- Введение (основная идея). Хорошо известно, что ядерный синтез требует больших начальных затрат энергии, необходимых для разогрева вещества до очень высоких температур, поэтому он называется термоядерным. Это обусловлено тем, что для осуществления синтеза ядер, они должны сблизиться настолько, чтобы короткодействующие силы ядерного притяжения стали больше сил Кулоновского отталкивания, при этом они должны преодолеть существенный электростатический барьер, для чего им и требуется большая кинетическая (тепловая) энергия. Достаточно давно была поставлена задача холодного ядерного синтеза, но до настоящего времени она не была решена.
В настоящей работе предлагается новая идея «холодного» ядерного синтеза, состоящая в следующем. Атомные ядра облучаются отрицательными пионами (пи-мезонами), в результате чего протоны в них превращаются в нейтроны и ядра становятся электрически нейтральными (нейтрализация ядер пионами). Таким образом, они могут свободно сближаться друг с другом и осуществлять слияние, для этого уже не потребуется предварительных затрат высоких энергий.
Ниже рассматриваются основные вопросы, связанные с реализацией изложенной идеи.
- Прохождение -мезона сквозь электронную оболочку атома. Ядра атомов в любом веществе окружены электронной оболочкой, поэтому возникает вопрос о прохождении отрицательно заряженного пи-мезона через эту оболочку: не потребуется ли для преодоления этого потенциального барьера та же энергия, которая необходима для преодоления Кулоновского барьера отталкивания ядер при «прямом» (термическом) ядерном синтезе? Другими словами, не «переносим» ли мы проблему «в другое место», вместо того, чтобы решить ее? Очевидно, что это не так. Для простоты будем анализировать этот вопрос на примере атомов водорода, которые чаще всего используются в качестве горючего при ядерном синтезе. Предположим, скажем, что водород находится в основном состоянии (-состоянии), т.е. электронная оболочка сферическая. Энергия, необходимая для сближения двух ядер (протонов) на расстояние , необходимое для преобладания сил ядерного притяжения над силами Кулоновского отталкивания, несоизмеримо больше энергии необходимой для прохождения отрицательного пи-мезона сквозь электронную оболочку атома. Действительно, сферическая орбита электрона огромна по сравнению с размерами ядра и расстоянием . При таком сравнении без преувеличения можно считать ядра (протоны) точечными и что при синтезе они стягиваются в одну точку. Говорить о том, что электрон помешает пиону «упасть» на ядро, это почти все равно, что говорить о том, что Луна помешает метеориту упасть на Землю. Вероятность того, что в момент прохождения мезона сквозь оболочку, электрон окажется вблизи него (на расстояниях порядка ), т.е. что пион «столкнется» с электроном, очень мала. Если же электрон в этот момент находится, скажем, с противоположной стороны от ядра, то между мезоном и электроном вообще не будет никакого взаимодействия (не только из-за большого расстояния между ними, но и из-за того, что поле электрона экранируется ядром). Если пион пройдет сквозь оболочку в тот момент, когда электрон был далеко, то «вернувшись» электрон лишь «поможет» пиону достигнуть ядра своим отталкивающим полем. Но если даже пион столкнется с электроном (электрон окажется достаточно близко к пиону при прохождении последнего сквозь оболочку атома), то произойдет упругое рассеяние, пион отклонится и проникнет «внутрь» соседнего атома. «Никто не заставляет» пион преодолевать электростатический барьер (как в случае термоядерного синтеза). Наоборот, силы Кулоновского притяжения ядра притягивают пион, облегчая процесс сближения в той же степени, в коей они препятствуют этому процессу при «прямом» (термическом) синтезе ядер.
- Энергия, выделяемая при поглощении пионов протонами, и ядерный синтез. При поглощении пиона протоном ядра высвобождается энергия Кулоновского притяжения (преобразовавшаяся в кинетическую энергию пиона), равная энергии Кулоновского отталкивания протонов при тепловом синтезе, т.е. энергии затрачиваемой на «разогрев частицы» (макроскопически – разогрев плазмы). Таким образом, при облучении вещества (водорода) пионами будет происходить не только нейтрализация ядер, но и разогрев его (вещества) до высоких температур. Прежде всего, это первые составляющие энергии высвобождаемой при ядерном синтезе по предлагаемой схеме. Далее, хотя затраты энергии на разогрев вещества при термоядерном синтезе необходимы, прежде всего, для преодоления ядрами Кулоновского барьера при сближении (как говорилось выше), однако они нужны не только для этого. Если кинетическая энергия даже полностью нейтральных ядер (состоящих из одних нейтронов) будет слишком мала, то будет мала и вероятность их столкновения. Так в предельном случае, когда ядра имеют нулевую кинетическую энергию и вообще не двигаются, они в принципе не могут столкнуться. При очень медленном тепловом (хаотическом) движении ядра сталкиваются редко. Рост кинетической энергии («активности теплового движения») ядер ведет к росту вероятности (частоты) их столкновений (сближений на расстояния порядка ) и, соответственно, слияния (синтеза). Таким образом, энергия, высвободившаяся при поглощении пионов протонами, приведет, в частности, к нагреванию вещества, способствующему осуществлению ядерного синтеза. Подчеркнем, что, конечно, энергия необходимая для синтеза нейтральных ядер очень мала по сравнению с энергией необходимой для синтеза заряженных ядер.
- Горючее, источники -мезонов и тип реактора. В качестве «горючего» для реактора можно использовать, к примеру, водород. При проведении первичных лабораторных экспериментов можно использовать -мезоны, полученные на ускорителях. В перспективе, в качестве источников -мезонов можно использовать также космические лучи, которые, как известно [3-6], насыщены этими частицами на уровне высокогорных станций (в этом случае лаборатория или реактор должны размещаться на высокогорье). В качестве реактора, по-видимому, естественно использовать импульсную систему [7], при этом водородосодержащие мишени облучать вместо лазерных лучей, ионов или электронов, -мезонами.
Список литературы:
- Боголюбов Н.Н. Ширков Д.В. Квантовые поля. М.: «Наука», 1993. – 332 с.
- Окунь Л.Б. Лептоны и кварки.М.: «Наука», 1981. – 304 с.
- Газиорович С. Физика элементарныхчастиц, пер. с англ., М., 1969;
- Маршак Р.Е. Пионы, в кн.: Элементарные частицы, в. 2, М., 1963, с. 32 — 39;
- Орир Дж. Популярная физика, пер. с англ., М., 1969;
- Пауэлл С., Фаулер П., Перкинс Д., Исследование элементарныхчастиц фотографическим методом, пер. с англ., М., 1962.А. И. Лебедев.
- Бойко В.И. Управляемый термоядерный синтез и проблемы инерциального термоядерного синтеза // Соросовский образовательный журнал, № 6, 1999, с. 97-104.[schema type=»book» name=»НОВАЯ ИДЕЯ ХОЛОДНОГО ЯДЕРНОГО СИНТЕЗА» author=»Гласко Андрей Владленович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-04-22″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.03.2015_03(12)» ebook=»yes» ]