Кролик не только ценный мех, но и...
Наступил момент перехода с высотного полёта мыслей непосредственно к заявленной проблематике термоядерного синтеза. Интернет-сообщество устроило обструкцию покойному ныне первому Председателю Комиссии по изобличению лженауки. Шулерство, подтасовка данных при проведении экспериментов по управляемому термоядерному синтезу вменяется в вину. О покойных либо хорошо, либо ничего… кроме правды. Правда мне не известна, и потому на личности переходить не буду. Агрессивные сторонники теории заговора напрочь отвергают сам факт существования термоядерного синтеза в водородной бомбе. Испытательные взрывы для них не аргумент. В лучшем случае придерживаются мнения – дейтерий и тритий в термоядерной бомбе нужны не столько как энергетик, сколько как усилитель цепных реакций деления тяжёлых элементов. Какая-то доля правды в их сомнениях есть.
Называть бомбу водородной некая условность, потому как даже по оценочным расчётам в общем балансе всего лишь от 15% до 20% предполагалось на долю выделения взрывной энергии непосредственно от термоядерной реакции синтеза, остальная львиная доля в 75-80% от деления ядер лития-6, урана-238, урана-235 или плутония-239. Вполне возможно, что синтез в процессе производства взрывной энергии, где желанными являются испепеляющее излучение и разрушительная ударная волна, напротив побочный и нежелательный процесс, отвлекающий на себя энергию. Можно, конечно, улыбнувшись иронично, вальяжно отмахнуться, как от назойливых мух, от критиканов: «Нелепица, дилетантский бред кобылы сивой. Убогие недоумки, злобствующие фрики мыльными пузырями фейки пускают по сети». Спор в ситуации, где из аргументов только – сам дурак, бесполезен. Синтез, безусловно, есть, но и сопутствующие проблемы интерпретации результатов тоже существуют, многие из которых носят принципиальный характер. Попробуем без ссылок на авторитетное мнение разобраться в деталях и существе вопроса. Надо заметить, отцы-основатели феноменально везучие исследователи. Термоядерный взрыв, при всей кажущейся убедительной обоснованности, выдающийся результат успешного научного тыка. Как нельзя удачно, начиная от задумки, за одно, от силы два десятилетия претворился в жизнь проект глобального масштаба. Иначе как чудом фурор с производством термоядерного взрыва не объяснить, мистическим образом материализовались самые смелые прогнозы первопроходцев. Так здорово всё начиналось – энергия на взрыв необходимая откуда… утрированный ответ отмашка – от двугорбого верблюда. Прикинули мужи в уме на нюх, для верности посчитали баланс по формуле эквивалентности. Ничего себе! – восхитились «архимеды» вслух, утилизируемой массы упаковки ядер изотопов водорода должно хватить с лихвой и на реакцию синтеза гелия, и на обеспечение условий самоподдержания оной, ещё и на взрывное выделение огромного количества свободной тепловой энергии ресурс останется. Результат, полученный в ходе натурных испытаний, превзошёл все самые смелые ожидания. Чудес, как известно, в свете нет – есть неподвластные человеческому разумению явления. Обычно с высвобождением энергии идут реакции распада. Вопрос принципиальный: как невозможен вечный двигатель, так и нигде в природе нет реакции синтеза, способной производить избыток энергии. Высвобождение энергии при реакциях распада и переформатировании молекул в практике сколь угодно много встречается. В данном случае говорить об исключительности – плевать в лицо термодинамики. Положительный дефект атомной массы сырьевых агентов (дейтерия и трития) против массы полученного на выходе гелия составляет 0,4%, примерно. Не густо, но и не пусто при условии, что в реакцию вступят все ядра водорода, участвующего в процессе. Какова вероятность полноты конверсии изотопов водорода в гелий… тайна за семью печатями. В каком качестве проявляется дефект массы изотопов водород, тоже загадка и немалая. Что есть избыток массы, по сути: панцирь, скорлупа, распорка или дополнительный избыточный глюон, эдакий зайчик побегайчик болтающийся между протоном и нейтроном как третий лишний… Затвердим оригинальную гипотетическую точку зрения, придав ей доходчивое обоснование, согласно которой – у ядер изотопов водорода избыточная масса представлена не материей, в её твердотельном состоянии, а защемлённым сгустком энергии. Протон в паре с нейтроном создают асимметричную неуравновешенную систему, связующее нуклоны сильное взаимодействие исполняет роль пружины, воспроизводящей автоколебания. Избыток количества вещества обусловлен энергетическим возмущением, которое ошибочно и принимается за массу. Возмущение в свою очередь, обусловлено наличием степеней свободы, что приводит к появлению высокочастотных внутренних междоусобных колебаний изотопной системы протон-нейтрон. Для начала, чтобы подробней разобраться в существе проблемы, нужно дать пояснения философского характера. Что есть масса в её сжатом толковании?.. Первоначально под массой подразумевалось количество вещества. Двадцатый век, следуя за новомодными тенденциями, массу из причинной перевёл в следственную часть – она теперь характеризует меру инертности. В нашем случае любопытен не факт той или иной транскрипции, а то, как определяются массовые характеристики. Существует три способа распознания массы: сравнительный, реактивный, аналитический. Все означенные способы так иль иначе являются косвенными. При сравнительном способе, взвешивая, исследуемый образец сопоставляют с утверждённым эталоном. Реактивный способ предполагает определение массы по воздействию, по импульсу движения. При аналитическом – по произведённой энергии, посредством которой высчитывают массу обратным счётом по формуле эквивалентности. Каждый перечисленный способ имеет свойственные ему недостатки и особенности. По аналитическому способу сомнения высказывались выше, заострять внимание не будем т.к. случай не подходящий, масса была определена другим способом. Надо отметить, взвешивание производится в условиях гравитационного воздействия. Изначально атомную массу устанавливали взвешиванием элементов в их газообразном состоянии и последующим вычислением через число Авогадро. На результаты, понятное дело, оказывал влияние класс точности приборов. В настоящее время более точные результаты получают при помощи масс-спектрометров, в которых исследуется количественные характеристики движения ионов. Скорость перемещения ионов тождественна, согласно принятой методике, их массе. С особенностями реактивного способа надо разбираться скрупулёзней. В основе всех методик определения массы лежит бронебойный завет божественного уровня – всякому действию равно противодействие. Реактивный метод предполагает упругое соударение и не учитывает некоторые особенности движущегося исследуемого объекта. Он, объект, может, кроме линейного перемещения, ещё и искажающие результат, вращательные моменты и внутренние колебательные процессы иметь. При анализе соударений внутренние колебания распознаются как массовые характеристики. Расчёт энергетического баланса в подобной ситуации по формуле эквивалентности некорректен. Взвешивание тоже не способно выявить погрешность, вносимую внутренним напряжением т.к. гравитация, в поле которой производятся замеры, распознаёт активное мельтешение за вещественное проявление со всеми вытекающими отсюда последствиями. В макромире, где рулит её величество статистика, погрешности, вносимые спецификой строения вещества, учитываются в общем списке. В качестве наглядного примера хорошо подходит механизм движения Земли с Луной по орбите вокруг Солнца. Механика по причине действия центробежной силы предполагает рыскающий волнообразный курс движения эксцентричной системы с частотой волны, один период равен месяцу. В действительности же никакого люфта орбиты и нарушения скоростного режима по ходу движения не обнаружено. Этого не случается по одной простой причине – солнечная гравитация, из-за малости расстояния между планетой и спутником, воспринимает систему Земля-Луна за единое целое. В такой системе можно предположить наличие компенсационного замещения, которое может проявляться системными уравновешивающими изменениями в механизме гравитационного взаимодействия Земли и Луны, такими как: смещение перигея по орбите, сопоставимая с цикличностью движения либрация…
Термоядерная бомба, как удалось установить из открытых источников, – сложнейшее техническое устройство. В здравом уме трудно представить, как за мгновенные доли секунды в ха;осе взрыва протекает полноценный многостадийный технологический процесс. При котором случается: детонация плутониевого заряда, вскипание до плазменного состояния пластмассового наполнителя, разогрев урановой, (свинцовой) оболочки, разложение молекул дейтерида лития с выделением дейтерия, принудительный распад лития на тритий и гелий, синтез ядер гелия из дейтерия и трития, принудительная под действием высвободившихся нейтронов реакция деления атомов урана-238 (при трёхфазном ядерном взрыве). Низка вероятность, чтоб в беспорядочной мешанине ядра изотопов водорода смогут найти друг друга для слияния. Давать количественную оценку глубины реакции синтеза задача сложная весьма. При распаде лития, ядер плутониевого заряда и урановой оболочки также излучаются альфа-частицы. Непонятно, почему до сих пор с твердолобым упорством отстаивается механизм высвобождения избыточный энергии из дефективной массы изотопов водорода. Впрочем. Во взрыве успех синтезу обеспечил атомарный водород, который образовывался при химическом разложении молекул дейтерида лития и распаде ядер лития на гелий и тритий. Что в этой схеме первично, сказать однозначно нельзя. Наиболее симпатичным выглядит процесс, где вначале идёт распад лития и только потом разложение. В этом случае вероятно близкое соседство ядер дейтерия и трития. А выделившаяся энергия деления при распаде лития-6 способствует их слиянию.
Небольшой экскурс в историческое прошлое. Как уже говорилось выше, сорок лет назад я самостоятельно занялся поиском ответов на явления, происходящие в природе. В силу специфики образования знаний объективно не хватало. По крупицам выуживал сведения, где только можно. В числе первых захватила проблема термоядерного синтеза. По мере продвижения накапливались сомнения в справедливости официально представленной точки зрения на процесс. Когда дошёл до механики образования частиц, то понял, что не синтез сам по себе побудительная причина, он лишь следствие совсем иного процесса. Поляризация и последующая аннигиляция частиц важнейшее условие для объяснения Большого взрыва и процесса ядерного синтеза, идущего как в недрах горячих звёзд, так и при искусственном термоядерном взрыве. Подробнее тема Большого взрыва раскрыта выше, в отдельной главе, посвящённой гравитации, космологии и космогонии. На аннигиляционную мысль натолкнул огромный дисбаланс, выявленный между расчётными и практическими результатами. Помнится, в брошюрке из серии «Библиотечка «Квант»» выудил прелюбопытный факт, рассказывающий о том, как Энрико Ферми практически на коленке рассчитал энергию атомного взрыва. В ходе натурных испытаний ядерного устройства огромный огненный шар ослепительной яркости, озарив пустыню, за доли секунды переплавил песок в стекло. При помощи слетевших с руки клочков бумаги и подсчёта расстояния шагами в пределах допустимой погрешности Ферми установил взрывные характеристики. По его оценке, мощность взрыва первого атомного устройства превзошла все ожидания. Разрушительная сила оказалась в четыре раза больше расчетной. Что здесь элемент правды, а где опоэтизированный образ Исследователя – неясно. В квалификации специалистам не откажешь, нестыковки обусловлены, скорей всего, несовершенством методик и скудном теоретическом обосновании. Аналогичные случаи расхождений расчётных данных с практическими результатами имели место, практически, и при каждом термоядерном испытании. Особенно наглядны два эпизода из головокружительной атомной эпопеи. Так в 1954 при взрыве американцами устройства под кодовым названием «Креветка». Расчёты предсказывали увеличение мощности взрыва до 20 %. Реальность превзошла самые смелые ожидания: мощность взрыва при заявленных 6-ти составила 15 полновесных мегатонн. Но самый показательный пример несовпадения произошёл на Новой Земле при испытаниях «Царь-бомбы». Фактическая взрывная мощность оказалась выше расчётной примерно на 10%. Вместо 51-ой мегатонны на выходе получилось 58 мегатонн. Погрешность невелика, казалось бы, расчёт можно считать верным, если б только… Согласно цитируемым в пятом-десятом поколении данным из воспоминаний Славского (Ефим Павлович Славский – один из руководителей на тот момент проекта по созданию советского ядерного оружия, позже – руководитель советской атомной промышленности) лед 3-х метровой толщины в радиусе 20 км испарился. Согласно прикидочным простейшим расчётам затраченной энергии потребовалось бы невероятно много. При эквивалентной мощности 1 Mт = 4,184 на 10 в степени16 Дж, удельной теплоте плавления льда в 330 кДж/кг, удельной теплоте испарения воды в 2256 кДж/кг на выходе в дополнение к взрывной получился выброс лучистой энергии сравнимый с затратами примерно 2500 Мегатонн. Если сюда ещё приплюсовать теплопотери при передаче и энергию, рассеянную в окружающую среду, то астрономически баснословная сумма получается в итоге. Но даже и в том случае, если тот же результат по льду субъективно завышен на порядок, никаким выплеском избыточной массы изотопов водорода означенный дисбаланс не компенсировать. Для объяснения причин есть три, как минимум, варианта:
Первый представлен мнением альтернативных исследователей. По нему выходит, что дополнительная энергия выделяется от вступивших в цепную реакцию воздушных масс. Комментировать сырую фантазийную идею нет особого желания, потому как не за что мыслью уцепиться.
Вторым вариантом может быть вызванный взрывом резонанс среды. Не атмосферы, а физического вакуума. Напрашивается пример с усилением звука в акустических системах. Ответа внятного, почему резонатор увеличивает интенсивность доходящих до него колебаний, у науки нет, на этот счёт она, как та бабка, туманно надвое сказала: или резонатор собирает рассеянную в пространстве энергию, или усиление происходит за счет уменьшения продолжительности колебаний.
Третий вариант, предполагает выделение огромное количество энергии посредством аннигиляции ядер водорода. Вероятность такого процесса весьма высока. Во-первых. Античастицы могли образовываться посредством индукционно-флуктационной генерации. Высокоскоростное движение протонов инициирует резонансные возмущения физического т.н. вакуума. Во-вторых. Механизмом, которого я придерживаюсь и развиваю, может являться обозначенная выше поляризация протонов. Астрофизиками, насколько мне известно, тоже как альтернативная, рассматривалась гипотеза, по которой источником энергии звезд являлась аннигиляция вещества. Дозировано она присутствует не только в термоядерных процессах, но и в процессах ядерного расщепления тоже. В реакцию термоядерного процесса мной была введена реакция аннигиляции частиц. На рисунке представлена схема взрыва, какой она представлялась мне тогда. В то время я и слыхом не слыхивал ни про реактивную тягу, производимую аблязией, ни про имплозивное обжатие заряда. Элементарная логика технолога подсказывала – синтез должен идти на более или менее симметрично организованных встречных потоках. Аннигиляция протонов, по моим тогдашним моим представлениям, была не основным источником энергии термоядерной реакции, а всего лишь вспомогательным воздействием, создающим подпирающий эффект. Теперь-то, когда интернет снял гриф секретности с множества запретных тем, я знаю, что в бомбе этот самый подпирающий эффект по версии авторов создают расплавленный рентгеновскими лучами пластик и массивная урановая оболочка. По истечению времени аннигиляционная идея развилась и стала доминирующей в созданной мной концепции термоядерного синтеза.
От милитаристской тематики перейдём к мирному атому, непосредственно к проблемам управляемого термоядерного синтеза. Давным-давно прочитал любопытную статью. В ней восторженно описывался факт получения на установке ТОКАМАК физического термояда, при котором посыпались побочные и, как выяснилось позже, нежелательные и весьма ядовитые продукты в виде свободных нейтронов. В среде научного сообщества распространилась волна эйфорического ожидания чуда, до искусственного солнца рукой, казалось, достать. Термоядерная энергетика так и осталась «лучом света в тёмном царстве», подающим иллюзорные надежды обывателям. Ожидания энергетического изобилия растянулись на десятилетия. Нейтроны как сыпались, так и продолжают успешно мусорить, унося с собой львиную долю энергии и нанося ущерб оборудованию. Не будет и не настанет чудо, если радикально не пересмотреть концепцию термоядерного синтеза, считавшуюся панацеей, альтернативой углеводородному топливу. Каковы причины испускания нейтронов – загадка. То ли они явились предвестниками грядущей реакции, то ли её могильщиками. Не нашлось никого, кто бы ещё тогда набрался смелости сказать громко – стоп машина… Если ядра реакционной смеси начали разваливаться до вожделенного акта слияния, то, соответственно, концентрация реакционноспособных изотопов падает, и, следовательно, снижается вероятность получения цепной реакции синтеза более тяжёлых элементов, чем элементы, входящие в сырьевую смесь. Вполне возможно, что в проводимых экспериментах вышеозначенный распад достиг своего критического предела, за которым заявленная реакция синтеза попросту невозможна. Глубже сжимается смесь – меньше вероятность проведения полноценного синтеза. Одной из ключевых ошибок теоретического обоснования управляемого термоядерного синтеза является непосредственно процесс разогрева постепенным сжатием. Как уже говорилось выше, в плазме обнаружена структурная упорядоченность входящих в состав агентов. Понятно и без квантомеханического глубокомыслия – чем выше температура и давление среды, тем, соответственно, выше частота соударений и тем меньше степеней свободы у отдельных составляющих компонентов. Кроме поступательных движений во весь голос заявляют свои права лишённые электронного балансира внутренние колебания ядер. Ионизированные атомы буквально забиваются в свои ниши. Напряжение создаётся не только хаотичным витанием и соударением частиц, а ещё и изменением размерности ячеек. Наличие упорядоченной структуры и систематизации колебательных процессов определяет теплоёмкость среды. Работа, по определению, совершается только тогда, когда есть движение энергии от кипятильника к холодильнику. Чем выше температурный контраст, тем энергичней протекает процесс теплообмена.
Существуют и активно развиваются альтернативные ТОКОМАКам эксперименты с применением ударного воздействия. Восторженные эксплуатационники то и дело хвастаются успехами в достижении положительного КПД. В качестве альтернативных систем испытывается: лазерный разогрев криогенной реакционной смеси, импульсный механизм с использованием кинетической энергии свинцовых поршней, стеллаторы с кручёным магнитным полем. Особняком держится изощрённая реакция синтеза – мюонный катализ, при котором электроны в атомах водорода замещаются короткоживущими тяжеловесными мюонами. Сила химической связи побуждает ядра молекулы вступать в реакцию объединения. В качестве аргумента в пользу цикличности процесса приведу цитату, заимствованную из монографии весьма компетентного специалиста в области термоядерной энергетики профессора Мирнова. (С.В.Мирнов – Начальник Отдела Экспериментальной Физики Токамаков ТРИНИТИ, Член Физического Комитета Проекта ИТЭР, профессор, Лауреат Государственной премии СССР)
Наконец, 30 октября 1997 года в одном из экспериментов по синтезу ядер тяжелых изотопов водорода – дейтерия и трития (D и T) – на объединенном европейском токамаке-реакторе JET (Joint European Torus, Англия) была достигнута рекордная мощность ядерного энерговыделения – более 16 мегаватт (соответствующая точка не попала на диаграмму). Вполне на уровне первой атомной электростанции. Расчеты показали, что эта мощность примерно сравнялась с мощностью энергопотерь нагретого вещества. Тем самым свершилось вполне историческое событие в исследованиях по управляемому синтезу – достижение режима “перевала” (breakeven) – равенства энергопотерь и энерговыделения. Через некоторое время рекорд был практически повторен на другом конце Земного шара – в Японии.
Правда, пока этот замечательный результат получен лишь в переходном импульсном режиме длительностью масштаба секунды. Пока это еще “чирканье” термоядерными спичками. Для энергетического реактора необходим режим стационарного или квазистационарного (многосекундного) горения. Для этого необходимы специальные термоядерные устройства, где магнитные поля, удерживающие «термоядерное пламя», создавались бы сверхпроводящими катушками, как известно, почти не потребляющими электроэнергию. И подобные устройства уже есть. «Горение» в них длится сотни секунд, но, к сожалению, это пока лишь сильно уменьшенные модели реакторов – энергопотери в них еще существенно превышают энерговыделение. Следующий шаг очевиден – увеличение размеров в 3-4 раза. Такое устройство уже спроектировано международной командой физиков («профессоров») и инженеров. Оно получило название ИТЭР – Интернациональный Термоядерный Экспериментальный Реактор.
О чём знаковом читается в приведённом тексте между строк… О торжестве научной, инженерной мысли… И вовсе нет, о том читается меж строк, что неверной дорогой идут дорогие товарищи. Успех подтверждение сказанного ранее – превосходство энерговыделения над затраченной пусковой энергией возможно только в импульсном или взрывном процессе. При плавном сжатии энергия выделяется не в концентрированном, а в рассеянном виде. Эффективный теплонапряжённый поток возможен только при ударном детонирующем воздействии.
Судя по просмотренным тематическим роликам научной направленности, эйфорический запал резко снизил радостный накал. По истечению времени исследователей греет лишь бессмертная надежда да затёртая до дыр уверенность в том, что никуда она не денется и так тому и быть. Люди постепенно отвыкают жить чёрным днём. Как оправдание в среде исследователей со времён ещё патриархальных бытует мнение – пока есть нефть и коммерческий к ней интерес, программа термояда резво с места не двинется. Доля правды в том, конечно, есть. Все мы люди, в нас умещается и человечья, и животная суть. Есть хочется здесь и сейчас, а завтра... завтра будет день и будет пища. Когда ещё жареный петух прокукарекает тревожный час «ч». Когда же энергетический и экологический кризис снегом свалятся на голову, то тогда вдруг окажется, что экономическая целесообразность наложила лапу на былую убеждённость. Аргументов в пользу такого исхода более чем достаточно. Допустим, что под восторженные крики ток всё-таки рекой потёк. Спохватились, подсчитали, прослезились. Предполагаемая станция – сложное инженерно-технологическое устройство с большими трудовыми и материальными затратами при строительстве. Одной меди, рудный ресурс которой на исходе, на обмотки камер и генерирующих устройств потребуется невообразимо много. Непонятно, в какой мере обозначенное десятикратное превышение выпускаемой энергии над потребляемой сможет компенсировать издержки при добыче и обогащении до высокой степени чистоты сырьевых компонентов. Строительство мелких энергопроизводящих объектов однозначно низкорентабельное обременение, если вообще окупаемое в отдалённой перспективе. На возведение ITER исследователи запросили 26 миллиардов долларов. Понятно, что серийные образцы на порядок могут быть дешевле, а может, учитывая мощность, останутся, дай бог, в тех же пределах. Сложность аппаратурного наполнения системы априори снижает надёжность её эксплуатации. Дорогое удовольствие обеспечение хирургической стерильности и глубокого вакуума для проведения процесса. В предлагаемых схемах управляемого термоядерного синтеза тритий является слабым звеном. Не держит марку – распадается до гелия-3 за 12,5 лет, плохо хранится из-за большой проницающей способности. С колоссальными усилиями по нескольку сот граммов в год для научной надобности в реакторах АЭС нарабатывается. В бомбах, как уже упоминалось выше, проблему трития закрыл дейтерид лития. Надежда на неисчерпаемый реагент в лице гелия-3 весьма призрачна. В копеечку и немалую влетят только затраты по его доставке с Луны. История освоения Луны процесс неоднозначный, ходят слухи тут и там – каждый второй лунный старт был неудачным. А учитывая к тому же ещё и высокую степень технологической изощрённости его переработки, то о заоблачной эффективности прожектов тем паче не может быть и речи.
Почему, в дополнение к вышесказанному, в тороидальных камерах и прочих хитроумных ловушках реакционная смесь не воспламеняется? Возможно, потому, что при разработке теории не учтён был пусковой момент. Не всякий протон готов с бухты-барахты вступать в контакт с первым подвернувшимся нейтроном. Приемлемые условия обеспечиваются местоположением и взаимной ориентацией нуклонов. В существующей официальной версии доминирующим препятствием к слиянию ядерных компонентов признанно кулоновское отталкивание. Общеизвестно – электростатическое отталкивание серьёзная помеха для сближения. При постепенном сближении у контактирующих атомов появляется время для ускользающего уклонения от взаимодействия. Неприятный недостаток, но не только он препятствует объединению ядер изотопов водорода. То, что, по логике, должно способствовать объединению, ему активно сопротивляется. Кроме электростатического отталкивания сближению ядер дейтерия и трития препятствует внутриядерные колебания, те самые, что образуют видимость дефекта массы у изотопов водорода. Означенная избыточная псевдомасса не способствует, а напротив является помехой, слиянию дейтерия и трития. Также включение в режим удержания сильного взаимодействия создаёт объединению препятствия, требуя дополнительного напряжения.
Для полноценного синтеза элементов необходимы нейтроны – в большом количестве. Где их взять в достатке, когда изначально вещество во Вселенной представлено пустоцветным водородом… У Большой науки есть на этот счёт несколько предположений, но нет внятных доводов, обоснованно доказанных фактов – как из протонов образуются нейтроны. В официальной версии постулировано чудесное, по-другому просто не сказать, преображение двух контактирующих протонов в протон-нейтронную пару. Протон-протонные реакции в звёздах, по версии учёных, идут через слабое взаимодействие с излучением нейтрино.
p + p ; ;D + e+ + ;e + 0.4 Мэв
Загадочно выглядит механизм преображения протона в нейтрон… Можно, конечно, предположить, что от встряски при соударении протонов происходит переноминация кварков, входящих в состав адронов. Сомнительно и крайне неконструктивно. Надо помнить ещё и о том, что входящий в состав дейтерия нейтрон содержит упакованные в чреве электрон и антинейтрино. Удивителен странной логикой поведения нарисованный микромир. Неразменный рубль какой-то, да и только. Кинетическая энергия преобразовалась мистическим образом в частицы. Закон сохранения материи порушен законом сохранения энергии. Малоэффективной и маловероятной также представляется и реакция образования нейтрона со стихийным захватом электрона протоном. Если такое взаимодействие и возможно, то должен быть выдержан особый скоростной режим и траектория пролёта. Самым рациональным обоснованием механизма трансформации протонов в нейтроны может стать существующая, экспериментально установленная, реакция, при которой протоны и антипротоны, движущиеся параллельно встречными курсами, на расстояниях недостаточных для плотного захвата и последующего вступления в акт взаимной аннигиляции, преобразуются в нейтроны и антинейтроны, соответственно. Любопытным в этой схеме представляется – отсутствие в ней электрона и нейтрино. Веский аргумент в пользу аннигиляции протонов, её основного вклада в процесс внутризвёздного синтеза. Она, и только она, является источником солнечных вспышек и радиации, переносимой космическими лучами.
Как уже говорилось выше, существует версия астрофизиков, по которой энергию потребную для производства синтеза внутри звёзд поставляет реакция аннигиляции. Попробуем развить и обосновать эту точку зрения на примере Солнца. Солнечный реактор – высоконапряжённая среда внутризвёздного ядра. Существующие теоретические построения носят вероятностный характер. По официальной версии в нагретой плазме имеется спектральный разброс энергии входящих в состав частиц. Особо высокоэнергичные ядра, по смелому предположению обоснователей, и являются участниками процесса, обеспечивающими протекание реакции синтеза. Одно худо вероятность контакта низка. Невероятно роковое термодинамическое заблуждение, построенное на неверной интерпретации явления именуемого броуновским движением. В опыте, утвердившем кинетическую теорию тепла на основе хаотичного движение корпускул, использовались среды разного агрегатного состояния – жидкого и твёрдого. Вода, в отличие от газов, предполагает наличие ассоциативных связей, и потому, в такой ситуации, правильней говорить не о соударениях крупинок пыльцы с отдельными молекулами, а о контактах с их ассоциативно связанными группами. Но даже в газах, надо сказать, присутствует элемент фракционного объединения молекул и температурного расслоения. Объединению способствует, необозначенное в качестве фундаментального, пятое в списке инерционное взаимодействие. Пояснения по нему были даны выше. Повышение интенсивности витания при нагреве, в случае с водой, вызвано не только температурным повышением частоты соударений, но ещё и количественным увеличением контактов из-за распада крупных водных ассоциаций на более мелкие импульсивно заряженные фрагменты. Этот фактор в качестве резонансного воздействия нужно, кроме всего прочего, учитывать при обосновании механизма образования водных растворов.
Для полноценного проведения процесса термоядерного синтеза необходимо симметричное взаимодействие, которое возможно только при встречном столкновении. При повышении же температуры вероятность, как ни парадоксально, действенных контактов падает пропорционально степени нагрева и давления т.к. увеличение интенсивности соударений атомов вещества, составляющих реакционную смесь, укорачивает длину траекторий свободного пролёта. В звёздах, в частности внутри Солнца, процесс протекает дискретными циклами, о чём свидетельствует переменная солнечная активность. Пуск процесса и устойчивое горение реакции обеспечивается аннигиляцией ионизированных атомов водорода. В стеснённых условиях ядра происходит частичная взаимная поляризация некоторого количества протонов. Аннигилируя, протоны создают подпирающий эффект, который и понуждает нуклоны к объединению. В момент лобового соударения встречно движущихся ядер тяжёлого водорода и происходит плотный контакт, включающий сильное взаимодействие частиц. Вполне возможно, что все досужие рассуждения о том, чего не видим, а лишь предполагаем, не более чем устоявшиеся в сознании заблуждение. Ничто не запрещает синтезу элементов протекать одновременно с образованием нейтронов. Гипотетически можно предположить, что именно в период формирования предпосылок для появления сильного взаимодействия и происходит вожделенное слияние ядер, что в свою очередь обеспечивает высокую степень конверсии. В бомбе, кроме всего прочего, присутствует инициирующий ядерный взрыв, который не просто сжимает смесь, но ещё и облучает её. Облучение, способствует интенсификации образования поляризованных ядер водорода, что в свою очередь ведёт к повышению вероятности протекания реакции аннигиляции, и как следствие, к созданию благоприятных условий для синтеза.
Как бы то ни было, но в любом случае технология есть технология, и от её специфики не спрятаться. Для устойчивого горения нужны определенные условия. Наиболее высокая степень вероятности протекания процесса ядерного синтеза достигается на встречных потоках реакционных смесей. В частности, при взрыве бомбы успешному синтезу гелия способствует энергия распада лития-6 на тритий и гелий.
n + Li — 4Не + T + 4.8 МэВ.
В данном случае, следуя логике закона Ньютона (действие равно противодействию), образованный при акте слияния отлетающий от трития нейтрон сообщает дополнительный импульс ядру дейтерия. В общем виде количественно реакция термоядерного синтеза гелия на основе дейтерий-тритьевой смеси выглядит следующим образом:
T + D— 4He + 17,6 МеВ
Качественную сторону реакции проще понять, глядя на её векторный вариант:
Сильное взаимодействие в основе своей дискретно, включается и выключается рывком. Энергетический импульс направленного действия существенно повышает вероятность контакта ядер дейтерия. Чтобы не вводить в заблуждение, оговорюсь, – приведённая величина энергии отдачи равная 2,1 МеВ чисто гипотетическая, обозначена в качестве примера. Отсутствие направленного воздействия энергии отдачи делает затруднительным проведение реакции термоядерного синтеза с использованием дейтерия и гелия-3
2H + 3He = 4He + p + 18,4 МэВ.
Схожая проблема возникает и при производстве термоядерного синтеза с применением в качестве сырья только дейтерия.
Продолжим рассуждения на тему внутризвёздного синтеза. Центральная зона звёздного реактора, выражаясь фигурально, разжимаясь и сжимаясь поочерёдно, буквально дышит плазменной смесью газов. Что и выражается в периодичной смене солнечной активности. В ядре Солнца, как в лёгких, отрегулирован газообмен. Нагретые продукты синтеза выталкиваются наружу, где смешиваются с ионизированным атомарным водородом. В центре ядра создаётся зона относительного разряжения, куда опускается обогащённая водородом газовая смесь – сырьё для следующего цикла. Реакция протекает в среде инерта, частично оставшихся в зоне образованных ядер гелия, по этой причине горение проходит ровно, без фатальных взрывов. При объяснении цикличности солнечной активности ссылаются на воздействие приближающейся к Солнцу массивной планеты Юпитер. Впрочем, одно другому не противоречит. Гравитационное поле Юпитера может производить необходимое детонирующее возмущение. После всех рассуждений целесообразность реализации лунной программы кажется весьма сомнительным мероприятием. Спрашивается – зачем, при таком раскладе, возить на Землю бесполезный лёгкий изотоп гелия…
Для понимания механизма образования тяжёлых элементов нужно в дополнение к термоядерному синтезу уточнить особенности реакций ядерного расщепления. В сознании превалирует вульгарная трактовка механизма синтеза. В среде учёных бытует поверие, согласно которому элементы расположенные следом за водородом и до железа включительно выделят энергию при синтезе. Элементы, распложенные за железом, выделяют энергию при делении ядер, что обусловлено специфичностью энергии связи. Энергия связи (на нуклон) у разных ядер различаются. Более тяжелые обладают меньшей энергией связи, чем расположенные в середине периодической таблицы. Это означает, что тяжелым ядрам, у которых атомная масса больше 100, выгодно делиться на два меньших фрагмента, тем самым высвобождая энергию, которая и превращается в кинетическую энергию осколков. Этот процесс называется расщеплением атомного ядра. Проиллюстрируем сказанное энергетическим балансом деления урана-238. Энергии связи 238U, 145La и 90Br равны 1803, 1198 и 763 МэВ, соответственно. Это означает, что в результате данной реакции высвобождается энергия деления ядра урана, равная 1198 + 763-1803 = 158 МэВ. Означенной энергии связи и внутриядерным энергетическим возмущениям внятного объяснения не встретил. Попробуем методом элементарных логических объяснений обосновать некоторые особенности внутриядерных состояний.
Несколько слов по проблематике распада ядер. В качестве иллюстрации конспективно приведу официально признанную версию. На рисунке представлено схема самопроизвольного и индуцированного капельного деления ядра урана. Доминирующей среди теорий объясняющих ядерное расщепление признана капельная модель ядра, в которой ядро рассматривается как капля электрически заряженной несжимаемой жидкости. На нуклоны в атомном ядре действуют уравновешивающие друг друга ядерные силы притяжения и электростатические силы отталкивания между протонами. Деформация ядра нарушает равновесие; при этом, однако, возникают силы, стремящиеся вернуть ядро к начальной форме аналогично поверхностному натяжению жидкой капли. Деформация ядра при делении сопровождается увеличением его поверхности и, как в жидкой капле, силы поверхностного натяжения возрастают, препятствуя дальнейшей деформации. В процессе деления ядро изменяет форму – последовательно проходит через следующие стадии (см. рисунок): шар, эллипсоид, гантель, два грушевидных осколка, два сферических осколка. Начальная стадия деления – медленное изменение формы ядра, при котором появляется шейка, соединяющая два ещё не полностью сформированных осколка. После прохождения через вершину барьера деления энергетически выгодным становится образование двух капель меньшего размера, и с этого момента формирование осколков деления протекает стихийно. Выявлена устойчивая закономерность асимметричности деления ядер. При расщеплении на выходе получаются куски с массовой разницей в 50± единиц. Процесс деления происходит только в том случае, когда потенциальная энергия начального состояния делящегося ядра превышает сумму масс осколков деления. Поскольку удельная энергия связи тяжёлых ядер уменьшается с увеличением их массы, это условие выполняется почти для всех ядер с массовым числом A>90. Однако, даже самые тяжёлые ядра самопроизвольно делятся с весьма малой вероятностью. Это означает, что существует энергетический барьер, препятствующий делению. Разность между начальным значением потенциальной энергии и её минимальным конечным значением равна энергии реакции деления.
Схема деления и его количественная сторона сомнения не вызывает. Конкретики мало. Интересным представляется качественный вопрос, – какой силовой элемент движет процессом. С инициирующим воздействием в общих чертах понятно – проникающие нейтроны, возбуждая нечто неуживчивое, провоцирует процесс расщепления ядер. Математика ядра – арифметика статистического, бухгалтерского уровня, алгебраических изысков в ней не найти. В качестве иллюстраций обычно рисуется упрощённая капельная модель ядра – пупырчатый пузырь с равномерным распределением разноцветных шариков, которыми обозначены участники процесса – протон и нейтрон. Но кроме капельной признана дееспособной и оболочечная модель с упорядоченной структурой, количественно соответствующая распределению электронов по оболочкам. Перебрав груду материала так и не нашёл сколь-нибудь внятного рисунка поясняющего оболочечное устройство ядер. У авторов и интерпретаторов популяризаторов воображения, видно, не хватило на то, чтобы представить графическую версию модели. В ответ на запрос в основном приводятся примеры строения ядер клеток. И мы воображать глубоко до поры, до времени не будем. Можно одно сказать, что атомное ядро далеко не шар. Мне представляется наиболее рациональной объединённая капельно-оболочечная модель ядра. Такая концепция как нельзя лучше совпадает с моим пониманием процессов. Не углубляясь более в подробности конструкции ядер, примем в предлагаемых рассуждениях за основу оболочечную модель ядра. Для начала можно предположить, что внутри ядра задействованы две разновидности нейтронов, определяющих разные типы связи. Первый вид – стабильные, тесно связанные с протонами сильным взаимодействием, каркасные, создающие ядерные оболочки, нейтроны. Их число сопоставимо с числом протонов в ядре. Второй вид – ассоциированные нейтроны, случайно застрявшие в пространстве меж оболочек компоновочные наполнители, никаким боком не участвующие в силовом взаимодействии. Роль трутней в ядерном улье неоднозначна. Экспериментально установлено жизнь нейтронов в свободном состоянии коротка, чуть больше тысячи секунд. С одной стороны, затесавшись в высокоплотную среду, нейтроны тем самым обеспечивают себе вечное существование. С другой стороны, именно ассоциированные нейтроны в первую очередь склонны к бета-распадному преобразованию. Но ценность ассоциированных нейтронов не в этом, они участвуют в формировании конструкции ядра, выполняют важную стабилизирующую функцию наполнителя, исполняя тем самым роль амортизирующих прокладок, и обеспечивают гармоничное сосуществование нуклонов. Ассоциированные нейтроны пассивно участвуют в структурной перегруппировке осколков распада, преобразующихся в полноценные вновь образованные ядра. С другой стороны, аномальная неравномерность их распределения создаёт очаги радиоактивной нестабильности. В крупном ядре может быть несколько зон нестабильности и потому одно и то же ядро может распадаться по-разному. Уран-235 при таком раскладе недоделанный уран-238, волей случая выведенный на поверхность Земли. Разница атомных масс указывает на то, что в уране-235, как минимум на три зоны неустойчивости больше чем в уране-238. В ядре действуют четыре силы. Из них две стягивающие. Доминирующей является сила связи альфа-частиц входящих в состав оболочек. На пару с ней на сжатие направлена дополнительная сила – слабого межоболочечного сцепления. Чем дальше оболочка от центра ядра, тем выше степень растяжения и вероятность разрыва связующих нитей. Неравномерность натяжения на внешних оболочках сдерживающих связей создаёт условия для бета и альфа-распадов. Характерный пример поочерёдного разложения – ступенчатый распад ядра радия.
Две силы работают на разрыв. Дремлющая в недрах сила кулоновского отталкивания. Ей подставляет плечо реактивная обратного действия, порожденная сжатием, сила. При принудительном распаде сторонний нейтрон выбивает слабо ассоциированные нейтроны с их посадочных мест. В зоне поражения запускается механизм автовозбудимого возмущения, при котором кулоновские силы разжимают очаг, а силы оболочечного удержания, напротив, стремятся возвратить в исходное положение. Ядро постепенно, вытягиваясь, делается эксцентричным. На следующем этапе происходит перераспределение сил, структурная перестройка с организацией центров в автономных образованиях. При достижении критических значений нарушения баланса сил происходит процесс фатального расщепления ядра. Сила замыкания оболочек способствует дополнительному производству кинетической энергии.
При расщеплении, однако, не всё так однозначно, как предполагается теорией. Классика жанра, апробированное множество раз деление по схеме третий лишний склонного к самопроизвольному расщеплению урана-235. Где тонко там и рвётся. Нейтрон, протискиваясь через зону нестабильности ядра, рывком выталкивает три слабо удерживаемых ядерными силами нейтрона. Резкое соударение двух обособленных частей деформированного ядра способствует его разрыву. Такая схема выражает общий идеальный случай, справедлива при детонирующем воздействии и в процессе управляемого ядерного расщепления. Она не отображает весь спектр процессов. В ней не обозначена реакция образования альфа-частиц, бета распад зримо не представлен.
Наличие критической взрывной массы радиоактивного вещества повышает вероятность контактов нейтрона с ядрами в местах возможного внутриядерного разрежения. Но даже в этой ситуации трудно представить, что все нейтроны при взрыве вступают в фатальный контакт, великое их множество покидают пределы реакционной зоны. Лавинообразный поток нейтронов со степенной прогрессией распространения и тот не способен обеспечить моментальность расщепления всех ядер заряда. Высокая вероятность контактов в нужное время и в нужном месте возможна в том случае, если по аналогии с электрическим зарядом, существует некая сила затягивающая нейтроны в очаг повышенного возбуждения ядра, обеспечивая тем самым надёжный захват. Если в действительности есть целенаправленный захват, то тогда надо вводить совершенно новый тип взаимодействия не похожий на все существующие. Быть может оно, взаимодействие, столь слабое, что способно захватывать лишь низкоскоростные тепловые нейтроны. Над этим надо крепко думать. В случае с ядерным взрывом возможен другой менее прихотливый комбинированный вариант, обеспечивающий полноту деления. В процессе деления поток нейтронов исполняет роль детонатора. При схеме нейтронного возбуждения возможен залповый выброс энергии распада, но он растянут по времени, о чём свидетельствует аварии в Чернобыле и Фукусиме. Цепная реакция в процессе взрыва приобретает дополнительное ускорение и идёт по иной более жёсткой схеме. Высвобожденной кинетической энергии осколков инициированного нейтронами распада вполне по силам чисто механически, ударным действием, спровоцировать соседние ядра урана на спонтанное расщепление. Такая форма распада обеспечивает избыточное, по сравнению с расчётными данными, количество энергии. В комбинированной схеме возможен стихийный распад на произвольные части, вплоть до альфа-частиц. Мгновенность процесса не позволяет формировать из осколков полноценные дочерние ядра атомов. Также в комбинированной схеме можно предположить и бета-распад нейтронов. Схема комбинированного вынужденного расщепления ядра представлена на рисунке. В случае с ураном-238 тем более только такая схема способна обеспечить высокую вероятность спонтанного расщепления. Облучение быстрыми нейтронами сравнимо со стрельбой очередями по воробьям. Попадание в нужную часть ядра дело случая. Ни о каком особом механизме и речи быть не может. Ударным воздействием вышибаются слабые подпорки, и ядро принудительно разваливается на части, высвобождая, столь необходимые для горения цепной реакции, высокоэнергетические осколки ядра и порцию высокоскоростных нейтронов.
Самым рациональным вариантом генезиса планет является их образование из заторможенных нейтронных звёзд. В земном ядре на ранней стадии протекали комбинированные ядерные процессы, проходящие по схеме с локально распределённой реакцией синтеза. Радиационные превращения, которые встречается на поверхности, лишь малая толика процессов протекающих в недрах планет, где условия энергетически более жёсткие. Главной движущей силой процесса в земных недрах выступает бета-распад, превращающий нейтрон в протон. Как известно время жизни нейтрона в свободном состоянии около пятнадцати минут. Понятно, взрыв – процесс мгновенного действия. Можно предположить, что спектр состояний связанных нейтронов весьма широк, вполне допустимо наличие в ядрах нейтронов, балансирующих на грани полураспущенности. Детонирующее воздействие провоцирует их на решительное действие. Широко расправивший плечи вновь образованный протон, продукт бета-распада, весьма агрессивный реагент. W-бозонную импульсную энергию мощностью в 90 ГэВ надо куда-то сбрасывать. На открытой местности она плавно истекает в пространство, в замкнутой же стеснённой среде избыток переводится в кинетическую форму. Вновь образованный протон предстаёт сразу трёх ипостасях: провоцирует распад неустойчивых тяжёлых элементов, сам вливается в новое ядро, увеличивая порядковый номер элемента, и одновременно является сырьём для реакции аннигиляции. Энергия аннигиляции пар частиц-античастиц в стеснённых коммунальных условиях направленно толкают холостые ядра в объятия друг друга. Процесс цепной, многостадийный. Взрывное точечное дозированное воздействие вынуждает соединяться ядра различной массы в более крупные нуклонные конгломераты. Первоначально по аналогии с гелием-3 формируются изотопы недомерки – ядра будущих тяжёлых элементов с пониженным содержанием нейтронов. С истечением времени происходит постепенное насыщение ядер нейтронами. Высокое давление препятствует индуцированному расщеплению ядер. В аномальных зонах случается образование неустойчивых радиоактивных элементов. Протекает процесс естественного отбора – непрерывное переформатирование вещества. Атомы сливаются, распадаются и вновь сливаются до обретения ими устойчивого состояния.