В статье поднимается вопрос о пересмотре электродинамики Максвелла и отказе от калибровки Лоренца. Сравнительно скромные результаты многолетней работы коллектива НИЦ «Курчатовский институт» над созданием термоядерных реакторов на базе токамаков, во многом обусловлены значительным отличием реальной электродинамике токамаков от электродинамики Максвелла. Туннельный эффект открывает путь к созданию действительно управляемого ядерного синтеза.

Ключевые слова: Токамак (тороидальная камера для плазмы с магнитными катушками), тороидальное (несиловое) магнитное поле, полоидальное (силовое) магнитное поле, векторный потенциал А.

The paradoxes of electrodynamics, nuclear fusion and tunneling effect

Department of Physical Electronics, Russian State Pedagogical University, St.Petersburg, RCC”Energy”, Russia

Abstract: The article raises the question of revision of Maxwell’s electrodynamics and the refusal of the Lorentz calibration. Relatively modest results of years of work of the collective of the National Research Centre "Kurchatov Institute" in the creation of a fusion reactor based on the tokamak due to the fact that Maxwell’s electrodynamics is very different from the real electrodynamics in a tokamak. The tunnel effect paves the way for a truly controlled nuclear fusion.

Keywords: Tokamak (toroidal chamber with magnetic coils for plasma confinement), a toroidal (non-force) magnetic field, poloidal (force) magnetic field, vector potential A .

1.Введение

2. Реальная электродинамика токамаков

3.Парадоксы и противоречия в классической электродинамике Максвелла

4.Модернизация классической электродинамики Максвелла

5. Эксперименты

5.1 Эффект Ааронова-Бома

5.2 Опыты А. Солунина и А. Костина

6. Заключение

1.Введение

В 2016 году исполнилось 10 лет (2006) с начала проекта Международного термоядерного экспериментального реактора – ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor), реализуемого в настоящее время во Франции совместными усилиями Европейского союза, Индии, Китая, Кореи, России, США и Японии. В июне 2016г появилось сообщение о переносе срока окончания работ с 2020г на 2025г. Сегодня можно говорить о сложной задаче, с которой столкнулись создатели проекта ИТЭР. Сравнительно скромные результаты многолетней работы коллектива Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» над созданием термоядерных реакторов на базе токамаков, во многом обусловлены значительным отличием реальной электродинамики токамаков от электродинамики, описываемой на основании классических уравнений Максвелла [1].

История токамаков началась с письма сержанта срочной службы Олега Александровича Лаврентьева в ЦК ВКП(б) от 22 июля 1950 г., в котором предлагалось создать систему с электростатическим удержанием горячей плазмы для осуществления управляемого термоядерного синтеза (УТС). УТС это синтез более тяжелых атомных ядер из более легких. При температуре около 100 миллионов градусов исходные нуклоны или легкие ядра могут преодолевать силы отталкивания и сближаться на расстояния действия ядерных сил притяжения. Процесс слияния легких ядер и образование тяжелых атомных ядер сопровождается выделением колоссальной энергии. Природным термоядерным реактором является Солнце, где уже миллиарды лет происходит неуправляемый термоядерный синтез – из тяжелого водорода дейтерия образуется гелий с выделением огромного количества энергии. В земных условиях неисчерпаемым источником водорода может служить вода, что открывает огромные перспективы перед термоядерной энергетикой. В октябре 1950г. А.Д.Сахаров и И.Е.Тамм подготовили теоретическое обоснование магнитного термоядерного реактора (МТР) и сделали первые оценки его параметров. В январе 1951г. И.В.Курчатов поддержал развитие работ по МТР и 5 мая 1951г. Постановлением Совета министров, подписанным И.В.Сталиным, практическая разработка МТР была поручена Лаборатории измерительных приборов ЛИПАН, в настоящее время - Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт». Первая тороидальная установка с сильным продольным магнитным полем ТМП (тор с магнитным полем) была построена в ЛИПАНе в 1955г.

2. Реальная электродинамика токамаков

Токамак представляет собой тороидальную камеру с магнитными катушками, предназначенную для магнитного удержания плазмы с целью достижения условий, необходимых для протекания управляемого термоядерного синтеза. Для создания магнитной ловушки используется комбинация магнитных полей: сильного тороидального поля Вт и более слабого полоидального поля Вp , а также поля Вi тока I, протекающего по плазменному шнуру. Считается, что плазма устойчива в токамаке, если выполняется критерий Шафранова – Крускаля:

Вт / Вi > R/α (1)

где R - радиус окружности плазменного кольца, α – радиус поперечного сечения плазменного шнура.

Однако, последние работы [1,2] главного научного сотрудника Сибирского отделения РАН, профессора В.В.Аксенова позволили установить, что сложная конфигурация силовых линий магнитного поля внутри токамака отличается от тороидальной, в результате чего частицы горячей плазмы в «бублике» токамака устремляются по силовым линиям магнитного поля произвольной топологии к стенкам токамака и разрушают его. Профессор В.В.Аксенов в статье «Несиловые и силовые электромагнитные поля» обосновал эффект самогенерации сильным тороидальным магнитным полем Нт полоидального магнитного поля Нр и наоборот [1]. Чем напряженнее тороидальное магнитное поле, создаваемое обмотками тороида, а оно в токамаке достигает 3-5 Тл, тем интенсивнее будет созданное им дополнительное полоидальное магнитное поле. Фактически происходит самовозбуждение и бесконтрольное нарастание магнитного поля различной топологии, отличной от тороидальной, за счет самого магнитного поля внутри токамака, при появлении в нем проводящей плазмы. Это приводит к неконтролируемой неустойчивости плазменного шнура. Процесс самовозбуждения будет нарастать практически мгновенно за счет взаимной генерации выше упомянутых магнитных полей. При этом с ростом температуры внутри токамака скорость диффузии также будет нарастать за счет падения проводимости в плазменном шнуре и роста полоидального поля внутри токамака. Сегодня в модернизированном токамаке Т-15 в Курчатовском институте время удержания плазмы в стационарном режиме составляет менее 1с.(в проекте заложено время 5-10с), в токамаке EAST китайского Института физики плазмы удалось добиться рекордного времени удержания плазмы в течении 30с, а в проекте ИТЭР необходимо достигнуть следующие параметры: в стационарном режиме Pfus = 0,4-0,5 ГВт, Q > 5 и довести длительность удержания плазмы до 3000с. В природном Солнечном термоядерном реакторе, регулярно наблюдаются выбросы солнечной плазмы, что указывает на неустойчивость работы Солнечного реактора.

3.Парадоксы и противоречия в классической электродинамике Максвелла

Еще в начале 20-ого века стало ясно, что электродинамика Максвелла требует пересмотра и дальнейшего совершенствования. Но прошло более100 лет, а эта задача не выполнена и сегодня. Попытки ряда ученых указать на явные противоречия и парадоксы классической и квантовой электродинамики наталкиваются на полное непонимание и яростное противодействие со стороны апологетов господствующей сегодня в физике СТО и ОТО А.Эйнштейна [1,4,5,10,11]. В результате уравнения Максвелла оказались отделены от исходной модели среды, в которой токи проводимости и смещения играли вполне определенную физическую роль. С этого момента электродинамика Максвелла лишилась практически любой возможности своего дополнения, изменения и совершенствования. В настоящее время в электродинамике накопилось много противоречий и парадоксов, которые в рамках теоретических представлений не имеют объяснения. Вот некоторые из них:

- Парадоксальна роль токов смещения в индукции магнитного поля движущегося заряда, поскольку в электродинамике господствует представление об индукции магнитного поля только токами переноса jп(r) # 0 :

rotH = 4π/c jп , (2)

divH = 0 (3)

Что такое токи смещения? Максвелл называл составляющую jсм =1/4π (dE /dt) в своих уравнениях «током смещения», имея в виду, что электрическое поле создается в светоносном эфире за счет относительного движения (поляризации) составляющих его разноименно заряженных частиц, образующих диполе. С одной стороны токи смещения представляют собой физическую реальность, так как без них невозможно понять работу простейшего конденсатора, с другой токи смещения – это математическая формальность, с помощью которой оказывается возможным сделать уравнения Максвелла симметричными. С одной стороны магнитные свойства токов смещения принимаются эквивалентными магнитным свойствам токов переноса, с другой стороны магнитные поля движущихся зарядов определяются почему-то, только токами переноса, как будто токи смещения при этом отсутствуют;

- Ошибочное применение Максвеллом теоремы Остроградского-Гаусса не только для покоящихся зарядов, но и для движущихся. В результате этого произвольного допущения, динамическое состояние движущихся электрических зарядов просто подменяется их статическим состоянием. Однако, экспериментально установлено взаимодействие параллельно движущихся зарядов е1 и е2 при v1=v2=v и v(r) = 0, при этом сила взаимодействия между зарядами при их движении меняется. Закон Кулона (теорема Гаусса - одно из уравнений Максвелла) справедлив только для неподвижных зарядов. В рамках известных представлений в электродинамике, магнитное взаимодействие между двумя движущимися по одной прямой зарядами вообще исключается, хотя экспериментально получена интересная зависимость для магнитных полей взаимодействующих зарядов, движущихся по одной прямой. Экспериментально подтверждено существование продольных сил взаимодействия между зарядами, движущимися по одной прямой;

- Парадоксально, но уравнения Максвелла в своей дифференциальной форме оказываются не приемлемыми для описания явления электромагнитной индукции при работе обычного трансформатора, так как вихревые электрические поля Е(r) индукции, в пространстве около трансформатора, индуцируются вне зависимости от наличия в этом же пространстве изменяемых во времени магнитных полей Н(r), т.е. при условии: dH/dt =0.

Другими словами, для любой точки пространства r около трансформатора для дифференциальных уравнений Максвелла, индукция вихревого электрического поля Е должна вообще отсутствовать. Однако, реальность существования магнитных полей в электрически восприимчивой среде (ε0, μ0) для любой точки пространства около обмотки намагничивания первичного контура легко установить, поместив в это пространство обмотку намагничивания второго замкнутого контура. В результате магнитного взаимодействия с первичным полем, во вторичном контуре генерируется энергия, которую можно зарегистрировать. Этот эффект физик-изобретатель Андрей Мельниченко использовал для создания своего «трансгенератора» с КПД>100% , работающего вопреки всем законам как классической электродинамики Максвелла, так и квантовой электродинамики. В статье «И все-таки она светиться» А.Мельниченко описывает простой опыт с двумя лампочками ясно и зримо показывающий, что «энергия вторичного магнитного поля, снимаемого с одного или нескольких вторичных контуров с ферритовыми сердечниками, отделенными от первичной обмотки диэлектриком, дает существенную прибавку к электроэнергии, получаемой от источника тока» [3]. При замыкании первичного контура, в нем загорается лампочка, точно такая же лампочка загорается и во вторичном контуре, отделенном от первичного небольшим промежутком, но горит она без всяких затрат энергии первичного контура. Дополнительную «даровую» энергию в «трансгенераторе» Андрей Мельниченко объясняет возмущениями среды в пространстве между ферромагнитными сердечниками с обмотками, разделенными относительно небольшими зазорами из диэлектрика (2-3мм.). Ферритовые сердечники, помещенные в это поле, усиливают электромагнитные характеристики среды (ε,μ) за счет резонансной спиновой поляризации доменов. Замена ферритовых сердечников на сердечники из электротехнической стали может усилить эффект генерации тока во вторичном контуре в десятки раз, поскольку в ферритах электромагнитная индукция достигает не более 0,4 – 0,5 Тл , а в электротехнической стали магнитная индукция достигает 1,5 –2 Тл и более. Это подтверждают эксперименты А.Мельниченко;

- Формализм поля векторного потенциала А оказывается хорошо применим для описания явления электромагнитной индукции тока в проводнике вне сердечника трансформатора, ибо вне сердечника при условии dH/dt = 0 реализуется условие dA/dt ≠ 0. Сотрудником Томского политехнического Университета Г.В. Николаевым, через однозначную величину векторного потенциала А, движущегося заряда е0, при (v«с) А = ev/cr , в пространстве около него, экспериментально было обнаружено два типа магнитных полей:

векторного Нт = rotA (4)

скалярного Hp = - divA (5)

и продольная сила магнитного взаимодействия, отличная от поперечных сил Лоренца[4];

- Сам Максвелл указывал на наличие трудностей с применением своих уравнений к незамкнутым электрическим токам и отдельным элементам тока. Трудности эти заключаются в том, что для незамкнутых токов одна, не равная нулю пространственная производная rotА = H векторного потенциала А, уже не может определять его полностью. Обнаруживается существование еще другой, не равной нулю, пространственной производной divА ≠ 0 этого же векторного потенциала А. В общем случае векторный потенциал А можно представить в виде суммы вихревой и потенциальной компонент А= Ar + Ap. Оказывается, что прямолинейный бесконечный ток не создает скалярного магнитного поля, а элемент тока конечной длины создает как векторное магнитное поле Нr = rot Ar, так и скалярное магнитное поле Нp = -div Ap . Поскольку изолированный элемент тока трудно себе представить, так как для этого необходимы исток и сток зарядов, представляет интерес конфигурация полей в более реальном случае замкнутых токов, в частности для этих целей может служить тороид [5];

- Анализируя причины противоречий в современной электродинамике можно отметить общепризнанное нарушение третьего закона механики Ньютона, допускаемое как в квантовой, так и в классической электродинамике. Это выражается в признании одних поперечных сил Лоренца, при полном игнорировании существования равных им по величине и одинаковых по природе продольных магнитных сил реакции. Из факта грубого нарушения третьего закона механики в магнитном взаимодействии перпендикулярных элементов тока следует, что, в силу выполнения принципа суперпозиции, такое же грубое нарушение III закона механики следует ожидать и в магнитном взаимодействии опять же перпендикулярных, но уже макроскопических отрезков тока, составляющих реальный контур токамака;

- Первые уравнения Максвелла содержали полные производные по времени. Эти уравнения были инвариантны относительно преобразований Галилея, а преобразований Лоренца тогда в них не было. Затем Герц и Хевисайд ввели векторный и скалярный потенциалы A и φ и появились неоднородные волновые уравнения второго порядка, а полная производная по времени была заменена частной. Эти уравнения стали окончательной формулировкой электродинамики и сегодня считается, что в них ничего не надо менять. Теперь эти уравнения стали релятивистки инвариантны, но инвариантность относительно преобразований Галилея исчезла вместе с эфиром. Однако, не инвариантность уравнений электродинамики обусловлена не столько существованием скалярного магнитного поля, сколько допущением реальности существования среды и учета эффектов запаздывающих потенциалов и деформации электрического поля движущихся зарядов. Полная инвариантность уравнений электродинамики допустима только в абсолютно пустом пространстве СТО Эйнштейна.

формате PDF (198Кб)