Дискуссии - Наука

В.А. Шашлов

Реакции холодного ядерного синтеза с участием ядер дейтерия и трития протекают в 2 этапа: сначала ядра ²Н (³Н) расщепляются на протоны и нейтроны, а затем образовавшиеся нейтроны вступают в реакции с более тяжелыми ядрами. Энергия, выделяемая при соединении нейтронов с тяжелыми ядрами, превышает энергию, затраченную на расщепление ядер ²Н (³Н), что порождает эффект ХЯС.

Цель работы

Цель работы – предложить физическую модель реакций холодного ядерного синтеза (ХЯС), в которых участвуют ядра дейтерия и трития.

Содержание работы

В первой части описаны особенности строения ядер ²Н и ³Н.

Во второй части описана основная идея ХЯС-эффекта.

В третьей части описаны физические механизмы ХЯС.

I. Особенности строения ядер ²Н и ³Н

Опишем кратко основные положения конструктивной модели ядра [1,2].

Атомные ядра образуются в результате объединения нуклонов своими кварками. При образовании ядер, нуклоны поворачиваются друг к другу участками поверхности, в которых расположены кварки, вследствие чего кварки соседних нуклонов оказываются расположенными в непосредственной близости друг от друга, образуя кварковые узлы: именно кварковые узлы скрепляют нуклоны в ядра.

Набор кварковых узлов и их расположение в ядерной конструкции полностью определяют физические свойства ядер: каждое ядро имеет свой, особый вид ядерной конструкции и свой набор кварковых узлов.

Рассмотрим конструкции ядер ²Н и ³Н.

1. Конструкция дейтрона получается, когда все 3 кварка, имеющиеся в составе каждого нуклона, располагаются напротив друг друга: два u-кварка протона – напротив двух d-кварков нейтрона, а d-кварк протона – напротив u-кварка нейтрона. В результате, образуются три (u,d)-узла: именно эти 3 узла скрепляют протон и нейтрон в ядро ²Н.

Примечание. В динейтроне и дипротоне такого расположения кварков добиться невозможно: при любых поворотах 2-х одноименных нуклонов, напротив друг друга всегда окажется, по крайней мере одна пара одноименных кварков, и эти кварки будут отталкивать друг друга, – именно по этой причине ядра ²n, ²p являются нестабильными.

В первом приближении, энергия каждого из 3-х (u,d)-узлов дейтрона примерно в 3 раза меньше энергии связи дейтрона: (1/3)*2,2 Мэв ~ 0,7 Мэв.

Чтобы разрушить ядро дейтерия, достаточно разорвать один (u,d)-узел, поэтому требуемая для разрушения ядра ²Н энергия не превышает 0,7 Мэв.

2. Ядро трития имеет совершенно иную конструкцию.

Составляющие ядро ³Н три нуклона располагаются друг относительно друга так, что 3*3 = 9 входящих в эти нуклоны кварков (4 u-кварка и 5 d-кварков) располагаются вокруг вершин правильного тетраэдра.

В одной из 4-х вершин тетраэдра собираются 3 кварка: два u-кварка, принадлежащие двум нейтронам, и один d-кварк, принадлежащий протону. Эти 3 кварка образуют вокруг данной вершины (2u,1d)-узел.

В 3-х вершинах основания тетраэдра собирается по 2 кварка: в 2-х вершинах образуются (1u,1d)-узлы, а вблизи третьей вершины оказываются два d-кварка, т.е. (0u,2d)-узел. Такой узел является невозможным: кулоновское отталкивание одноименных кварков должно было бы разрушить этот узел и всю конструкцию в целом. Положение «спасают» два u-кварка, входящие в состав (u,d)-узлов. Эти кварки принадлежат протону, а протон находится в состоянии вращения с частотой порядка 10²³ рад/сек, причем ось вращения располагается таким образом, что оба u-кварка периодически приближаются к (0u,2d)-узлу, формируя «эффективный» (1u,2d)-узел, который придает стабильность конструкции ядра ³Н [2].

В данном (1u,2d)-узле u-кварк является «заемным»: его функцию выполняют сменяющие друг друга каждые 10^-22 сек u-кварки, принадлежащие двум (u,d)-узлам. Этот узел является «слабым звеном» конструкции ядра ³Н: его энергия связи также не превышает 0,7 Мэв.

Итак, для обоих ядер ²Н и ³Н требуемая для их разрушения энергия Е ≤ 0,7 Мэв.

Именно это обстоятельство обуславливает то, что ядра ²Н и ³Н в большей степени, чем другие ядра, подвержены внешнему воздействию, и делает возможным ХЯС-эффект.

Энергия, выделяемая в реакциях слияния нейтрона с тяжелыми ядрами, имеет на порядок большую величину (~ 8 Мэв), поэтому при объединении данных реакций с реакциями распада ядер ²Н и ³Н будет получаться положительный выход энергии.

II. Условия реализации и главная идея ХЯС

1. Для реализации ХЯС-эффекта требуется, чтобы молекулы дейтерия или трития находились в тесном контакте с более тяжелыми элементами таблицы Менделеева. Такой контакт достигается при адсорбции молекул D₂ или Т₂ на поверхности металлов.

Оптимальный случай реализуется, когда молекулы располагаются на поверхности в виде монослоя. Каждая молекула прикрепляется к поверхности положительно заряженной частью, т.е. ядром, вследствие чего все ядра ²Н, ³Н располагаются в одной плоскости, которая параллельна поверхности металла.

При достаточно большой поверхностной плотности молекул D₂ (Т₂), входящие в их состав электроны «коллективизируются» (как электроны в металлах) и располагаются в виде электронного облака над плоскостью ядер. В результате, рассматриваемая физическая система представляет собой двойной слой: один слой составлен из ядер, а второй слой – из электронов, входивших в состав молекул D₂ или Т₂.

Данные слои можно рассматривать, как обкладки конденсатора: одна обкладка – это ядра ²Н (³Н), а вторая обкладка – электроны.

2. Если каким-либо образом разделить ядра ²Н (³Н) на протоны и нейтроны, то протоны будут продолжать выполнять функцию носителей заряда, поддерживающих двойной слой, а нейтроны будут диффундировать в металл и сталкиваться с ядрами атомов этого металла: таким столкновениям не препятствует никакой кулоновский барьер. Эти ядра преобразуются в изотопы с большей массой, и в этих реакциях выделяется энергия. Количество этой энергии превышает энергию, затраченную на осуществление реакций ²Н → р + n, ³Н → р + 2n, что позволяет получать положительный выход энергии.

Именно в этом состоит главная идея предлагаемого механизма ХЯС: сначала происходит расщепление ядер ²Н (³Н), а затем затраченная на это расщепление энергия с избытком компенсируется энергией, выделяемой в реакциях синтеза при соединении нейтронов с ядрами атомов поверхности, на которой реализуется ХЯС-эффект.

Итак, основная идея предлагаемого механизма ХЯС заключается в следующем.

Рабочим веществом служат атомы дейтерия или трития. Создаются условия, при которых ядра ²Н (³Н) расщепляются на протон и один (два) нейтрона. Высвободившиеся нейтроны вступают в реакции с более тяжелыми ядрами, в результате чего выделяется энергия, которая превышает энергию, затраченную на разрушение ядер ²Н (³Н).

III. Возможные механизмы ХЯС

Можно указать несколько механизмов разрушения ядер ²Н и ³Н.

1. «Пробой» описанного выше конденсатора из ядер и электронов молекул D₂ (Т₂).

Вследствие флуктуаций или внешнего воздействия, на отдельных участках этого конденсатора часть электронов проникают в слой ядер ²Н (³Н), совершая импульсное возбуждение этих ядер электрическим полем чрезвычайно высокой напряженности. Данное возбуждение разрушает ядра ²Н и ³Н и приведет к выделению нейтронов.

Примечание. Данный процесс аналогичен ядерным реакциям в молнии.

2. Воздействие на ядра ²Н и ³Н колебательных мод, образовавшихся в результате сложения колебательных и вращательных мод отдельных ядер ²Н и ³Н.

При наличии связи между ядрами ²Н и ³Н, осуществляемой через общий слой электронов, могут образовываться комбинационные моды, частоты которых могут оказаться кратными частоте вращения нуклонов в ядрах ²Н (³Н): в этом случае будет иметь место резонансный эффект, который будет разрушать данные ядра.

Примечание. Для реализации данного эффекта существенную роль может играть оптимальное соотношение между поверхностными плотностями молекул D₂ и Т₂.

3. Ядра ²Н, ³Н могут разрушаться нейтронами, принадлежащими природному фону: ²Н + n → р + 2n, ³Н + n → р + 3n.

Реакция разрушения ядер ²Н и ³Н под действием нейтрона является беспороговой: она протекает при сколь угодно малой энергии нейтрона, а сечение реакций возрастает обратно пропорционально скорости нейтронов (1/v). При разрушении ядра ²Н, к исходному нейтрону добавляется еще один нейтрон, а при разрушении ядра ³Н – сразу 2 нейтрона: в данной системе выполняются условия для протекания цепной реакции.

Примечание. Нейтроны природного фона могут сначала вступить в реакции синтеза с тяжелыми ядрами, после чего часть выделенной энергии будет использована для разрушения ядер ²Н и ³Н.

4. Описанный цикл реакций может протекать благодаря соотношению неопределенности: энергия, требуемая для разрушения ядер ²Н и ³Н, может быть взята «взаймы» из энергетического выхода реакции синтеза нейтронов с тяжелыми ядрами, если время реализации данного цикла будет достаточно малым.

Совместная реализация данных 4-х механизмов способна существенно повысить эффективность ХЯС.

Заключение

В данной работе предлагается новый механизм ХЯС, в котором главную роль играют нейтроны, полученные в результате расщепления ядер ²Н, ³Н.

Экспериментально данный механизм можно проверить путем исследования свойств тонких пленок дейтерия и трития на поверхности различных металлов при температурах ~ 1000 ^оС. Данные эксперименты целесообразно провести, как в отсутствии, так и при наличии облучения образцов нейтронами.

В заключение, небольшая просьба к читателям «АТ». Для продолжения работ об атомном ядре, требуется изображение конструкции из 17 тетраэдров, наложенных друг на друга своими гранями. Если у кого-то из читателей имеется знакомый молодой человек, владеющий 3-мерной графикой, попросите его решить эту учебную задачку.

Выводы

1. Холодный ядерный синтез реализуется в адсорбированных на поверхности металлов монослоях молекул дейтерия и трития.

2. Под действием физических факторов происходит разрушение ядер ²Н и ³Н, и высвободившиеся нейтроны вступают в реакции синтеза с тяжелыми ядрами.

3. Выделившаяся в реакциях синтеза энергия перекрывает затраты энергии на разрушение ядер ²Н, ³Н, порождая ХЯС-эффект.

ЛИТЕРАТУРА

1. В.А. Шашлов, Конструктивная ядерная модель // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27395, 02.11.2021

2. В.А. Шашлов, Физика атомного ядра (II) // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ. 27325, 13.09.2021

[Обсуждение на форуме «Публицистика»]