FUSION №100 - МАРТ-АПРЕЛЬ 2004 стр. 21 – 25.

 

Francais PDF(330K)

Монополи: новый взгляд на физический мир

ЭММАНЮЭЛЬ ГРЕНЬЕ

Fusion представлял экспериментальные и теоретические аспекты монополей (см. Fusion 93). В дальнейшем эта тема значительно продвинулась. До такой степени, что теперь обнаруживается совпадение между экспериментами различной природы, от холодного синтеза до гамма-лазера. Мы отчитываемся в этих вопросах и представляем несколько возможных промышленных применений этих новых физических явлений. Экзотические еще несколько лет тому назад, они могут стать значительными в течение этого века.

Вокруг экспериментов, называемых «холодным синтезом», и не только, около пятнадцати лет осуществляется радикальная эволюция физики. Все идет к тому, что будут сметены догмы, царящие с начала прошлого века, согласно которым существует непреодолимая граница между миром химии и миром ядерной физики.

Через многочисленные экспериментальные, очень различные модели, мы на пути к тому, чтобы установить, что возможно изменять ядерные процессы воздействуя на электронные оболочки и используя силы взаимодействия, названные «слабыми». Таким образом, можно проходить от молекулярного мира, где проходят химические реакции, в ядерной мир; что считали доступным только гигантским аппаратам таким, как ускорители частиц, токомак, способный поддерживать плазму при температурах несколько миллионов градусов, или ядерные реакторы.

Идея, что ядерный мир, исследуется только в «крупной науке» собирается падать. Уже, фентосекундные лазеры достигают достаточных плотностей потока энергии для того, чтобы воздействовать на ядерные процессы. Карл Коллен, директор Центра квантовой электроники университета Техаса, умеет получать гамма-излучение, облучая атомы гафния рентгеновскими лучами. Можем предположить что теперь мы подходим к «последнему лазеру», лазеру в гамма-лучах, который был бы прекрасным средством наблюдения и действия над миром, в различных медицинских и промышленных приложениях.

Чтобы осуществлять трансмутации, надо обязательно изменить ядра. Не только изменяя количество нейтронов (то, что происходит, когда переходим от одного изотопа к другому) но еще изменяя количество протонов. Итак, чтобы добавить, например, протон (заряженный положительно) к уже существующему ядру (которое также заряжено положительно), надо преодолеть то, что называется «кулоновским барьером», по имени физика, который дал свое имя элементарному электрическому заряду.

Идея кулоновского барьера, происходит прямо из силового видения электромагнитного мира. Согласно этому ньютоновскому видению, две частицы одинакового заряда отталкиваются с тем большей силой, чем ближе они одна к другой. Чтобы преодолеть эту электромагнитную силу и приблизиться до положения, где действует сильная ядерная сила (та, которая обеспечивает связь ядер), были нужны таким образом значительные энергетические ресурсы, подобные тем, какие создаются в больших установках, которые мы цитировали выше.

Но это статическое понятие опровергалось уже Гауссом и Вебером, которые показали, что взаимодействие двух заряженных частиц зависит от их соответствующих скоростей. Вебер, особенно, доказал, что электромагнитные силы могли иметь каталитический характер.

Сейчас существует некоторое количество серьезных экспериментальных данных о том, что могут иметь место трансмутации при относительно низкой температуре, даже при температуре окружающей среды. Речь идет не только о холодном синтезе, о котором мы говорили долго в этих колонках, защищая точку зрения, что эта физическая аномалия заслуживала скорее дополнительных исследований, чем оскорбления, вопреки неловкости некоторых из своих ревностных защитников. Она собирается возвращаться на переднюю часть сцены, живя в тени около десятка лет. В то время как ближайшая международная конференция по вопросам холодного синтеза (ICCF 11) состоится в Марселе в будущем сентябре, многочисленные научные журналы возвращаются на свои бывшие позиции. Таким образом, во Франции, Science & Vie, считая долго холодный синтез «патологической наукой», посвящает передовую статью своего номера за май 2004 «алхимии», переходя, таким образом, от одной крайности к другой. Под этим броским заголовком, она возвращается к холодному синтезу и делает очень быстрый оборот явлений трансмутации. Газета особенно находится под впечатлением того, что американский Отдел энергии решил открыть эти дискуссионные документы, заказав отчет по данной теме, который должен будет представлен в начале 2005. Да, часто нужен сигнал, пришедший из США чтобы переубедить французских журналистов...

Мы все-таки идем против официального сообщества французской физики поддерживая идеи Жоржа Лошака (см. Fusion 93) в вопросе о монополях, которые только затронуты в их статье.

Жорж Лошак, один из главных организаторов, вместе с фондом Луи де Бройля, который он возглавляет, конференции, имевшей место в Парижском горном институте по поводу низкоэнергетических превращений. Здесь, он продолжает работы Дирака, чьи теории стали основой исследований монополей.

Конференция Горного института

Лошак был главным организатором, вместе с фондом Луи де Бройля, который он возглавляет, конференции, имевшей место в Парижском горном институте по поводу низкоэнергетических трансформаций (26 и 27 ноября 2003). В течение этой конференции, были представлены многочисленные экспериментальные результаты, осуществленные в целом мире. Были предложены и обсуждены попытки теоретических объяснений. Помимо Жоржа Лошака, организатора, выступал Жак Дюфо. Это бывший научный директор Shell-France, сейчас он работает в лаборатории ядерных наук Жака Фо в CNAM. Его экспериментальное устройство основано на нити палладия или очень тонкого вольфрама (диаметр 100 микрон), подвергнутого электрическим импульсам различной формы. Измеряя потребленную мощность (электрический нагрев нити) и выделевшуюся мощность (с калориметром в потоке), Дюфо получает дополнительную мощность в несколько сотен милливатт.

Теоретическое объяснение основано на состоянии метастабильного водорода – hydrex – предсказанном расчетами квантовой электродинамики, но не доказанном экспериментально. У него был бы ядерный размер и продолжительность жизни, от сотых долей секунды до нескольких секунд. В опытном металлическом образце, он образовал бы себе кластер hydrex вокруг ядер металлической решетки. Эти ядра подверглась бы делению. Нейтроны взаимодействовали бы с hydrex с образованием гелия, без излучения гамма-лучей, так как энергия реакции может быть превращена в кинетическую энергию, распределенную среди продуктов этой реакции. Гипотеза, у которой есть заслуга поднять теоретическую проблему холодного синтеза (без или с очень малым гамма-излучением в ядерных реакциях), но которая ждет еще дальнейших разработок.

На этой конференции присутствовали также многочисленные русские физики, заинтересованные в исследовании трансмутаций, а именно Леонид Уруцкоев, Курчатовский Институт. Он думает, что не следует отделять атомную физику от ядерной физики в процессах, затрагивающих ядра. Он считает, что экспериментально подтверждено, что изменение электронных оболочек атома оказывает влияние на период радиоактивного распада. Он рассматривает возможность обеспечить эти изменения сильными магнитными полями. Бета-распадчики такие, например, как цезий, излучают монополи, когда они находятся в магнитном поле.

Перед парижской конференцией, он напомнил результаты, которые он получил подвергая электроды чистого титана, погруженные в воду электрическому разряду 5000В1 (см. нижеследующий рисунок): содержание в титане 48 изотопа заметно сокращалось (до 10 %, при точности измерений равной 1%) при этом не фиксировалось соответствующего увеличения для других изотопов титана (46, 47, 49, 50). Напротив, Уруцкоев обнаруживал массовой спектрометрией сильное увеличение содержания примесей в воде (более чем в десятки раз по отношению к первоначальному содержанию), пропорционально исчезшему титану 48. Эти чрезвычайные результаты были воспроизведены и подтверждены командой Кузнецова в Объединенном институте ядерных исследованияй (ОИЯИ) Дубна.2 ОИЯИ корреспондент Института ядерной физики университета Orsay (IPN) с которым он изучает кластерную радиоактивность по подобию экзотической радиоактивности 223Ra.

В обоих случаях, как в Курчатовском Институте, так и в ОИЯИ, не нашли остаточного гамма-излучения, что означает, что в течение процесса не образовывались возбужденные ядра. Иначе говоря, кулоновский барьер не был уничтожен обычным механизмом ускорения частиц. Также, тот факт, что не были обнаружены нейтроны в значительном количестве в течение этих испытаний, показывает, что наблюдаемые превращения не происходят за счет сильных взаимодействий.

1. Батарея конденсаторов. 2. Разрядник. 3. Кабель. 4. Фольга.

5. Электрод. 6. Крышка из полиэтилена. 7. Крепеж крышки.

8. Взрывная камера. 9. Дистиллированная вода.

Схема опыта Уруцкоева. Батарея конденсаторов разряжалась на фольгу, помещенную в воду. Запас энергии батареи конденсатора с напряжением нагрузки U~4,8 кВ был W~50 кДж. Выключатель батареи был типа тригатрон. До нагрузки, энергия транспортировалась по кабелям (3) индуктивности L = 0,4 мкГн. Фольга титана (Ti) использовалась как нагрузка и она была приварена к электродам из титана (5). Электроды были зафиксированы на крышке полиэтилена (6), которая в свою очередь прикреплялась крепежом (7) к взрывной камере (8), сделанной также из полиэтилена. Взрывная камера представляла тор с восьмью отверстиями (9) распределенными на равном расстоянии по окружности. В большинстве описанных испытаний, использовали дистиллированную воду в качестве рабочей жидкости. Количество кабелей в различных испытаниях менялось от 1 до 8. Аналоговые осциллографы и скоростные цифровые аналоговые трансформаторы, присоединенные к компьютерам, регистрировали электрические сигналы.

Модели странного излучения

Вот возможная общая модель. Электрическим разрядом, подготавливается плазма, электроды которыми это плазма будет сгенерирована, представляют характер «фракталов» (речь идет о электродах углерода, полученных обжигом, или о металлической пыли, образовывающейся при электрическом взрыве). Вследствие фрактального характера электродов, электроны выпускаются в виде кластеров. Внутри этих кластеров происходят взаимодействия между ядрами. Явление играет на понятии «фракталов» внутри кластера, аномалии пространства, которая позволяет включение резонанса «Большая Система Поункаре» в плазме, в смысле концепции Ильи Пригожина. Именно этим резонансом производится преодоление Кулоновского барьера.

Этот резонанс обеспечивает образование крупных неустойчивых ядер, которые быстро делятся на тяжелые и более легкие ядра. Предпочтительно Ni-Fe (никель и железо) и Si-Al (кремний и алюминий), но возможны и другие элементы: натрий, магний, хром, медь, цинк, и т.д. Имелась тогда передача одного или нескольких монополей. Эти монополи оставляют следы на фотографических пленках, которые могли бы соответствовать электрически заряженным частицам энергии порядка от 900 МэВ до 1ГэВ, это объяснило бы также энергетический баланс эксперимента.

Можем отметить с одной стороны, что Ni-Fe и Si-Al с трудом изменяемы, с другой стороны, что речь идет о предпочтительных компонентах нашей голубой планеты. То, что образуется в ходе процесса, является стабильным!

Созданные монополи производят в своем близком соседстве очень сильное магнитное поле порядка гига-гаусс, это магнитное поле превращает соседние электронные оболочки в завиток, что приводит к новой серии превращений K-захватом. В результате получаются очень разнородные окончательные результаты трансмутаций.

Мишель Рэмбо, французский исследователь, который работает уже давно над теоретическим объяснением холодного синтеза, выработал независимую модель, но дополнительную к модели Жоржа Лошака: Рэмбо оправдывает производство монополей, в то время как Лошак их описывает. Рэмбо заинтересовался действительно вначале испытаниями, ведомыми другим русским, Кучеровым3,4. Речь шла о люминисцентных разрядах в газовом дейтерии при низком давлении, осуществленных в камере 10 дм3. Давление газового дейтерия было между 3 и 10 торр, напряжение нагрузки между 100 и 500 В и ток между 10 и 100 мА. Вопреки холодному синтезу, которое производит ядерные реакции только статистическим образом, эти испытания предоставляли неожиданные результаты, итог подведен Мишелем Рэмбо в его докладе на конференции.

1) Калориметрические измерения в течение 78 последовательных испытаний указывали, что имелось производство излишней мощности 33 Вт, по отношению к необходимой мощности чтобы поддерживать разряд в камере, с избытком 500%. Количество измеренной энергии с достаточной точностью было 6 кДж. Экспериментаторы справедливо замечали, что такое количество энергии не могло быть химического происхождения; сжигание дейтерия предоставило бы 800 Дж, но в устройстве отсутствовал кислород, необходимый для такого сжигания.

2) Избыток тепла, приблизительно 90 % которого было освобождено в катоде, коррелировал с изменением потока нейтронов, но не с их энергией.

3) Заметное производство изотопа 4He в процессе, в то время как изотопа 3He было мало.

4) Имелась преобладающее производство некоторых частиц, переносящих энергию в 106 раз больше чем нейтроны.

5) Гамма-спектр указывал на существование деления, приводящего к появлению в катоде из палладия, разных изотопов, в особенности рубидия.

В итоге, было ясно показано, что явление холодного ядерного синтеза существовало, а также что различные процессы деления были возможны в подготовленной среде.

Накопления электронов

Мишель Рэмбо разработал теорию5,6, основанную на резонансе и на накоплении электронов, позволяющем объяснить наблюдаемые явления, как в рамках экспериментов «классического» холодного синтеза (электролиз тяжелой воды с электродами из палладия) так и в других моделях, где наблюдаются трансмутации. Согласно ему, надо объединить четыре условия, чтобы среда была подготовлена для производства реакции ядерного синтеза:

1) ионизация должна быть достаточно хорошей, это означает, что среда превращается в холодную плазму;

2) среда должна быть способной производить свободные электроны в достаточном количестве;

3) должен появиться типовой резонанс «Большая Система Пуанкаре» (GSP) в смысле Ильи Пригожина, этот резонанс производящийся автоматически созданием ямы потенциала между обоими ядрами; этот GSP делает почти свободными ионы плазмы;

4) накопление электронов в среде (космическим распределением в трех измерениях управляет закон Пуассона), вокруг дейтронов при столкновении, то, что приводит к «исчезновению» кулоновского барьера (действительно он всегда там, это GSP с его потенциальной ямой, которая является причиной того, что он уменьшаеться).

Эти накопления электронов (кластеры) были обнаружениями работами Геннадия Месяца, настоящего вице-президента русской Академии Наук, и Кеннета Шулдерс, чьи исследования были поощрены Ричардом Фейнманом. Месяц обнаружил явление в 1966 г. и его назвал «взрывной электронной эмиссией» или «экситон». Шулдерс, со своей стороны, говорил о «electrum validum»7. Речь идет действительно о том же явлении, обнаруженном двумя очень различными путями, но обладающими тем не менее теми же характеристиками: накопление электронов (или кластер) макроскопический объект, снабженный квантовыми свойствами.

Если кластеры электронов не очень многочисленны и имеют очень маленький размер, Большая Система Пуанкаре проявится только статистическим образом. То, что констатировали многочисленные экспериментаторы, работавшие над классической моделью холодного синтеза (электролиз тяжелой воды с электродами из палладия), потому что субстрат палладия ухудшался очень быстро, обеспечивая крайне плохую повторяемость. Рэмбо показал, во всяком случае, что даже если реакция начинается, свободная мощность ограничена максимум несколькими сотнями милливатт, каким бы ни был размер образца. Это исключает возможные промышленные применения «холодного синтеза», которые рассмотрены изначально, слишком восторженным образом.

Слева направо, Пьер Оливеро, электрик «courant fort», Мишель Рэмбо, физик, Андре Клерк-Рено, сейсмолог, Жан-Мари Арнодие, математик и Анри Ленн, инженер, консультирующий Arts & Mйtiers. Этот последний и Рэмбо оба сыграли большую роль в составлении и в распространении знаний на ядерных реакциях холодным доведением до кондиции.

Промышленные приложения

Напротив, Рэмбо утверждает, что можно предложить развивать другие промышленные приложения, учитывая результаты, полученные в целом мире:

1) Генератор энергии, горючее которого было бы дейтерированной жидкостью (или ацетон дейтерия тяжелой воды, среди других кандидатов), играл бы в то же самое время роль первичного охладителя. «Рассмотренные термические мощности могут быть значительными и быть ограниченными как в рамках холодного синтеза» подчеркивает Рэмбо.

2) Используемая трансмутация элементов именно для вторичного использования радиоактивных отходов. «Первые результаты исследований, проводомых в Курчатовском Институте показывают, что превращение актинидов [радиоактивные элементы с большим временем жизни, наиболее затруднительные из радиоактивных отходов] возможно с долей 15 % на единственном электрическом разряде» подчеркивает Рэмбо. Эти актиниды были бы превращены к полюсам стабильности таблицы Менделеева, которыми являются Si-Al и Ni-Fe. Доход превращения был бы приблизительно 1 грамм металла, превращенным для потребленных 3 кВтч. При 0,3 евро за киловатт-час (тариф увеличивает потребление за пустые часы для Франции) и зная, что французский житель генерирует приблизительно 5 грамм в год типовых радиоактивных отходов (актиниды с большим временем жизни), процесс оказывается экономично обсуждаемым.

3) Можем рассмотреть также новый типа ядерного реактора: изменения структуры электронных оболочек (помещенной в завиток ультрамощными магнитными полями монополей) приводят к значительному увеличению эффективных сечений, до значений порядка 100 барн. Давайте напомним, что эффективное сечение это мера вероятности взаимодействия частицы с ядром, выразив оттуда барн (1 барна = 10–24 см2). В случае нейтрона например, она определяет свою вероятность взаимодействия с ядрами вещества различных компонентов. Больше эффективное сечение приведет к более маленькой критической массе. Это означает, что можно рассмотреть ядерный реактор, содержащий только один десяток кг естественного урана, цепные реакции которых были бы вовлечены бомбардировкой магнитных монополей. Полученные результаты уже очень обнадеживающие.

За предусматриваемыми промышленными приложениями, ясно, что монополи могут предстать для нашего знания тем, чем была подзорная труба Галилея или астрономические наблюдения в рентгеновских лучах: новое смотровое окно на физический мир. Какими бы ни были сомнения, которые окружают еще результаты, полученные командами, которые работают в целом мире над реакциями низкоэнергетических трансмутаций, скандально, что западные научно-исследовательские институты не посвятят больше средств этому исследовательскому пути потенциально, столь же плодотворному.

Литература

1. L. I. Ouroutskoiev, V.I. Liksonov, V.G. Tsinoiev, « Observation experimentale d’un rayonnement « etrange » et transmutation d’elements chimiques », Journal de radioelectronique, n°3, 2000 (En russe). Traduit en francais dans Fusion n°93.

2. V.D. Kouznetsov, Gh.V. Mychinski, V.I. Arbouzov, V.I. Jemenik, « Experiences de controle portant sur l’effet d’une transmutation froide des elements », Rapport interne de l’Institut unifie des recherches nucleaires (Joint Institute of Nuclear Reasearch, JINR), Doubna, Russie.

3. A. B. Karabut, Ya. R. Kucherov et I.B. Savvatimova, Fusion Technology, 20 (1991) 924.

4. A. B. Karabut, Ya. R. Kucherov et I.B. Savvatimova, « Nuclear product ratio for glow deischarge in deuterium », Physics Letters A, 170 (1992) 265-272.

5. M. Rambaut, « Account of Cold Fusion by screening and harmonic oscillator resonance », Transactions of Fusion Technology, volume 26, Number 4T, 486-492, December 1994.

6. M. Rambaut. Proceedings of the 5th International Conference on Cold Fusion (ICCF5), p. 623, « Experimental Evidences for the Harmonic Oscillator Resonance and Electron Accumulation Model of Cold Fusion ».

7. K. et S. Shoulders, « Observations on the Role of Charge Clusters in Nuclear Cluster Reactions », J. of New Energy, Fall 1996, Vol. 1, no 3. 8. M.Rambaut, Physics Letters A 163 (1992), 335-342, 30 March 1992, « Capillary fusion through Coulomb barrier screening in turbulent processes generated by high intensity current pulses ».

9. M.Rambaut, Physics Letters A 164 (1992), 155-163, 13 April 1992, « Double screened Coulomb barrier accounts for neutrons production in cluster and other fusion experiments ».

10. J. Dufour et al., « Experimental observation of nuclear reactions in palladium and uranium – possible explanation by hydrex mode », Fusion Science and Technology, 2001, 40: p. 91-106.