а заряды противоположного знака – ближе к поверхности кваркового узла.
Для образования стабильного кваркового узла существенно, что кварки не являются свободными зарядами: они удерживаются лепестками нуклонов, в состав которых они продолжают входить. Кварковые заряды можно рассматривать как заряженные концы (полюса) 3-х диполей, которые образуют стороны правильного треугольника. Совокупность данных 3-х диполей описывает электрическую структуру нуклона (данные 3 диполя можно рассматривать как один 3-полюсный 3-поль).
Поскольку нуклоны являются аналогами диполей, то взаимодействие между ними осуществляется точно также, как взаимодействие обычных диполей, только зависимость от расстояния и ориентации является более резкой (из-за наличия не 2-х, а 3-х полюсов).
Данный механизм объясняет все свойства сильного взаимодействия между нуклонами, например, изменение знака взаимодействия на расстоянии ~ 0,5 Фм: на этом расстоянии керны нуклонов приходят в непосредственный контакт друг с другом, вследствие чего дальнейшее сближение становится невозможным.
Процесс объединения нуклонов в ядра – это процесс «слипания» нуклонов, как 3-полюсных 3-полей. Ядра образуются, когда нуклоны приходят в контакт вершинами своих лепестков, и расположенные в вершинах кварки объединяются в кварковые узлы.
Величина кулоновской энергии, скрепляющей кварки в кварковом узле, зависит от размеров узла. Этот размер в 30 раз меньше размера нуклона, т.е. имеет величину порядка 0,03 Фм. При оптимальном расположении зарядов, удельная энергия связи кварков в кварковом узле столь малых размеров (в расчете на один кварк) имеет величину ~ 3 Мэв.
Связь между кварками в кварковых узлах создает связь между нуклонами, которые вносят свои кварки в данный узел. Поскольку нуклон вносит свои кварки в 3 разных узла, то энергия связи в расчете на один нуклон может достигать 3*3 ~ 9 Мэв: этого достаточно, чтобы обеспечить связь в самых сильно-связанных ядрах Fe и Ni.
Таким образом, нуклоны могут связываться в ядра без участия сильного взаимодействия: достаточно, чтобы контакт между ними осуществлялся участками поверхности, в которых расположены кварки.
Конкретно, данный механизм реализуется следующим образом. Когда нуклоны сближаются вершинами своих лепестков, находящиеся в вершинах кварки сближаются на расстояние, много меньшее размеров самих нуклонов, и образуют новый физический объект – кварковый узел, содержащий 2, 3, 4, 5 … кварков.
Примечание. Количество кварков в узле равно числу нуклонов, которые вносят в данный узел кварки: каждый нуклон вносит в конкретный узел один кварк.
Функцию ядерного взаимодействия, связывающего нуклоны в ядра, выполняет кулоновское взаимодействие кварков, собранных в кварковые узлы.
Если конструктивная модель атомных ядер соответствует действительности, то в ядрах должны иметься многокварковые объекты. Такие объекты давно обнаружены экспериментально, но получили ошибочную интерпретацию, как флуктуации теплового движения нуклонов («флуктоны»). В действительности, многокварковые образования – это кварковые узлы.
Соответственно, изменяется и понимание роли многокварковых образований в структуре ядер: из «мимолетных» флуктуаций, не играющих никакой роли в строении ядер, данные образования становятся главными структурными элементами, скрепляющими нуклоны в ядерные конструкции.
Кварковые узлы, в которых собираются все имеющиеся в ядре кварки, более значимы, чем нуклоны (в которых кварков, фактически, не остается): именно кварковые узлы удерживают нуклоны в составе ядерных конструкций.
Согласно конструктивной модели ядра, атомные ядра представляют собой нуклонные конструкции, в которых все нуклоны и кварковые узлы занимают фиксированное положение. Эти конструкции имеют структуру спинового льда [2].
Конструктивная модель однозначно определяет распределение масс, зарядов и спинов по объему ядра. Чтобы найти эти распределения, достаточно построить модель предполагаемой конструкции данного ядра: положение нуклонов укажет координаты их центров масс, а положение кварковых узлов – координаты зарядов и спинов.
Определив данные координаты, можно вычислить все ядерные моменты данного ядра. Если значения моментов совпадут с экспериментальными величинами, это будет означать, что построенная модель конструкции ядра соответствует действительности.
Проведя данные вычисления для большого количества ядер и сравнив полученные значения спинового, электрического и магнитного моментов с экспериментальными величинами, можно убедиться в справедливости конструктивной модели.
III. Новый способ извлечения ядерной энергии
В конструкциях ядер 2Н и 3Н имеются нуклоны, которые в своих положениях равновесия совершают индивидуальные вращения, и только благодаря этому вращению, данные конструкции являются стабильными.
Данное вращение может быть нарушено, если в зазор между вращающимися нуклонами попадет частица (электрон), пусть даже очень небольшой энергии.
Примечание. Частица играет роль камушка, попавшего в часовой механизм.
Прекращение вращения приведет к разрушению конструкции данных ядер и их расщеплению на протоны и нейтроны: 2Н → p + n, 3Н → p + n + n.
Данные реакции требуют энергии: эта энергия черпается из тепловой энергии окружающих частиц. В результате, температура окружающей среды будет понижаться. Однако, высвободившиеся при расщеплении нейтроны будут вступать в реакции нейтронного захвата, в которых будет выделяться энергия, которая в несколько раз больше энергии, затраченной на расщепление этих ядер. Соответственно, баланс энергии при объединении этих реакций будет положительным и рабочее тело будет нагреваться.
Данный ядерный цикл предлагается использовать для извлечения ядерной энергии.
Фактически, в данном цикле будут осуществляться 2 процесса: в первом процессе нейтроны будут «выниматься» из неглубокой потенциальной ямы в ядрах 2Н, 3Н, а во втором – эти нейтроны будут «опускаться» в более глубокую потенциальную яму в ядрах элементов средней части таблицы Менделеева. При совместной реализации данных процессов будет происходить выделение энергии.
Для практической реализации предлагаемого источника энергии требуется создать многослойное рабочее тело, состоящее из слоев металлов и адсорбированных на них слоев дейтерия (трития). Нагрев данного рабочего тела будет приводить к ионизации дейтерия (трития), после чего начнется описанный ядерный цикл, который будет протекать в режиме цепной реакции.
Примечание. То, что на одном из этапов энергия будет поглощаться, не имеет принципиального значения: она будет с лихвой компенсирована на другом этапе.
Задача эксперимента в том, чтобы определить оптимальную толщину указанных слоев металла и атомов дейтерия (трития), чтобы в реализации описанного ядерного цикла приняло участие возможно большее число атомов.
Более подробно, работа предлагаемого источника энергии описана в [3].
Заключение
Данная работа предлагает новый подход к пониманию природы нуклонов и ядер.
Нуклоны обладают жестким керном, у которого имеется 3 выступающие части, в вершинах которых располагаются кварки. Атомные ядра образуются, когда нуклоны контактируют вершинами, и находящиеся в них кварки собираются в кварковые узлы, выполняющие функцию креплений нуклонов в ядерных конструкциях.
Атомные ядра – это конструкции, составленные из нуклонов в виде 3-полюсных 3-полей, соединенных своими полюсами. Данные конструкции имеют структуру спинового льда. Конструктивная модель ядра в виде спинового льда включает в себя все достоинства капельной и оболочечной моделей и свободна от их недостатков.
Предложенное понимание природы нуклонов и ядер существенно упрощает исходные постулаты Стандартной модели:
1. не требуется постулировать существование кварков, как элементарных частиц: кварки – это вторичные частицы, представляющие собой структурные элементы адронов, образованные из лепестков поверхности Боя, поскольку сами адроны образованы на основе поверхности Боя,
2. не требуется постулировать существование сильного взаимодействия в обоих своих разновидностях: функцию цветового взаимодействия выполняют геометрические свойства поверхности Боя, а функцию ядерного взаимодействия выполняет кулоновское взаимодействие кварков в кварковых узлах.
Выводы
1. Нуклоны обладают жестким керном в форме 3-х лепестковой поверхности Боя, в вершинах которой располагаются кварки.
2. Атомные ядра образуются, когда нуклоны вступают в контакт вершинами лепестков и находящиеся в них кварки собираются в кварковые узлы.
3. Атомные ядра представляют собой нуклонные конструкции, в которых нуклоны скреплены кварковыми узлами.
4. Каждое ядро имеет свой вид нуклонной конструкции, в которой положение нуклонов и кварковых узлов строго фиксировано.
5. Нуклонные конструкции имеют структуру спинового льда, в котором носителями спина и заряда служат кварковые узлы.
6. Описан принцип работы нового источника ядерной энергии, сочетающего достоинства источников на основе расщепления и синтеза ядер.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.А. Шашлов, Единая природа массы, заряда, спина, квантов действия и квантов света // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 28347, 22.02.2023
2. В.А. Шашлов, Атомное ядро - спиновый лед // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 26249, 30.12.2022
3. В.А. Шашлов, Третий путь ядерной энергетики // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 28197, 30.11.2022
В.А. Шашлов, Новый взгляд на структуру нуклонов и ядер // «Академия Тринитаризма», М.,
 |