Ядерные трансмутации — это превращение одного химического элемента в другой или преобразование изотопов. Энергетика ядерных преобразований в миллионы раз выше энергий, характерных для химических реакций. Трансмутации происходят либо с помощью ядерных реакций (в которых внешняя частица реагирует с ядром), либо посредством радиоактивного распада. Радиоактивный распад, использующий внутриядерные запасы энергии, не требует внешнего воздействия. А ядерные преобразования стабильных элементов, как считалось до недавнего времени, возможны только при очень высокой энергии взаимодействующих частиц, достижимых в ускорителях или при температурах миллионы и миллиарды градусов. Даже если они энергетически выгодны. Это связано с тем, что при тесном сближении ядер возникают огромные силы отталкивания ("кулоновский барьер"). Понятный способ пробить эту стену - применение снарядов - ядер достаточно высокой энергии. Единственное исключение - нейтрон, для которого "кулоновский барьер" не существует, так как эта частица не имеет электрического заряда. Нейтрон имеет возможность реагировать с ядрами любых элементов при любой сколь угодно малой кинетической энергии.

Взаимодействие нейтронов с веществом исследовано досконально. Особенно интенсивно взаимодействуют с веществом нейтроны низких энергий: тепловые (т.е. находящиеся в тепловом равновесии с окружающей средой), холодные и ультрахолодные. Продуктами захвата нейтронов являются более тяжелые изотопы тех же элементов, в том числе, радиоактивные. Ядра возникают в возбуждённых состоянии. Это происходит независимо от кинетической энергии нейтронов, так как ядра возбуждаются не в результате соударений (это ничтожная добавка), а по причине добавления гигантской энергии покоя нейтрона. Переходы в основные состояния происходят в результате излучения гамма квантов. Радиоактивность с испусканием альфа и бета частиц и гамма квантов, а так же жёсткое "захватное" гамма излучение всегда сопутствуют взаимодействию нейтронов с веществом, независимо от их энергии.

Феномен холодных ядерных трансмутаций (устаревший термин "холодный ядерный синтез") состоит в том, что при некоторых условиях (электролиз, плотная плазма, горячие металлы, кавитации и др.) преобразования на ядерном уровне (появление изначально отсутствующих химических элементов и изотопов, сопровождаемое выделением энергии, многократно превышающей возможности химических реакций) возможны без частиц высоких энергий или крайне высоких температур. Причём, эти процессы происходят без испускания жёстких ядерных излучений и не сопровождаются радиоактивностью.

До недавнего времени считалось, что такое невозможно. До сих пор нет убедительного объяснения этого феномена. Однако массив накопленных убедительных экспериментальных результатов столь велик, что ссылки скептиков на неграмотность экспериментаторов и низкое качество опытов уже не работают. Феномен реален, и он чреват созданием дешёвой чистой энергетики нового типа с неограниченными ресурсами.

Интенсивные исследования этого феномена начались после экспериментов Флейшмана и Понса по электролизу тяжёлой воды в ячейке с палладиевыми электродами (1989 г). Было обнаружено аномально большое выделение тепла. Предполагалось, что выделяющийся в процессе электролиза дейтерий растворяется в палладии. Концентрация ядер дейтерия становится столь высокой, что с некоторой вероятностью становится возможным преодоление"кулоновского барьера" и протекание ядерной реакции слияния двух ядер дейтерия в ядро гелия. Тот же самый термоядерный синтез, но вместо высокой температуры большая плотность.

Дальнейшие исследования показали, что феномен намного обширнее синтеза лёгких элементов. "Холодные" ядерные трансмутации были обнаружены в разнообразных экспериментах, в различных веществах, в том числе, не содержащих водорода (дейтерия). Поражает разнообразие возникающих новых химических элементов. Например, в результате обработки воды мощным электрическим разрядом на установке Вачаева-Иванова возникло множество изначально отсутствующих химических элементов от лития до свинца. Больше всего железа. Чтобы собрать ядро железа, надо объединить протоны и нейтроны, содержащиеся в трёх молекулах воды, и четыре электрона. Предположение о том, что здесь происходит нечто подобное термоядерному синтезу, не может даже приблизиться к объяснению совокупности обнаруженных свойств феномена.

Идея о том, что в процессе холодных ядерных трансмутаций участвуют нейтроны, выглядит привлекательной, и на первом этапе исследований феномена она была популярной. Действительно, протоны, содержащиеся в водородосодержащих веществах, в принципе, могут присоединить электроны и превратиться в нейтроны. Проблема в том, что для этого необходимо затратить огромную энергию. Но допустим, что существует некий механизм внесения нужной энергии. Для нейтронов нет "кулоновского барьера", и они захватываются ядрами окружающего вещества. Образуется более тяжёлый изотоп того же элемента. Если он радиоактивен, после распада возникает другой элемент. Цепочка радиоактивных распадов породит некоторую совокупность новых элементов.

Эта идея хороша тем, что она даёт экспериментально проверяемые выводы. Можно предсказать возможные пути радиоактивных преобразований. Для них известны энергии возникающих частиц и гамма квантов. Если присутствует бета плюс распад, при аннигиляции позитронов возникают гамма кванты с характерной энергией. Но, главное, уже просто при захвате нейтронов излучаются жёсткие гамма кванты. Всё это нетрудно проверить обычными ядернофизическими методиками. Но предсказания не нашли подтверждений. Легче всего было бы обнаружить гамма излучение. Однако, около установок, в которых идут процессы холодных ядерных трансмутаций, уровень гамма излучения мало отличается от естественного фона. Уже одно это показывает несостоятельность идеи о нейтронах как причине холодных ядерных трансмутаций.

Интересно, что отсутствие заметного отклика детекторов гамма излучения сочетается с весьма значительным откликом некоторых приборов, предназначенных для регистрации нейтронов. Но если бы это были нейтроны, неизбежно было бы и гамма излучение. Понятно, что регистрируются не нейтроны. Пока можно говорить только о том, что на установках, в которых идёт процесс холодных ядерных трансмутаций, генерируется некий агент (природу которого ещё предстоит установить), который производит ядерные трансмутации не только внутри установки, но и вблизи от неё. В приборах, предназначенных для регистрации нейтронов, используются датчики, содержащие бор, литий или гелий-3. Эти вещества реагируют с нейтронами с образованием альфа частиц или протонов, которые уже легко регистрируются сцинтилляционными или иными детекторами ионизирующих излучений. Не удивительно, что эти приборы реагируют и на агент, вызывающий ядерные трансмутации, так как среди продуктов трансмутаций этих веществ есть и ядра гелия (альфа частицы), и протоны.

Что делать, от столь привлекательной на первый взгляд идеи о нейтронах как причине холодных ядерных трансмутаций приходится отказаться. Феномен намного сложнее, а значит и намного интереснее, чем это казалось в начале исследований и до сих пор кажется некоторым энтузиастам, не имеющим глубоких знаний в области ядерной физики и личного опыта ядернофизических исследований. Теория холодных ядерных трансмутаций должна не просто показать их возможность, но и объяснить такие удивительные свойства феномена, как огромное разнообразие возникающих химических элементов, отсутствие (или крайне малая интенсивность) жёстких ядерных излучений и радиоактивности, необязательность участия водорода, чётко обозначить условия, благоприятные для холодных ядерных трансмутаций.