Միջուկային ռեակցիաները լամպերի և բակտերիաների մեջ

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Գիտությունն ունի իր արգելված թեմաները, իր տաբուները։ Այսօր քիչ գիտնականներ են համարձակվում ուսումնասիրել կենսադաշտերը, ծայրահեղ ցածր չափաբաժինները, ջրի կառուցվածքը …

Տարածքները դժվար են, ամպամած, դժվար տրվող։ Հեշտ է այստեղ կորցնել ձեր համբավը` հայտնի լինելով որպես կեղծ գիտնական, իսկ դրամաշնորհ ստանալու մասին խոսելն ավելորդ է։ Գիտության մեջ անհնար է ու վտանգավոր դուրս գալ ընդհանուր ընդունված հասկացություններից, ոտնձգություն կատարել դոգմաների վրա։ Բայց բոլորից տարբերվելու պատրաստ կտրիճների ջանքերն են երբեմն նոր ճանապարհներ հարթում գիտելիքի մեջ:

Մենք մեկ անգամ չէ, որ դիտել ենք, թե ինչպես գիտության զարգացմանը զուգընթաց դոգմաները սկսում են ցնցվել և աստիճանաբար ձեռք բերել թերի, նախնական գիտելիքների կարգավիճակ։ Այսպիսով, և մեկ անգամ չէ, որ դա եղել է կենսաբանության մեջ: Այդպես էր ֆիզիկայում։ Նույնը մենք տեսնում ենք քիմիայում։ Մեր աչքի առաջ նանոտեխնոլոգիայի գրոհի տակ փլուզվեց «Նյութի բաղադրությունն ու հատկությունները կախված չեն դրա արտադրության մեթոդներից» դասագրքի ճշմարտությունը։ Պարզվեց, որ նանոֆորմով նյութը կարող է արմատապես փոխել իր հատկությունները, օրինակ՝ ոսկին կդադարի ազնիվ մետաղ լինել։

Այսօր կարող ենք փաստել, որ կան բավականին մեծ թվով փորձեր, որոնց արդյունքները չեն կարող բացատրվել ընդհանուր ընդունված տեսակետների տեսանկյունից։ Իսկ գիտության խնդիրը ոչ թե դրանք հեռացնելն է, այլ փորփրելն ու փորձել հասնել ճշմարտությանը։ «Սա չի կարող լինել, քանի որ երբեք չի կարող լինել» դիրքորոշումը, իհարկե, հարմար է, բայց ոչինչ չի կարող բացատրել։ Ավելին, անհասկանալի, անբացատրելի փորձերը կարող են լինել գիտության մեջ հայտնագործությունների ավետաբեր, ինչպես արդեն եղել է։ Բառացի և փոխաբերական իմաստով այդպիսի թեժ թեմաներից են այսպես կոչված ցածր էներգիայի միջուկային ռեակցիաները, որոնք այսօր կոչվում են LENR՝ Ցածր էներգիայի միջուկային ռեակցիա։

Մենք ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր ենք խնդրել Ստեփան Նիկոլաևիչ Անդրեև Ընդհանուր ֆիզիկայի ինստիտուտից։ Պրոխորովի ՌԳԱ՝ մեզ ծանոթացնելու խնդրի էությանը և ռուսական և արևմտյան լաբորատորիաներում կատարված և գիտական ամսագրերում տպագրված որոշ գիտափորձերին։ Փորձեր, որոնց արդյունքները դեռ չենք կարող բացատրել։

«E-Сat» ռեակտոր Անդրեա Ռոսսի

2014-ի հոկտեմբերի կեսերին համաշխարհային գիտական հանրությունը ոգևորված էր այս լուրով. զեկույց է հրապարակվել Բոլոնիայի համալսարանի ֆիզիկայի պրոֆեսոր Ջուզեպպե Լևիի և համահեղինակների կողմից՝ E-Сat ռեակտորի փորձարկման արդյունքների մասին, որը ստեղծվել է. իտալացի գյուտարար Անդրեա Ռոսսին։

Հիշեցնենք, որ 2011 թվականին Ա. Ռոսսին հանրությանը ներկայացրեց այն ինստալյացիան, որի վրա երկար տարիներ աշխատել է ֆիզիկոս Սերխիո Ֆոկարդիի հետ համագործակցությամբ։ Ռեակտորը, որը ստացել է «E-Сat» անվանումը (կրճատ՝ Energy Catalizer), արտադրում էր աննորմալ քանակությամբ էներգիա։ E-Сat-ը փորձարկվել է հետազոտողների տարբեր խմբերի կողմից վերջին չորս տարիների ընթացքում, քանի որ գիտական հանրությունը մղում էր գործընկերների վերանայման:

Ամենաերկար և մանրամասն թեստը, որն արձանագրում է գործընթացի բոլոր անհրաժեշտ պարամետրերը, իրականացվել է 2014 թվականի մարտին Ջուզեպպե Լևիի խմբի կողմից, որը ներառում էր այնպիսի անկախ փորձագետներ, ինչպիսիք են Էվելին Ֆոսկին՝ Բոլոնիայի Միջուկային ֆիզիկայի Իտալիայի ազգային ինստիտուտի տեսական ֆիզիկոս Էվելին Ֆոսկին։ Ստոկհոլմի թագավորական տեխնոլոգիական ինստիտուտից ֆիզիկայի պրոֆեսոր Հաննո Էսենը և, ի դեպ, Շվեդիայի թերահավատների միության նախկին նախագահ, ինչպես նաև շվեդ ֆիզիկոսներ Բո Հոյստադը, Ռոլանդ Պետերսոնը, Լարս Տեգները Ուփսալայի համալսարանից։ Փորձագետները հաստատել են, որ սարքը (նկ. 1), որում մեկ գրամ վառելիքը ջեռուցվում է մինչև մոտ 1400 ° C ջերմաստիճանի էլեկտրաէներգիա, արտադրում է աննորմալ քանակությամբ ջերմություն (AMS Acta, 2014, doi: 10.6092 / unibo / amsacta / 4084):

Բրինձ. մեկ. Անդրեա Ռոսսիի E-Cat ռեակտորն աշխատում է. Գյուտարարը չի հայտնում, թե ինչպես է աշխատում ռեակտորը: Այնուամենայնիվ, հայտնի է, որ կերամիկական խողովակի ներսում տեղադրվում են վառելիքի լիցք, ջեռուցման տարրեր և ջերմակույտ: Խողովակի մակերեսը շերտավոր է ջերմության ավելի լավ տարածման համար:

Ռեակտորը կերամիկական խողովակ էր՝ 20 սմ երկարությամբ և 2 սմ տրամագծով, ռեակտորի ներսում տեղադրված էին վառելիքի լիցք, ջեռուցման տարրեր և ջերմազույգ, որից ազդանշանը սնվում էր ջեռուցման կառավարման միավորին։ Էլեկտրաէներգիան ռեակտորին մատակարարվում էր 380 վոլտ լարման էլեկտրական ցանցից՝ երեք ջերմակայուն լարերի միջոցով, որոնք ռեակտորի շահագործման ժամանակ տաքանում էին շիկացած։ Վառելիքը հիմնականում բաղկացած էր նիկելի փոշիից (90%) և լիթիումի ալյումինի հիդրիդից LiAlH₄(10%). Երբ ջեռուցվում է, լիթիումի ալյումինի հիդրիդը քայքայվում և ազատվում է ջրածինից, որը կարող է ներծծվել նիկելի կողմից և էկզոտերմիկ ռեակցիայի մեջ մտնել դրա հետ։

Զեկույցում նշվում էր, որ 32 օրվա շարունակական աշխատանքի ընթացքում սարքի կողմից առաջացած ընդհանուր ջերմությունը կազմել է մոտ 6 ԳՋ: Տարրական գնահատականները ցույց են տալիս, որ փոշու էներգիայի պարունակությունը ավելի քան հազար անգամ ավելի է, քան, օրինակ, բենզինը:

Տարրական և իզոտոպային բաղադրության մանրակրկիտ վերլուծությունների արդյունքում փորձագետները հավաստիորեն պարզել են, որ սպառված վառելիքում լիթիումի և նիկելի իզոտոպների հարաբերակցության փոփոխություններ են ի հայտ եկել։ Եթե սկզբնական վառելիքում լիթիումի իզոտոպների պարունակությունը համընկավ բնականի հետ. ⁶Li - 7,5%, ⁷Li - 92,5%, ապա պարունակությունը ծախսված վառելիքում է ⁶Li աճել է 92%, իսկ բովանդակությունը ⁷Li-ն նվազել է մինչև 8%: Նիկելի իզոտոպային բաղադրության աղավաղումները նույնքան ուժեղ էին: Օրինակ՝ նիկելի իզոտոպի պարունակությունը ⁶²«մոխրի» մեջ Ni-ը 99% էր, թեև սկզբնական վառելիքում ընդամենը 4% էր։ Իզոտոպային կազմի հայտնաբերված փոփոխությունները և անոմալ բարձր ջերմության արտազատումը ցույց տվեցին, որ ռեակտորում կարող էին միջուկային գործընթացներ տեղի ունենալ: Այնուամենայնիվ, միջուկային ռեակցիաներին բնորոշ ռադիոակտիվության բարձրացման նշաններ չեն գրանցվել ո՛չ սարքի աշխատանքի ընթացքում, ո՛չ էլ այն դադարեցնելուց հետո։

Ռեակտորում տեղի ունեցող գործընթացները չեն կարող լինել միջուկային տրոհման ռեակցիաներ, քանի որ վառելիքը բաղկացած է կայուն նյութերից։ Բացառվում են նաև միջուկային միաձուլման ռեակցիաները, քանի որ ժամանակակից միջուկային ֆիզիկայի տեսանկյունից 1400 ° C ջերմաստիճանն աննշան է միջուկների Կուլոնյան վանման ուժերը հաղթահարելու համար։ Այդ իսկ պատճառով նման գործընթացների համար «սառը միաձուլում» սենսացիոն տերմինի օգտագործումը ապակողմնորոշիչ սխալ է։

Հավանաբար, այստեղ մենք բախվում ենք նոր տեսակի ռեակցիաների դրսևորումների, որոնցում տեղի են ունենում վառելիքը կազմող տարրերի միջուկների կոլեկտիվ ցածր էներգիայի փոխակերպումներ։ Նման ռեակցիաների էներգիաները գնահատվում են 1–10 կՎ կարգի մեկ նուկլեոնի համար, այսինքն՝ նրանք միջանկյալ դիրք են զբաղեցնում «սովորական» բարձր էներգիայի միջուկային ռեակցիաների (1 ՄէՎ-ից ավելի էներգիաներ մեկ նուկլեոնի համար) և քիմիական ռեակցիաների (էներգիաների) միջև։ մեկ ատոմի համար 1 ԷՎ կարգի):

Առայժմ ոչ ոք չի կարող գոհացուցիչ բացատրել նկարագրված երեւույթը, իսկ բազմաթիվ հեղինակների կողմից առաջ քաշված վարկածները չեն դիմանում քննադատությանը։ Նոր երևույթի ֆիզիկական մեխանիզմները հաստատելու համար անհրաժեշտ է ուշադիր ուսումնասիրել նման ցածր էներգիայի միջուկային ռեակցիաների հնարավոր դրսևորումները տարբեր փորձարարական միջավայրերում և ընդհանրացնել ստացված տվյալները: Ընդ որում, տարիների ընթացքում նման անհասկանալի փաստերի զգալի քանակություն է կուտակվել։ Ահա դրանցից ընդամենը մի քանիսը:

Վոլֆրամի մետաղալարի էլեկտրական պայթյուն - 20-րդ դարի սկիզբ

1922 թվականին Չիկագոյի համալսարանի քիմիական լաբորատորիայի աշխատակիցներ Կլարենս Իրիոնը և Ջերալդ Վենդտը հրապարակեցին վակուումում վոլֆրամային մետաղալարի էլեկտրական պայթյունի ուսումնասիրության վերաբերյալ աշխատություն (GL Wendt, CE Irion, Experimental Attempts to decompose Tungsten at High Temperatures):. Ամերիկյան քիմիական ընկերության ամսագիր, 1922, 44, 1887-1894; Ռուսերեն թարգմանություն. Վոլֆրամի ճեղքման փորձարարական փորձեր բարձր ջերմաստիճաններում):

Էլեկտրական պայթյունի մեջ էկզոտիկ ոչինչ չկա։ Այս երևույթը ոչ ավել, ոչ պակաս հայտնաբերվեց 18-րդ դարի վերջում, բայց առօրյա կյանքում մենք անընդհատ նկատում ենք այն, երբ կարճ միացման ժամանակ այրվում են լամպերը (իհարկե, շիկացած լամպերը): Ի՞նչ է տեղի ունենում էլեկտրական պայթյունի ժամանակ: Եթե մետաղալարի միջով անցնող հոսանքի ուժը մեծ է, ապա մետաղը սկսում է հալվել և գոլորշիանալ։ Լարի մակերեսի մոտ ձևավորվում է պլազմա: Ջեռուցումը տեղի է ունենում անհավասարաչափ. լարերի պատահական վայրերում հայտնվում են «թեժ կետեր», որոնցում ավելի շատ ջերմություն է արտանետվում, ջերմաստիճանը հասնում է առավելագույն արժեքների և տեղի է ունենում նյութի պայթյունավտանգ ոչնչացում:

Այս պատմության մեջ ամենաուշագրավն այն է, որ գիտնականներն ի սկզբանե ակնկալում էին փորձնականորեն հայտնաբերել վոլֆրամի տարրալուծումը ավելի թեթև քիմիական տարրերի: Իրենց մտադրության մեջ Իրիոնը և Վենդտը հիմնվեցին այն ժամանակ արդեն հայտնի հետևյալ փաստերի վրա.

Նախ, Արեգակից և այլ աստղերից ստացվող ճառագայթման տեսանելի սպեկտրում ծանր քիմիական տարրերին պատկանող բնորոշ օպտիկական գծեր չկան: Երկրորդ, արևի մակերեսի ջերմաստիճանը մոտ 6000 ° C է: Ուստի, նրանք պատճառաբանում էին, որ ծանր տարրերի ատոմները չեն կարող գոյություն ունենալ նման ջերմաստիճաններում։ Երրորդ, երբ կոնդենսատորի բանկը լիցքաթափվում է մետաղական մետաղալարերի վրա, էլեկտրական պայթյունի ժամանակ ձևավորված պլազմայի ջերմաստիճանը կարող է հասնել 20,000 ° C:

Ելնելով դրանից՝ ամերիկացի գիտնականները առաջարկել են, որ եթե ուժեղ էլեկտրական հոսանք անցնի ծանր քիմիական տարրից, ինչպիսին է վոլֆրամից պատրաստված բարակ մետաղալարով, և տաքացվի Արեգակի ջերմաստիճանի հետ համեմատելի ջերմաստիճանի, ապա վոլֆրամի միջուկները կլինեն անկայուն վիճակ և քայքայվել ավելի թեթև տարրերի: Նրանք խնամքով պատրաստեցին ու փայլուն կատարեցին փորձը՝ օգտագործելով շատ պարզ միջոցներ։

Վոլֆրամի էլեկտրական պայթյունն իրականացվել է ապակե գնդաձև կոլբայի մեջ (նկ. 2), որի վրա փակվել է 0,1 միկրոֆարադ հզորությամբ կոնդենսատոր՝ լիցքավորված մինչև 35 կիլովոլտ լարման։ Լարը գտնվում էր երկու հակադիր կողմերից կոլբայի մեջ զոդված երկու ամրացնող վոլֆրամի էլեկտրոդների միջև: Բացի այդ, կոլբն ուներ լրացուցիչ «սպեկտրալ» էլեկտրոդ, որը ծառայում էր էլեկտրական պայթյունից հետո գոյացած գազի մեջ պլազմայի արտանետման բռնկմանը։

Բրինձ. 2. Իրիոնի և Վենդտի արտանետման-պայթուցիկ պալատի դիագրամ (1922 թվականի փորձ)

Պետք է նշել փորձի որոշ կարևոր տեխնիկական մանրամասներ. Պատրաստման ընթացքում կոլբը դրվել է ջեռոցում, որտեղ այն 15 ժամ շարունակ տաքացրել են 300°C-ում, և այդ ընթացքում գազը դուրս է բերվել դրանից։ Կոլբը տաքացնելուն զուգընթաց վոլֆրամային մետաղալարով էլեկտրական հոսանք է անցկացվել՝ այն տաքացնելով մինչև 2000 ° C ջերմաստիճան։ Գազազերծումից հետո կոլբը սնդիկի պոմպով միացնող ապակե խողովակը հալվել է այրիչով և կնքվել: Աշխատանքի հեղինակները պնդում էին, որ ձեռնարկված միջոցները հնարավորություն են տվել 12 ժամվա ընթացքում պահպանել մնացորդային գազերի չափազանց ցածր ճնշումը կոլբայի մեջ։ Հետևաբար, երբ կիրառվել է 50 կիլովոլտ բարձր լարման, «սպեկտրալ» և ամրացնող էլեկտրոդների միջև խզում չի եղել։

Այրիոնը և Վենդտը կատարեցին էլեկտրական պայթյունի քսանմեկ փորձ: Յուրաքանչյուր փորձի արդյունքում մոտ 10¹⁹ անհայտ գազի մասնիկներ. Սպեկտրային վերլուծությունը ցույց է տվել, որ այն պարունակում է հելիում-4-ի բնորոշ գիծ։ Հեղինակները ենթադրել են, որ հելիումը առաջացել է վոլֆրամի ալֆա քայքայման արդյունքում, որն առաջացել է էլեկտրական պայթյունից: Հիշեցնենք, որ ալֆայի քայքայման գործընթացում հայտնված ալֆա մասնիկները ատոմի միջուկներն են ⁴Նա.

Irion-ի և Wendt-ի հրապարակումը մեծ հնչեղություն առաջացրեց այն ժամանակվա գիտական հանրության մեջ: Ինքը՝ Ռադերֆորդը, ուշադրություն է հրավիրել այս աշխատանքի վրա։Նա խորը կասկած հայտնեց, որ փորձի ժամանակ օգտագործված լարումը (35 կՎ) բավական բարձր է, որպեսզի էլեկտրոնները մետաղի մեջ միջուկային ռեակցիա առաջացնեն։ Ցանկանալով ստուգել ամերիկացի գիտնականների արդյունքները՝ Ռադերֆորդը կատարեց իր փորձը՝ նա ճառագայթեց վոլֆրամի թիրախը 100 կՎ էներգիա ունեցող էլեկտրոնային ճառագայթով։ Ռադերֆորդը վոլֆրամում միջուկային ռեակցիաների հետքեր չի գտել, ինչի մասին բավականին սուր զեկույց է արել Nature ամսագրում։ Գիտական հանրությունը բռնեց Ռադերֆորդի կողմը, Իրիոնի և Վենդտի աշխատանքը երկար տարիներ ճանաչվեց որպես սխալ և մոռացված:

Վոլֆրամային մետաղալարի էլեկտրական պայթյուն. 90 տարի անց

Միայն 90 տարի անց ռուսական հետազոտական խումբը ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր Լեոնիդ Իրբեկովիչ Ուռուցկոևի գլխավորությամբ սկսեց Իրիոնի և Վենդտի փորձերի կրկնությունը: Ժամանակակից փորձարարական և ախտորոշիչ սարքավորումներով հագեցած փորձերն իրականացվել են Աբխազիայի լեգենդար Սուխումի ֆիզիկատեխնիկական ինստիտուտում։ Ֆիզիկոսներն իրենց վերաբերմունքն անվանել են «HELIOS»՝ ի պատիվ Իրիոնի և Վենդտի առաջնորդող գաղափարի (նկ. 3): Կվարցային պայթյունի խցիկը գտնվում է տեղադրման վերին մասում և միացված է վակուումային համակարգին՝ տուրբոմոլեկուլային պոմպին (գունավոր կապույտ): Չորս սև մալուխներ տանում են դեպի պայթեցման խցիկ 0,1 միկրոֆարադ հզորությամբ կոնդենսատորի բանկի լիցքաթափիչից, որը գտնվում է տեղադրման ձախ կողմում: Էլեկտրական պայթյունի համար մարտկոցը լիցքավորվել է մինչև 35–40 կիլովոլտ: Փորձարկումներում օգտագործված ախտորոշիչ սարքավորումները (նկարում ներկայացված չեն) հնարավորություն են տվել ուսումնասիրել պլազմայի փայլի սպեկտրալ կազմը, որը ձևավորվել է մետաղալարի էլեկտրական պայթյունի ժամանակ, ինչպես նաև արտադրանքի քիմիական և տարրական բաղադրությունը: դրա քայքայումը.

Բրինձ. 3. Ահա թե ինչպիսի տեսք ունի HELIOS-ի տեղադրումը, որում Լ. Ի. Ուռուցկոևի խումբը հետաքննում էր վոլֆրամի մետաղալարի պայթյունը վակուումում (փորձ 2012թ.)

Ուռուցկոևի խմբի փորձերը հաստատել են իննսուն տարի առաջ կատարված աշխատանքի հիմնական եզրակացությունը։ Իրոք, վոլֆրամի էլեկտրական պայթյունի արդյունքում առաջացել է հելիում-4 ատոմների ավելցուկային քանակություն (մոտ 10.¹⁶ մասնիկներ): Եթե վոլֆրամի մետաղալարը փոխարինվել է երկաթով, ապա հելիում չի առաջացել։ Նշենք, որ HELIOS սարքի վրա կատարված փորձերի ժամանակ հետազոտողները գրանցել են հազար անգամ ավելի քիչ հելիումի ատոմներ, քան Irion-ի և Wendt-ի փորձերում, թեև «էներգիայի մուտքը» մետաղալարում մոտավորապես նույնն էր: Թե որն է այս տարբերության պատճառը, մնում է պարզել։

Էլեկտրական պայթյունի ժամանակ մետաղալարային նյութը ցողվել է պայթյունի խցիկի ներքին մակերեսի վրա։ Զանգվածային սպեկտրաչափական վերլուծությունը ցույց է տվել, որ վոլֆրամ-180 իզոտոպը պակասում է այս պինդ մնացորդների մեջ, թեև դրա կոնցենտրացիան սկզբնական մետաղալարում համապատասխանում է բնականին: Այս փաստը կարող է նաև վկայել վոլֆրամի հնարավոր ալֆա քայքայման կամ մեկ այլ միջուկային գործընթացի մասին մետաղալարի էլեկտրական պայթյունի ժամանակ (Լ. Ի. Ուռուցկոև, Ա. Ա. Ռուխաձե, Դ. Վ. Ֆիլիպով, Ա. Օ. Բիրյուկով և այլն: Օպտիկական ճառագայթման սպեկտրային կազմի ուսումնասիրություն էլեկտրական պայթյունում. վոլֆրամի մետաղալար: «Համառոտ հաղորդակցություններ ֆիզիկայի վրա FIAN», 2012, 7, 13–18):

Ալֆայի քայքայման արագացում լազերային օգնությամբ

Ցածր էներգիայի միջուկային ռեակցիաները ներառում են որոշ գործընթացներ, որոնք արագացնում են ռադիոակտիվ տարրերի ինքնաբուխ միջուկային փոխակերպումները: Այս ոլորտում հետաքրքիր արդյունքներ են ձեռք բերվել Ընդհանուր ֆիզիկայի ինստիտուտում։ Պրոխորովի ՌԳԱ լաբորատորիայում, որը ղեկավարում էր ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր Գեորգի Աիրատովիչ Շաֆեևը: Գիտնականները զարմանալի ազդեցություն են հայտնաբերել. ուրանի-238-ի ալֆա քայքայումն արագացել է լազերային ճառագայթման միջոցով՝ համեմատաբար ցածր առավելագույն ինտենսիվությամբ 10¹²–10¹³ Վտ / սմ² (AV Simakin, GA Shafeev, Influence of laser irradiation of nanoparticles in aqueous solutions of Uranium salt on activity of nuclides. «Quantum Electronics», 2011, 41, 7, 614–618):

Բրինձ. 4. Ոսկու նանոմասնիկների միկրոգրաֆիա, որը ստացվել է ոսկու թիրախի լազերային ճառագայթմամբ ցեզիում-137 աղի ջրային լուծույթում (2011թ. փորձ)

Ահա թե ինչ տեսք ուներ փորձը. Կյուվետի մեջ ուրանի աղի UO ջրային լուծույթով₂Cl₂ 5–35 մգ/մլ կոնցենտրացիայով տեղադրվել է ոսկե թիրախ, որը ճառագայթվել է լազերային իմպուլսներով՝ 532 նանոմետր ալիքի երկարությամբ, 150 պիկովայրկյան տևողությամբ և մեկ ժամվա ընթացքում 1 կիլոհերց կրկնության արագությամբ։ Նման պայմաններում թիրախային մակերեսը մասամբ հալվում է, և դրա հետ շփվող հեղուկը ակնթարթորեն եռում է։ Գոլորշի ճնշումը նանո չափի ոսկու կաթիլները ցողում է թիրախային մակերեսից շրջակա հեղուկի մեջ, որտեղ դրանք սառչում են և վերածվում պինդ նանոմասնիկների՝ բնորոշ 10 նանոմետր չափսերով: Այս գործընթացը կոչվում է լազերային աբլացիա հեղուկում և լայնորեն կիրառվում է, երբ պահանջվում է տարբեր մետաղների նանոմասնիկների կոլոիդային լուծույթներ պատրաստել:

Շաֆեևի փորձերում 10¹⁵ ոսկու նանոմասնիկներ 1 սմ³ լուծում. Նման նանոմասնիկների օպտիկական հատկությունները արմատապես տարբերվում են զանգվածային ոսկե թիթեղների հատկություններից. նրանք չեն արտացոլում լույսը, այլ կլանում են այն, իսկ նանոմասնիկների մոտ լույսի ալիքի էլեկտրամագնիսական դաշտը կարող է ուժեղացվել 100–10000 գործակցով և հասնել։ ներատոմային արժեքներ!

Ուրանի միջուկները և նրա քայքայման արտադրանքները (թորիում, պրոտակտինիում), որոնք պատահաբար գտնվել են այս նանոմասնիկների մոտ, ենթարկվել են բազմապատկված ուժեղացված լազերային էլեկտրամագնիսական դաշտերին: Արդյունքում նրանց ռադիոակտիվությունը զգալիորեն փոխվել է։ Մասնավորապես, կրկնապատկվել է թորիում-234-ի գամմա ակտիվությունը։ (Նմուշների գամմա ակտիվությունը լազերային ճառագայթումից առաջ և հետո չափվել է կիսահաղորդչային գամմա սպեկտրոմետրով:) Քանի որ թորիում-234-ը առաջանում է ուրանի-238-ի ալֆա քայքայման արդյունքում, նրա գամմա ակտիվության աճը ցույց է տալիս ուրանի այս իզոտոպի արագացված ալֆա քայքայումը:. Նշենք, որ ուրան-235-ի գամմա ակտիվությունը չի աճել։

GPI RAS-ի գիտնականները հայտնաբերել են, որ լազերային ճառագայթումը կարող է արագացնել ոչ միայն ալֆա քայքայումը, այլև ռադիոակտիվ իզոտոպի բետա քայքայումը։ ¹³⁷Cs-ն ռադիոակտիվ արտանետումների և թափոնների հիմնական բաղադրիչներից է: Իրենց փորձերի ժամանակ նրանք օգտագործել են կանաչ պղնձի գոլորշու լազեր, որը գործում էր կրկնվող իմպուլսային ռեժիմով, իմպուլսի տևողությամբ 15 նանվայրկյան, զարկերակի կրկնման արագությամբ 15 կիլոհերց և առավելագույն ինտենսիվությամբ 10:⁹ Վտ / սմ²… Լազերային ճառագայթումը ազդել է ոսկու թիրախի վրա, որը տեղադրված է ջրային աղի լուծույթով կուվետում ¹³⁷Գ–ներ, որոնց պարունակությունը 2 մլ ծավալով լուծույթում կազմել է մոտավորապես 20 պիկոգրամ։

Երկու ժամ թիրախային ճառագայթումից հետո հետազոտողները արձանագրել են, որ կյուվետում ձևավորվել է 30 նմ ոսկու նանոմասնիկներով կոլոիդային լուծույթ (նկ. 4), և ցեզիում-137-ի գամմա ակտիվությունը (և, հետևաբար, դրա կոնցենտրացիան լուծույթում) նվազել է. 75%: Ցեզիում-137-ի կիսատ կյանքը մոտ 30 տարի է: Սա նշանակում է, որ ակտիվության նման նվազում, որը ստացվել է երկու ժամ տեւած փորձի արդյունքում, բնական պայմաններում պետք է տեղի ունենա մոտ 60 տարի հետո։ Բաժանելով 60 տարին երկու ժամի՝ մենք պարզում ենք, որ լազերային ազդեցության ժամանակ քայքայման արագությունը աճել է մոտ 260,000 անգամ: Բետա քայքայման արագության նման հսկայական աճը պետք է ցեզիումի լուծույթով կյուվետը վերածեր գամմա ճառագայթման հզոր աղբյուրի, որն ուղեկցում է ցեզիում-137-ի սովորական բետա քայքայմանը: Սակայն իրականում դա տեղի չի ունենում։ Ռադիացիոն չափումները ցույց են տվել, որ աղի լուծույթի գամմա ակտիվությունը չի աճում (E. V. Barmina, A. V. Simakin, G. A. Shafeev, Laser-induced cesium-137 decay. Quantum Electronics, 2014, 44, 8, 791–792):

Այս փաստը հուշում է, որ լազերային ազդեցության տակ ցեզիում-137-ի քայքայումը չի ընթանում ամենահավանական (94,6%) սցենարով նորմալ պայմաններում՝ 662 կՎ էներգիա ունեցող գամմա քվանտի արտանետմամբ, այլ այլ կերպ՝ ոչ ճառագայթային:. Սա, ենթադրաբար, ուղիղ բետա քայքայումն է՝ կայուն իզոտոպի միջուկի ձևավորմամբ։ ¹³⁷Ba, որը նորմալ պայմաններում իրականացվում է միայն 5,4% դեպքերում։

Թե ինչու է հավանականությունների նման վերաբաշխում տեղի ունենում ցեզիումի բետա-քայքայման ռեակցիայի մեջ, դեռևս պարզ չէ: Այնուամենայնիվ, կան այլ անկախ ուսումնասիրություններ, որոնք հաստատում են, որ ցեզիում-137-ի արագացված ապաակտիվացումը հնարավոր է նույնիսկ կենդանի համակարգերում:

Թեմայի շուրջ՝ Միջուկային ռեակտոր կենդանի բջջում

Ցածր էներգիայի միջուկային ռեակցիաները կենդանի համակարգերում

Ավելի քան քսան տարի ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր Ալլա Ալեքսանդրովնա Կորնիլովան զբաղվում է Մոսկվայի պետական համալսարանի ֆիզիկայի ֆակուլտետում կենսաբանական օբյեկտներում ցածր էներգիայի միջուկային ռեակցիաների որոնմամբ: Մ. Վ. Լոմոնոսով. Առաջին փորձերի օբյեկտները եղել են Bacillus subtilis, Escherichia coli, Deinococcus radiodurans բակտերիաների կուլտուրաները։ Դրանք տեղադրվեցին սննդարար միջավայրում, որը սպառված էր երկաթով, բայց պարունակում էր մանգանի աղ MnSO:₄եւ ծանր ջուր Դ₂O. Փորձերը ցույց են տվել, որ այս համակարգը արտադրել է երկաթի անբավարար իզոտոպ. ⁵⁷Fe (Vysotskii V. I., Kornilova A. A., Samoylenko I. I., Իզոտոպների ցածր էներգիայի միջուկային փոխակերպման երեւույթի փորձարարական հայտնաբերում (Mn.⁵⁵դեպի Ֆե⁵⁷) աճող կենսաբանական մշակույթներում, Սառը միաձուլման 6-րդ միջազգային կոնֆերանսի նյութեր, 1996, Ճապոնիա, 2, 687–693):

Հետազոտության հեղինակների կարծիքով՝ իզոտոպը ⁵⁷Ռեակցիայի արդյունքում Fe-ն հայտնվել է աճող բակտերիաների բջիջներում ⁵⁵Mn + d = ⁵⁷Fe (d-ն դեյտերիումի ատոմի միջուկն է՝ բաղկացած պրոտոնից և նեյտրոնից)։ Առաջարկվող վարկածի օգտին միանշանակ փաստարկ է այն փաստը, որ եթե ծանր ջուրը փոխարինվում է թեթև ջրով կամ մանգանի աղը բացառվում է սննդարար միջավայրի բաղադրությունից, ապա իզոտոպը. ⁵⁷Fe բակտերիաները չեն կուտակվել։

Համոզվելով, որ կայուն քիմիական տարրերի միջուկային փոխակերպումները հնարավոր են մանրէաբանական մշակույթներում, Ա. Ա. Կորնիլովան կիրառեց իր մեթոդը երկարատև ռադիոակտիվ իզոտոպների ապաակտիվացման համար (Vysotskii VI, Kornilova AA, Կայուն իզոտոպների փոխակերպում և ռադիոակտիվ թափոնների ապաակտիվացում աճող կենսաբանական համակարգերում: Միջուկային էներգիայի տարեգրություն, 2013, 62, 626-633): Այս անգամ Կորնիլովան աշխատել է ոչ թե բակտերիաների մոնոմշակույթների, այլ տարբեր տեսակի միկրոօրգանիզմների գերասոցիացիայի հետ՝ ագրեսիվ միջավայրում նրանց գոյատևումը մեծացնելու համար։ Այս համայնքի յուրաքանչյուր խումբ առավելագույնս հարմարեցված է համատեղ կյանքին, կոլեկտիվ փոխօգնությանը և փոխադարձ պաշտպանությանը։ Արդյունքում, սուպերասոցիացիան լավ է հարմարվում շրջակա միջավայրի մի շարք պայմաններին, ներառյալ ճառագայթման ավելացումը: Տիպիկ առավելագույն չափաբաժինը, որին դիմանում են սովորական մանրէաբանական կուլտուրաները, համապատասխանում է 30 կիլոգրամի, իսկ գերասոցիացիաները մի քանի կարգով ավելի են դիմանում, և նրանց նյութափոխանակության ակտիվությունը գրեթե չի թուլանում:

Վերոհիշյալ միկրոօրգանիզմների խտացված կենսազանգվածի հավասար քանակությամբ և թորած ջրի մեջ ցեզիում-137 աղի 10 մլ լուծույթը դրվել է ապակե կուվետների մեջ։ Լուծույթի սկզբնական գամմա ակտիվությունը 20000 բեկերել էր։ Որոշ կուվետներում լրացուցիչ ավելացվել են կենսական հետքի տարրերի աղեր՝ Ca, K և Na: Փակ կուվետները պահվում էին 20 ° C ջերմաստիճանում, և դրանց գամմա ակտիվությունը չափվում էր յուրաքանչյուր յոթ օրը մեկ՝ օգտագործելով բարձր ճշգրտության դետեկտոր:

Միկրոօրգանիզմներ չպարունակող հսկիչ բջիջում փորձի հարյուր օրվա ընթացքում ցեզիում-137-ի ակտիվությունը նվազել է 0,6%-ով։ Կյուվետի մեջ, որը լրացուցիչ պարունակում է կալիումի աղ՝ 1%-ով: Ակտիվությունն ամենաարագ իջել է կալցիումի աղ պարունակող կուվետում: Այստեղ գամմայի ակտիվությունը նվազել է 24%-ով, ինչը համարժեք է ցեզիումի կիսամյակի 12 անգամ կրճատմանը:

Հեղինակները ենթադրել են, որ միկրոօրգանիզմների կենսագործունեության արդյունքում ¹³⁷Cs-ը վերածվում է ¹³⁸Ba-ն կալիումի կենսաքիմիական անալոգն է։ Եթե սննդային միջավայրում քիչ քանակությամբ կալիում կա, ապա ցեզիումի վերափոխումը բարիումի տեղի է ունենում արագացված արագությամբ, եթե շատ է, ապա փոխակերպման գործընթացը արգելափակվում է: Կալցիումի դերը պարզ է. Սննդային միջավայրում իր առկայության պատճառով միկրոօրգանիզմների պոպուլյացիան արագորեն աճում է և, հետևաբար, սպառում է ավելի շատ կալիում կամ դրա կենսաքիմիական անալոգը՝ բարիում, այսինքն՝ այն մղում է ցեզիումի վերափոխումը բարիումի:

Ինչ վերաբերում է վերարտադրելիությանը:

Վերը նկարագրված փորձերի վերարտադրելիության հարցը որոշակի պարզաբանում է պահանջում։ E-Cat Reactor-ը, որը գրավում է իր պարզությամբ, կրկնօրինակվում է հարյուրավոր, եթե ոչ հազարավոր, խանդավառ գյուտարարների կողմից ամբողջ աշխարհում:Ինտերնետում նույնիսկ հատուկ ֆորումներ կան, որտեղ «կրկնօրինակողները» փորձի փոխանակում են կատարում և ցուցադրում իրենց ձեռքբերումները։ Ռուս գյուտարար Ալեքսանդր Գեորգիևիչ Պարխոմովը որոշակի առաջընթաց է գրանցել այս ուղղությամբ։ Նրան հաջողվել է կառուցել ջերմային գեներատոր, որն աշխատում է նիկելի փոշու և լիթիումի ալյումինի հիդրիդի խառնուրդի վրա, որն ապահովում է էներգիայի ավելցուկ (AG Parkhomov, Test results of a new version of the analogue of the high-temperature heat generator Rossi. «Journal. գիտության ձևավորվող ուղղությունների», 2015, 8, 34–39) … Սակայն, ի տարբերություն Ռոսսիի փորձերի, իզոտոպային բաղադրության ոչ մի աղավաղում սպառված վառելիքում չի հայտնաբերվել։

Վոլֆրամի լարերի էլեկտրական պայթյունի, ինչպես նաև ռադիոակտիվ տարրերի քայքայման լազերային արագացման վերաբերյալ փորձերը շատ ավելի բարդ են տեխնիկական տեսանկյունից և կարող են վերարտադրվել միայն լուրջ գիտական լաբորատորիաներում: Այս առումով փորձի վերարտադրելիության հարցը փոխարինվում է դրա կրկնելիության հարցով։ Ցածր էներգիայի միջուկային ռեակցիաների վրա կատարվող փորձերի համար բնորոշ իրավիճակ է, երբ նույն փորձարարական պայմաններում էֆեկտը կա կամ առկա է: Փաստն այն է, որ հնարավոր չէ վերահսկել գործընթացի բոլոր պարամետրերը, այդ թվում, ըստ երեւույթին, հիմնականը, որը դեռ չի բացահայտվել։ Պահանջվող ռեժիմների որոնումը գրեթե կույր է և տևում է շատ ամիսներ և նույնիսկ տարիներ: Փորձարարները մեկից ավելի անգամ ստիպված են եղել փոխել կարգավորումների սխեմատիկ դիագրամը կառավարման պարամետրի որոնման ընթացքում՝ «կոճակը», որը պետք է «պտտել»՝ բավարար կրկնելիության հասնելու համար: Այս պահին վերը նկարագրված փորձերում կրկնելիությունը կազմում է մոտ 30%, այսինքն՝ յուրաքանչյուր երրորդ փորձի ժամանակ դրական արդյունք է ստացվում։ Շատ է, թե քիչ, ընթերցողի դատողությունը։ Ակնհայտ է մի բան՝ առանց ուսումնասիրված երևույթների համարժեք տեսական մոդել ստեղծելու, դժվար թե հնարավոր լինի արմատապես բարելավել այս պարամետրը։

Մեկնաբանության փորձ

Չնայած համոզիչ փորձարարական արդյունքներին, որոնք հաստատում են կայուն քիմիական տարրերի միջուկային փոխակերպումների հնարավորությունը, ինչպես նաև ռադիոակտիվ նյութերի քայքայման արագացումը, այդ գործընթացների ֆիզիկական մեխանիզմները դեռևս անհայտ են:

Ցածր էներգիայի միջուկային ռեակցիաների հիմնական առեղծվածն այն է, թե ինչպես են դրական լիցքավորված միջուկները հաղթահարում վանող ուժերը, երբ մոտենում են միմյանց, այսպես կոչված, Կուլոնյան պատնեշին: Սա սովորաբար պահանջում է միլիոնավոր աստիճանի ջերմաստիճան: Ակնհայտ է, որ դիտարկվող փորձերում նման ջերմաստիճաններ չեն հասնում։ Այնուամենայնիվ, կա ոչ զրոյական հավանականություն, որ այն մասնիկը, որը չունի բավարար կինետիկ էներգիա՝ վանող ուժերը հաղթահարելու համար, այնուամենայնիվ կհայտնվի միջուկի մոտ և միջուկային ռեակցիայի մեջ կմտնի նրա հետ։

Այս էֆեկտը, որը կոչվում է թունելային էֆեկտ, կրում է զուտ քվանտային բնույթ և սերտորեն կապված է Հայզենբերգի անորոշության սկզբունքի հետ։ Այս սկզբունքի համաձայն՝ քվանտային մասնիկը (օրինակ՝ ատոմի միջուկը) չի կարող միաժամանակ ունենալ կոորդինատի և իմպուլսի հստակ սահմանված արժեքներ։ Կոորդինատի և իմպուլսի անորոշությունների (անխուսափելի պատահական շեղումներ ճշգրիտ արժեքից) արտադրյալը ներքևից սահմանափակված է Պլանկի h հաստատունին համաչափ արժեքով։ Նույն արտադրյալը որոշում է պոտենցիալ պատնեշի միջով թունելավորման հավանականությունը. որքան մեծ է մասնիկի կոորդինատի և իմպուլսի անորոշությունների արտադրյալը, այնքան մեծ է այդ հավանականությունը:

Ֆիզիկամաթեմատիկական գիտությունների դոկտոր, պրոֆեսոր Վլադիմիր Իվանովիչ Մանկոյի և համահեղինակների աշխատություններում ցույց է տրված, որ քվանտային մասնիկի որոշակի վիճակներում (այսպես կոչված, կոհերենտ փոխկապակցված վիճակներ) անորոշությունների արտադրյալը կարող է գերազանցել Պլանկի հաստատունը։ մի քանի կարգով: Հետևաբար, նման վիճակներում գտնվող քվանտային մասնիկների համար Կուլոնյան արգելքը հաղթահարելու հավանականությունը կաճի (Վ. Վ. Դոդոնով, Վ. Ի. Մանկո, Ինվարիանտներ և ոչ ստացիոնար քվանտային համակարգերի էվոլյուցիան. «FIAN-ի վարույթ». Մոսկվա: Nauka, 1987, հ. 183, էջ. 286):

Եթե տարբեր քիմիական տարրերի մի քանի միջուկներ հայտնվում են համահունչ փոխկապակցված վիճակում, ապա այս դեպքում կարող է տեղի ունենալ որոշակի կոլեկտիվ գործընթաց, որը կհանգեցնի պրոտոնների և նեյտրոնների վերաբաշխմանը նրանց միջև: Նման գործընթացի հավանականությունը կլինի այնքան մեծ, այնքան փոքր կլինի միջուկների համույթի սկզբնական և վերջնական վիճակների էներգիաների տարբերությունը: Հենց այս հանգամանքն է, ըստ երևույթին, որ որոշում է ցածր էներգիայի միջուկային ռեակցիաների միջանկյալ դիրքը քիմիական և «սովորական» միջուկային ռեակցիաների միջև։

Ինչպե՞ս են ձևավորվում համահունչ փոխկապակցված վիճակներ: Ի՞նչն է ստիպում միջուկներին միավորվել անսամբլներում և փոխանակել նուկլոններ: Ո՞ր միջուկները կարող են և որոնք չեն կարող մասնակցել այս գործընթացին: Այս և շատ այլ հարցերի պատասխաններ դեռ չկան։ Տեսաբանները միայն առաջին քայլերն են անում այս ամենահետաքրքիր խնդրի լուծման ուղղությամբ։

Հետևաբար, այս փուլում ցածր էներգիայի միջուկային ռեակցիաների ուսումնասիրության հիմնական դերը պետք է պատկանի փորձարարներին և գյուտարարներին։ Այս զարմանահրաշ երեւույթի համակարգային փորձարարական ու տեսական ուսումնասիրությունների, ստացված տվյալների համապարփակ վերլուծության, փորձագիտական լայն քննարկման կարիք կա։

Ցածր էներգիայի միջուկային ռեակցիաների մեխանիզմների ըմբռնումը և յուրացումը կօգնի մեզ լուծել մի շարք կիրառական խնդիրներ՝ էժան ինքնավար էլեկտրակայանների ստեղծում, միջուկային թափոնների ախտահանման և քիմիական տարրերի վերափոխման բարձր արդյունավետ տեխնոլոգիաներ: