Фантастическая реальность холодного ядерного синтеза
Дистанционный доклад заведующего кафедрой математики и теоретической радиофизики Киевского национального университета имени Тараса Шевченко, члена-корреспондента РАЕН, доктора физико-математических наук, профессора Владимира Ивановича Высоцкого на конференции «Холодному синтезу — 30 лет: итоги и перспективы», прошедшей в Москве 23 марта 2019 года.
* * *
Чтобы не перегружать объемный доклад профессора В. И. Высоцкого, в качестве предисловия мы опубликовали статью «Как холодный ядерный синтез победил горячий, и почему мы этого не заметили».
* * *
Введение
Уважаемые коллеги, я хотел бы сделать небольшой дистанционный доклад и представить свое видение проблемы низкоэнергетических ядерных реакций (Low Energy Nuclear Reaction, LENR), которые раньше называли холодным ядерным синтезом (ХЯС). 30 лет с момента пресс-конференции Мартина Флейшмана и Стенли Понса — это одновременно и юбилей, и серьёзный повод для дискуссии.
Прежде всего, я хотел бы вспомнить предысторию. Датой рождения холодного синтеза считается 23 марта 1989 года, а до этого как бы ничего и не было. Но это не так. На самом деле было много всевозможных исследований, которые начались еще в 1920-х годах. (1922 — Вендт Айрион; 1926 — Панец, Петерс). Главное и наиболее многообещающее направление было связано с мюонным катализом (1957 — Лус Альварец), который, к сожалению, оказался неэффективным из-за малого времени жизни мюона и очень большой его энергетической «стоимости» при получении на ускорителях.
Мы также занимались подобными проблемами, связанными с оптимизацией ядерного синтеза. В частности, я хотел бы упомянуть две наши работы 1981 и 1983 года, написанные совместно с профессором Рунаром Кузьминым, об оптимизации ядерного синтеза с помощью использования кристаллов для управления движением пучков частиц.
1) Высоцкий В. И., Кузьмин Р. Н. Реакция управляемого синтеза в кристаллических мишенях. Письма в ЖТФ, т. 7, в. 16, 1981, с. 981−985.
2) Высоцкий В. И., Кузьмин Р. Н. О возможности оптимизации реакции управляемого синтеза в кристаллах. ЖТФ, т. 53, № 9, 1983, с. 1861−1863.
Эти работы прямо не относятся к LENR, но в них рассматривался оптимизированный режим движения протонов или дейтонов в кристаллах, что позволяет резко (на несколько порядков) увеличить эффективное сечение ядерной реакции по отношению к сечению рассеяния и торможения. Это позволяет исключить главный недостаток ускорительного синтеза, для которого потери на возбуждение и ионизацию атомов на несколько порядков превосходят выигрыш за счет реакции синтеза, и сделать его энерговыгодным.
Мы также рассматривали разные варианты осуществления энерговыгодного ядерного синтеза при низкой энергии за счет подавления действия кулоновского барьера в кристаллах. Некоторые из этих результатов опубликованы в статье и препринте:
Vysotskii V.I., Kuz'min R.N. The theory of nonthreshold cold fusion in solids (experimental addendum: observation of fast neutrona and tritium), Int. Progress Rewiew"Anomalous nuclear effects in deuterium/solid systems». Editor by S.E.Jones, F.Scaramuzzi. AIP Conf. Proced. 228, p. 900−928, N.Y., 1991;
Высоцкий В. И., Кузьмин Р. Н. Теория, механизм и динамика безбарьерного ядерного катализа в твердых телах. Препринт ИТФ-90−82р Ин-та теор. физики АН УССР, Киев, 1991, 16 с.
Эти задачи я представлял на первой конференции по ядерным процессам в металлах, насыщенных водородом, которая проходила в штате Юта в Университете Брайама Янга (г. Прово) в США в 1990 году. Это было именно в тех местах, где проводились легендарные эксперименты Мартина Флейшмана и Стенли Понса, а рецензентом этих экспериментов был Стив Джонс, который был организатором этой конференции. Мы посетили эти лаборатории. Помню, что между этими тремя учеными был конфликт из-за приоритета.
Теперь рассмотрим самое интересное. Для анализа того, что произошло в области исследования LENR за 30 лет, я ограничился четырьмя интересными задачами, к которым имел прямое отношение, поскольку общий обзор всех знаковых событий за этот период сделать совершенно невозможно.
* * *
Лаборатория «Протон-21» и сверхтяжёлые элементы
Сначала я хотел бы кратко рассказать об очень важных исследованиях, в которых я принимал участие и которые проводились в лаборатории «Протон-21», о которой все, наверное, знают. Эти результаты давно опубликованы, и я могу о них подробно рассказать. Это исключительно интересная лаборатория. Она находится в Киеве и работает под руководством Станислава Адаменко. Я в ней достаточно долго проработал, около пятнадцати лет, и занимался анализом и обоснованием очень нетривиальных наблюдаемых эффектов.
Первая задача, которая была решена в этой лаборатории, — это проверка возможности и реализация синтеза по-настоящему сверхтяжелых ядер, а также анализ этого процесса.
На Рис. 3 показана самая большая установка лаборатории. Обычно исследования проводились на другой установке, меньшего размера.
На Рис. 4 показана схема сильноточного диода, сконструированного для получения импульсного электронного удара, воздействующего на мишень, представляющую медный стержень диаметром 0,5 мм.
Параметры электронного импульса на большой установке были таковы:
- энергия на выходе ~ 80 кДж;
- электрический ток — до 500 кА;
- энергия электронов — до 1500 КэВ;
- длительность импульса ~ 100 нс.
На малой, базовой установке параметры были примерно в три раза меньше, а длительность импульса не превышала 5−7 нс.
По своим параметры эти установки были (а может и остаются) одними из лучших в Европе.
На Рис. 5 показано, что происходит с медной мишенью при прямом действии такого электронного удара, в результате которого происходит коллапс в центре мишени и последующий её взрыв.
Вот ещё образцы разрушенных ударом мишеней (Рис. 6, 7).
Видно, что разрушение мишени, на которую действовал сходящийся короткий электронный импульс, происходило изнутри.
На Рис. 8 представлен анализ элементного состава мишени, усредненного по большому числу экспериментов. В нижней части графика зелёными треугольниками показан анализ исходных примесей в логарифмическом масштабе. Видно, что все они были на уровне 10-3÷10-4. Мишень была очень чистая (~99,9%). Красными точками на графике справа вверху показано образование новых элементов. Их концентрация увеличилась на много порядков, откуда-то они появились.
На Рис. 9 показан ещё один из самых интересных экспериментов. При обычном воздействии электронного пучка на мишень рядом с мишенью был установлен накопительный экран — пластинка из чистой меди (99,9%), аналогичная по составу с материалом анода.
После воздействия производился анализ поверхности этой пластинки с помощью сканирующего ионного масс-спектрометра. Его характерная особенность состоит в том, что он анализирует не только состав, но может также делать послойный анализ за счет удаления атомов при их облучении. Результат получился удивительным. Справа вверху на Рис. 9 видно, что на глубине примерно 0,2 микрона оказался максимум концентрации совершенно разных химических элементов, начиная от самых легких и до самых тяжелых. Тут присутствовало и золото, и свинец, и всё-всё (напомню, мишенью была чистая медь). Этот слой максимума совершенно разных элементов появился внутри объема мишени на одинаковом расстоянии от её поверхности. Более того, когда проводился анализ поверхности, то была обнаружена ещё одна уникальная особенность. Измерения показали, что все новые элементы не только локализованы на одной глубине, но они сосредоточены в виде кластеров в одних и тех же местах на поверхности. Бор, алюминий, кремний и все остальные элементы локализованы в одних и тех же точках. Это удивительная вещь. Как это может быть? Такое даже сложно себе представить.
Например, для того чтобы пройти в глубину мишени на расстояние 0,2 микрона, ион протона H+ должен иметь энергию 60 кэВ, а ион свинца Pb+ илиPb++ — от 80 до 260 МэВ. Такой же разброс существует и для других ионов. То есть невозможно допустить, что они образовались где-то в объеме взрывающейся мишени, а затем прилетели к экрану и совершенно случайно оказались в общих кластерах на одинаковом расстоянии от поверхности. Очевидно, что они образовались именно там, где они обнаруживаются, и причём с малой энергией — иначе они были бы пространственно рассеяны!
Если провести анализ этой системы, то можно ввести некоторую гипотетическую частицу, которая образовалась в мишени (аноде) и двигалась в направлении к экрану, а затем тормозилась в его объеме. Она двигалась, взаимодействовала с атомом меди и тормозилась, теряя энергию за счет упругого рассеяния на атомах мишени. Дальше можно записать простое уравнение её движения и тогда получить некоторые результаты, например, найти массу этой частицы. Начальная энергия частицы определялась температурой мишени в момент взрыва, которая легко оценивалась по рентгеновскому излучению. Результаты расчета опубликованы в цитируемых ниже статьях и представлены на Рис. 12.
На Рис.12 величина R — это длина пути частицы в мишени (накопительном экране) до ее остановки; М — масса атома меди; Т — начальная температура игольчатой мишени при взрыве, а Т0 — это температура накопительного экрана. Остановилась частица тогда, когда её кинетическая энергия стала равной тепловой энергии атомов меди в мишени.
Когда мы провели этот анализ, то получился очень интересный результат. Оказалось, что масса частицы, которая прошла сквозь экран, остановилась и начала вытворять удивительные вещи (порождать новые ядра), должна быть примерно от 100 до 160 раз больше, чем масса атома меди (Cu). Её массовое число лежит в интервале от 6000 до 10 000. Это не составная частица. Это очень плотный объект, который пролетел из зоны взрыва. По дороге он не разрушился. И дальше произошёл ряд событий: объект начал каким-то образом взаимодействовать с ядрами меди, поглощал их и «сбрасывал» избыточную энергию реакции за счет порождения новых ядер.
Можно вспомнить теорию Аркадия Бейнусовича Мигдала, его замечательные работы, где он предположил, что на самом деле известная нам область массовых чисел от 0 до 300 с минимумом энергии при заряде около 60 (в области железа) — это первая область. А за ее пределами (начиная примерно с заряда 1700) будет существовать другая область, описывающая возможное состояние ядерной материи, стабилизируемое за счет пионного конденсата. И, соответственно, есть второй минимум энергии (или, соответственно, второй максимум энергии связи) в районе 100 000. На основании этой теории легко показать, что происходило в этих экспериментах. Гипотетическая сверхтяжелая частица соответствовала этой области. До максимума её энергия связи убывает, а затем снова растет. Соответственно, энергия ядра сначала растет, а затем начинает падать вплоть до второго минимума (иначе говоря, до «железо-2» при А=100 000). Попав в объем экрана, эта частица начинает взаимодействовать с атомами меди (Cu) и поглощать их, потому что ей теперь выгодно синтезировать более тяжелые ядра. Происходит реакция синтеза. При поглощении атомов меди образуется избыточная энергия, которая могла выделяться за счет того, что выбрасывались разного рода частицы¸ то есть привычные нам ядра. Они на рисунке внизу отмечены зеленым цветом. Таким образом, этот неизвестный объект, неизвестное ядро, поглощало ядра меди (Cu), перерабатывала их, само увеличивалось по массе и частично сбрасывало энергию, порождая новые частицы, которые тут же тормозились и оседали вокруг этого сверхядра. Фактически после остановки она начинала все вокруг себя «выедать» и в то же время начинала порождать новые частицы, которые мы там и наблюдали. Очень любопытный сценарий, который хорошо согласуется с результатами экспериментов.
Контрольная цифра по массе ядер, как мы уже видели, может в пределе достигать 100 000. Были ли подобные ядра зафиксированы в процессе этого ядерного синтеза? Да. Было проведено много анализов, в частности, на Рис.13 вы видите анализ методом обратного резерфордовского рассеивания. Это данные по двум разным экспериментам, проводимым с разными рассеиваемыми ядрами (альфа-частицы и ядра азота). Видно, что далеко за областью, где фиксируются ядра меди (Cu), за свинцом (Pb) и т. д., регистрируются массы 370, 867, 1450, 4250, и т. д., то есть тяжелые ядра и сверхтяжелые ядра. Более тяжелые ядра этим методом определить практически нельзя, поскольку все более тяжелые изотопы невозможно различить методом обратного резерфордовского рассеяния, так как угловые и энергетические пики практически совпадают. Это не молекулярные комплексы, а реально очень тяжелые ядра, поскольку резерфордовский метод рассеивания выделяет именно ядра, а не молекулы.
Это реальные ядра, и они регистрировались в экспериментах, их видно, они наблюдаются, и при этом они стабильные. Эти же ядра повторно наблюдались в том же месте через день, через неделю, через месяц и даже через полгода. Я также возил эти образцы экранов в ядерно-физическую лабораторию в университете в г. Хантсвилл (США) для контрольных исследований, где были полностью подтверждены эти результаты и обнаружено большое количество сверхтяжелых ядер.
Возникает вопрос: а как же обойти известные теоретические модели ядерной физики? В рамках «стандартной» ядерной физики известен только один минимум энергии — в районе железа (Fe). Он прямо следует из известной формулы Вайцзеккера. Следует сразу отметить, что эта формула не учитывает наличие электронов возле ядра и связь электронов с ядром. Для «обычных» ядер это вполне обосновано. Совсем другая ситуация будет для очень тяжелых ядер. При больших зарядах ядра электроны очень близко приближаются к ядру и начинают совершенно иначе взаимодействовать с ним. На Рис.14 показано изменение энергии связи, точнее полной энергии, в зависимости от плотности электронного окружения.
Энергия связи — это обратная величина (кривая будет перевернутой). Вот исходная кривая, когда N стремится к нолю (Nе→ 0). N — это такое большое число, равное N = (ne/1030)cм-3. По мере увеличения концентрации электронов видно, что этот максимум или минимум (в области ядер железа) сдвигается, и постепенно он начинает переходить из минимума в гладкую кривую. То есть ядрам при очень большой концентрации электронов, которые находятся возле них, выгодно всё больше и больше возрастать. Такой любопытный эффект.
На чем этот эффект основан? Дело в том, что известные нам из закона Кулона особенности взаимодействия зарядов (отталкивание одинаковых зарядов и притяжение разноименных, а также обратная зависимость от расстояния) справедливы только при относительно слабом взаимодействии. Когда заряды находятся на очень малом расстоянии, то энергия взаимодействия очень резко возрастает обратно пропорционально квадрату расстояния. Очень существенно, что все типы взаимодействия (при разных или одинаковых знаках зарядов) будут иметь характер типа притяжения. На Рис. 15 показаны две пары красных и синих линий: штриховые линии соответствуют обычному закону Кулона (одинаковые заряды отталкиваются, а разные — притягиваются), а при очень малом расстоянии все эти законы переходят во взаимное сильное притяжение (сплошные линии) вне зависимости от знака зарядов.
Этот эффект прямо следует из уравнения Дирака и связан с рождением виртуальных электрон-позитронных пар в пространстве между взаимодействующими зарядами. Про эти особенности я рассказываю своим студентам, а для лучшего понимания я написал учебник «Квантовая механика и ее применение в прикладной физике», по которому они учатся.
Короче говоря, если мы берем и каким-то образом сильно сжимаем вырожденный электронный газ с компенсирующими вкрапленными ядрами, то при относительно малой плотности существует оптимальная плотность, при которой образуется устойчивая система. Устойчивость такой системы определяется балансом сил кулоновского взаимного притяжения электронов и ядер и кинетического давления сжимаемого вырожденного электронного газа. Это аналог металлической связи, но при большом заряде ядра Z= 70, 82, 92 (в металлах обычно ионный остов имеет единичный заряд). При увеличении концентрации электронов равновесная плотность возрастает.
При очень большой электронной плотности начинается («включается») дополнительный механизм притяжения и происходит необратимое самосжатие системы из-за появления рассмотренного выше нелинейного характера притяжения. Это будет соответствовать условию кулоновского электронно-ядерного коллапса, при котором ядру энергетически выгодно все больше и больше расти. Этот процесс начинается с определенной критической электронной плотности. Это прямо видно на Рис. 16.
Вопрос состоит в том, как её достигнуть. Нами показано, что этот процесс самореализуется, если вырожденный электронный газ будет иметь дополнительную дрейфовую скорость. В этом случае кинетическое давление вырожденного электронного газа падает и имеет место дополнительное самосжатие за счет кулоновских сил. Нами также показано, что процесс этого самосжатия сопровождается увеличением радиальной дрейфовой скорости тонкого электронного плазменного слоя, который скользит (фактически сканирует) ионный остов.
Идем дальше. На Рис.17 показано, что примерно так выглядит в пространстве зависимость межядерного расстояния при движении самосжимаего слоя в объеме сферической мишени.
Это схема радиального распределения и сценарий автомодельного формирования коллапса. Под действием короткого электронного пучка на поверхности мишени образуется некоторая ионизированная область — тонкий сферический движущийся слой (зародыш будущего коллапса). В этом коллапсе происходит сжатие электронов до соответствия равновесной плотности, определяемой их концентрацией. Расчет показывает, что при сжатии этого слоя имеется радиальная составляющая силы, которая ускоряет этот слой в направлении центра. В этом случае имеет место самоускоряемое дрейфовое движение к центру области вырожденного электронного газа. Она всё больше сжимается и ускоряется. Все больше увеличивается плотность, а чем больше плотность, тем больше энергия взаимодействия, и потому область начинает еще быстрее двигаться к центру. И такой сканирующий слой движется к центру системы, увеличивая непрерывно плотность неподвижной ядерной компоненты и осуществляя ядерные преобразования, которые наблюдались в этих экспериментах.
Этот процесс символически изображен на Рис.18. Видно, что сначала за счет действия внешнего электронного пучка сформировался тонкий слой электронной плазмы около поверхности мишени, потом он движется к центру, и заканчивается все коллапсом в центре мишени, её взрывом и разлетом.
Эти результаты расчета и их анализ опубликованы в 2004—2006 годах в журналах Foundations of Physics и Foundations of Physics Letters.
* * *
Вторая группа эффектов, которая наблюдалась в лаборатории «Протон-21», в которой я принимал участие, относится к обнаружению, регистрации и анализу магнитных монополей. Я не имею права анализировать другие исследования этой лаборатории, поскольку это собственность лаборатории. Могу говорить только о тех работах, в которых я непосредственно участвовал и что затем было опубликовано. Эксперименты проводились следующим образом. Снова та же самая система «катод — анод». Вы видите на Рис. 20 тот же диод.
Потом на расстоянии 10 см от него устанавливалась тонкая кремниевая пластинка, на поверхность которой были напылены фрагменты алюминия. Между кремнием и алюминием находился тонкий слой окиси кремния (диэлектрик) — это типичная MDS-структура. После ее установки осуществлялся сильный импульсный разряд и анализировалась поверхность MDS-структуры.
На Рис. 21 представлены фотографии этой структуры после однократного воздействия. Эти фотографии очень известны, так как неоднократно публиковались и копировались, однако без объяснения причины. Фото слева содержит два круглых фрагмента (1 и 2) — это просто фрагменты алюминиевой пленки на поверхности кремния, которые были на этой MDS-структуре. На этой поверхности были зарегистрированы волнистые траектории, которые шли в одну сторону, потом имело место некое отражение и трек продолжался в обратном направлении. В промежутке между дисками алюминия (там, где был только кремний) треки не наблюдались. При большом увеличении (фотографии справа) видно, что это не просто некоторое повреждение, а глубокая траншея, настоящий «каньон». На его создание потрачена очень большая энергия.
Очень интересно, что на поверхности кремния (Si) следов не было, а трек входил в торец поверхности алюминия (Al). Видно, что какая-то неизвестная частица (какой-то объект) входила внутрь слоя алюминия (Al) и проходил его насквозь, погружаясь внутрь и затем выходя наружу.
Отражение происходило от некоторой точки (Рис. 23), которая тоже была исследована.
Когда было проведено исследование поверхности мишени с помощью масс-спектрометра, то было показано, что в области отражения (Рис. 24) были обнаружены 56-я, 59-я, 57-е массы, то есть это изотопы железа 56Fe и 57Fe) и кобальта 59Co.
Исходя из этих данных, можно считать, что там находился маленький фрагмент железокобальтового магнита. По-видимому, он там оказался случайно по независимым причинам. И неизвестная частица, которая двигалась вдоль поверхности, отразилась от этого микромагнита и пошла обратно. Исходя из этих данных, очень легко рассчитать параметры этой частицы. Известная напряженность поля для такого магнита — это порядка 8−10 килоэрстед. Размер домена — 2−3 микрона.
Если оценить параметры этой «вырытой» канавы, то оказалось, что там выполнена очень большая работа. Эта работа примерно соответствовала 106 ГэВ/см. Где-то нужно было найти источник этой энергии и обосновать странную траекторию. Давайте допустим, что данная частица является магнитозаряженной частицей, то есть частицей с магнитным зарядом. Тогда легко посчитать энергию взаимодействия такой частицы с поверхностью. Как известно, твердый алюминий является парамагнетиком, и он будет притягивать эту частицу. Соответственно кремний и его окисел являются диамагнетиками, и они будут ее отталкивать.
Давайте посмотрим, как это всё происходило. На Рис. 27 представлена структура и энергия взаимодействия алюминия, находящегося на поверхности кремния до его взаимодействия с частицей, во время взаимодействия и после того, как в результате взаимодействия алюминий расплавился. Для справки: твердый алюминий является парамегнетиком, а расплавленный — диамагнетиком. Кремний и его окисел — диамагнетики.
Когда частица по касательной двигалась к поверхности, то слой алюминия соответствовал потенциальной яме, а подложка являлась потенциальным барьером. Частица входила по касательной в эту область, и ей это было энергетически выгодно. Далее каким-то образом происходило кардинальное изменение структуры алюминия. Он плавился и частично испарялся. А как известно, расплавленный алюминий уже является диамагнетиком, а не парамагнетиком. И у нас происходит преобразование потенциальной ямы в потенциальный барьер, от которого частица отражалась, вылетая наружу. Продолжение действия импульсного магнитного поля тока анода снова ускоряло частицу в направлении MDS структуры, и цикл повторялся. Это обеспечивало волнообразную траекторию движения частицы.
Исходя из этой модели, легко объяснить волнообразное движение частицы. Частица разгонялась магнитным полем тока, который протекал в промежутке анод-катод. Она попадала на поверхность алюминия, расплавляла его, отражалась и выходила наружу. Дальше она снова ускорялась полем и делала такие волновые движения. Когда же она попадала на поверхность диамагнетика (кремний), то она никаких следов не оставляла, потому что там было полное бесконтактное отражение, и она скользила над поверхностью кремния. Дальше она снова начинала периодически разъедать поверхность алюминия.
Легко найти, что является источником энерговыделения, которое приводит к плавке алюминия. Это могут быть разные ядерные реакции. Это, во-первых, реакция алюминия (Al) с водородом (H) — образование кремния 27Al+p=28Si.
Кроме того, поскольку эта система вся откачивалась масляным насосом, то там были пары масла, а на поверхности была очень тонкая пленка углерода. Поэтому возможна реакция алюминия с изотопами углерода Al27+C12=K39, Al27+C13=K40.Также реакция алюминий с алюминием может привести к образованию железа Al27+Al27=Fe54.
Для проверки этой гипотезы поверхность пластинки в области трека была исследована масс-спектрометром. Было обнаружено, что в борозде, оставленной частицей (темные волнистые линии на верхних фотографиях Рис. 30), содержатся изотопы калия 39K и 40К, то есть ожидаемые продукты синтеза.
Следует напомнить, что всё это происходит на поверхности чистого алюминия. При протекании таких реакций выделялась колоссальная энергия, которую мы там наблюдали, — 106 ГэВ/см.
Как же магнитный заряд может инициировать ядерные реакции? Все очень просто. В очень сильном магнитном поле траектория электронов около ядра никак не похожа на известную всем круговую траекторию типа планет вокруг Солнца. Она представляет собой некоторое винтовое движение, когда электрон наворачивается на магнитное поле и движется вперед и назад вдоль магнитного поля (Рис. 31).
Условие такой деформации реализуется, когда сила Лоренца, действующая на электрон в сильном магнитном поле, превышает кулоновское взаимодействие электрона с ядром. При этом очень резко меняется радиус поперечной орбиты. Он становится намного меньше, чем радиус боровской орбиты, и этот радиус уменьшается при увеличении напряженности магнитного поля.
При этом получается следующая ситуация. Есть ядро, вокруг него есть электроны. Обычно при малой энергии атомов их ядра могут сближаться только на удвоенный радиус электронной оболочки. Это большое расстояние, которому соответствует очень малая вероятность туннельного эффекта. При наличии соседней магнитозаряженной частицы с очень сильным собственным магнитным полем радиус экранирования уменьшается на несколько порядков. Естественно, что при этом очень резко возрастает вероятность туннельного эффекта и реализуются все энерговыгодные ядерные реакции. Таким образом, магнитный монополь является замечательным катализатором холодного ядерного синтеза.
Несложно оценить параметры этой частицы. Вся траектория была с неизменным шагом на всем пути до точки отражения, и это расстояние было порядка 2 мм. Длительность импульса магнитного поля была порядка 5 нс, то есть это то поле, которым управлялось движение частицы. Отсюда легко посчитать, что скорость была равна или немного меньше 4*107 см/с.
Далее следует простой анализ.
Если магнитная частица отразилась от магнита, который находился в алюминиевой пластине, то её энергия была меньше, чем высота этого барьера. Высоту барьера легко посчитать. Если магнитный заряд является монополем типа монополя Дирака, то величина этого заряда известна и равна g = (137…68)e.
Если для оценки использовать магнитное поле домена 8−10 кЭ (входящего в состав любого магнита) и его размер, то видно, что высота барьера соответствует 50…30 кэВ. Скорость частицы и ее кинетическая энергия нам известны. Отсюда получается, что масса частицы была меньше, чем 10-23 грамм. То есть её масса равна массе протона и нейтрона, но может быть насколько угодно легче. Это контрастирует с известными прогнозами из общей теории Большого объединения, где говорится, что такая частица должна иметь массу около 10-8 граммов. На самом деле это может быть намного более легкая частица. И она очень хорошо согласуется с теорией Жоржа Лошака, который говорит, что магнитный монополь является магнитозаряженным нейтрино.
Где и как возникла эта частица в данном эксперименте? Тут есть два возможных механизма. Либо она порождается в этой системе, но это достаточно смелая гипотеза. Либо это часть пары монополь-антимонополь, которая существуют во Вселенной с момента Большого взрыва. Северные и южные магнитные заряды объединяются в некий комплекс (монополь-антимонопольную пару). Легко оценить массу и размер этой пары с помощью соотношения неопределенностей (Рис. 35 и 36). Из Рис. 36 видно, что масса такой пары будет предельно мала.
Если посчитать кинетическую энергию, то оказывается, что она очень большая, но все равно мала по сравнению с потенциальной энергии взаимодействия монополя и антимонополя. Легко убедиться, что потенциальная энергия будет намного больше, чем кинетическая, то есть это очень сильно связанная пара, которая может иметь космологическое происхождение. При этом энергия связи практически совпадает с массой покоя этих частиц. По этой причине она практически ненаблюдаема (нет массы, нет внешнего магнитного поля). В очень сильном магнитном поле, которое возникает при пинчевании сильного тока в объеме анода и, по нашим оценкам, достигает 1010 Эрстед, пара разваливается за счет туннельного эффекта, полностью аналогичного автоионизации атома в сильном электрическом поле. Этот процесс представлен на Рис. 37.
В результате этого процесса пара разрывается и у нас получается свободный магнитный монополь, который регистрируется при взаимодействии с экраном. Вероятность этого процесса рассчитывается с помощью квантовой механики (Рис. 38).
Результаты этих данных опубликованы в статьях в журналах Annales de la Fondation Louisde Broglie, International Journal of Modern Physics A [International Journal of Modern Physics A, Vol. 25, Supplement 1 (2010) 118−127; DOI: 10.1142/S0217751X10049967] (авторы Адаменко и Высоцкий), а также в журнале «Поверхность» (рис. 39).
На этом я заканчиваю краткий анализ работ, к которым я имел отношение в лаборатории «Протон-21». Эти и другие результаты лаборатории опубликованы в большой книге (Рис. 40).
Это гигантская книга, в ней более 700 страниц. Её оглавление приведено на Рис. 41−43. Её писали великолепные специалисты, которые сами занимались этими проблемами. В этой книге примерно 130 страниц написано мной по результатам тех исследований, которыми я занимался. Они выделены красным цветом.
* * *
О механизме ядерных реакций при низкой энергии
Далее рассмотрим общие особенности ядерных реакций при низкой энергии (LENR) и выясним их механизм. К ним относятся три основных эффекта:
1. аномально большая вероятность при малой энергии;
2. отсутствие дочерних радиоактивных изотопов;
3. ослабление (на много порядков) сопутствующего гамма-излучения.
Во всех успешных LENR экспериментах, которые были проведены за тридцать лет с момента пресс-конференции Мартина Флейшмана и Стэнли Понса, обязательно выполнялись эти три условия. Обычно при анализе экспериментов ограничиваются обсуждением только первого эффекта — аномально большой вероятности. Существует несколько десятков теоретических моделей, которые пытаются его обосновать. Абсолютное большинство этих моделей «узко специализированы» и относятся либо к конкретной реакции, либо к конкретной среде (газ, кристаллы, жидкость, граница межфазового раздела, одна элементарная ячейка, аномальные атомные состояния с глубокими электронными уровнями и т. д.). При этом теория, используемая для описания одной системы, оказывается совершенно не применимой к анализу другой системы. По моему мнению, это — непродуктивный и ошибочный подход.
Более того, как правило, никто не обосновывает, а почему же не образуются дочерние радиоактивные изотопы, если каналы этих реакций потенциально возможны. Также почти никто не анализирует причину подавления гамма-излучения. Критики LENR используют эти аргументы (отсутствие радиоактивных отходов и малость гамма-излучения) для того, чтобы опорочить LENR и, при возможности, объявить его лженаукой, утверждая, раз нет излучения, то это не ядерная физика.
Мы в течение последних 10−15 лет успешно развиваем теоретический метод, который замечательно объясняет все три эффекта в совокупности и применим к любым реализуемым ранее средам и системам — это метод когерентных коррелированных состояний взаимодействующих частиц. Он объясняет все известные мне без исключения успешные LENR эксперименты.
Для его обоснования вначале рассмотрим обычный туннельный эффект (Рис. 44).
Давайте рассмотрим стандартную для ядерной физику задачу о вероятности экзотермической ядерной реакции при наличии потенциального барьера.
Итак, допустим, что у нас есть высокий кулоновский потенциальный барьер ядра. При использовании формулы Гамова легко решить типичную задачу по вычислению вероятности туннельного эффекта между двумя зарядами. Из расчета следует, что вероятность прохождения частиц сквозь барьер для, например, известных реакций d+d и Ni+p, соответствует предельно малой величине 10-2500. Эти оценки представлены на Рис. 44.
Если учесть электронное экранирование, то вероятность проникновения через барьер возрастает до 10-80 для реакции d+d и 10-600 для реакции Ni+p. Несмотря на существенный рост, эти вероятности также очень малы и никак не соответствуют, например, экспериментам Росси.
Теперь давайте посмотрим, что здесь можно дополнительно учесть. Дело в том, что кроме обычных состояний хотя бы одной из взаимодействующих частиц, которые фактически называются некогерентными и некоррелированными состояниями, могут быть ещё когерентные коррелированные состояния, которые могут формироваться при определенных условиях и, как правило, быстро исчезают за счет влияния случайных возмущений. Эти состояния были математически описаны в 1930 году независимо Эрвином Шредингером и Говардом Робертсоном. Этим состояниям соответствует совершенно другое соотношение определенности для разных пар физических величин (импульса и координаты, энергии и времени и т. д.). Отличаются они от привычного соотношения Гейзенберга тем, что в них появляется коэффициент корреляции, который математически определяется взаимной дисперсией операторов конкретной пары физических величин и характеризует степень их взаимной связи. Формулы для определения этого коэффициента представлены на Рис. 45.
Если в качестве этих физических величин выбрать, например, координату и импульс, то получается новое соотношение неопределенностей, которое можно свести к «стандартному» соотношению Гейзенберга, введя эффективную постоянную Планка, которая при возрастании коэффициента корреляции к своему предельному значению, равному 1, может принимать неограниченно большое значение (формально стремится к бесконечности). Аналогичным образом можно получить новое соотношение неопределенностей для энергии и времени с другой эффективной постоянной Планка. Можно вспомнить, что постоянная Планка фактически определяет границу между «классическим» и «квантовым» мирами. Если постоянная Планка становится очень большой, то это значит, что квантовые эффекты начинают вполне законно работать в классическом мире. Давайте посмотрим, что это нам дает.
Если мы, например, заменим постоянную Планку на эффективную постоянную в полученных ранее соотношениях и рассчитаем прозрачность барьера, то мы получим интересный результат (последняя формула на Рис. 46), согласно которому в максимально коррелированном состоянии, для которого r→1, прозрачность барьера стремится к единице при как угодно малой энергии частицы! Это ведет к немедленной реализации LENR. Обоснованность такой формальной замены рассматривалась в наших статьях.
Есть и другая оценка этого же эффекта (Рис. 47).
Допустим, что частица находится в потенциальной яме. Из нового соотношения неопределенностей можно определить флуктуацию энергии. Например, в яме шириной 2Å флуктуация в некоррелированном состоянии не превышают 0,05 эВ. Это малая величина, и она не позволяет реализовать LENR.
Если мы в той же системе обеспечим формирование когерентного коррелированного состояния с вполне реально достижимым коэффициентом корреляции r=0,999 999 для находящейся там частицы, то амплитуда флуктуации возрастает до десятков кэВ, что сразу позволяет реализовать почти любую ядерную реакцию. Эти оценки представлены на Рис. 48. Очень важным является то обстоятельство, что возрастание амплитуды флуктуации может происходить при практически неизменной (в том числе очень малой) средней энергии данной системы!
Дальше рассматриваются разные варианты процесса формирования когерентного коррелированного состояния.
Допустим, что у нас есть потенциальная яма, у которой параметры — ее ширина или глубина, изменяются по гармоническому закону с некоторым маленьким индексом модуляции g<<1. Если все посчитать, то легко найти коэффициент корреляции. Этот коэффициент при определенных частотах модуляции (когда частота модуляции равняется исходной частоте или когда она равна удвоенной частоте (это параметрический эффект, и он дает намного более интенсивный пик)) стремится к единице. Это все видно на графике на Рис. 47. При модуляции на других частотах корреляции практически нет.
Теперь давайте посмотрим на эксперименты, которые были проведены сравнительно недавно. Это лазерные эксперименты, проведенные D. Letts, D. Cravens and P. Hagelstein (Рис. 49).
Эти эксперименты проводились на основе процесса электролиза. Там были палладиевые электроды, была тяжелая вода. И поверхность палладия подсвечивалась двумя лазерными пучками с контролируемой малой разностью частот, которая лежала в ТГЦ диапазоне. Меняя лазеры, можно контролируемо изменять разностную частоту, которая соответствовала модуляции плотности вырожденного электронного газа в поверхностном слое палладия, где также находились внедряемые ядра дейтерия. Такая модуляция плотности приводила к модуляции параметров межатомных потенциальных ям. Когда провели эксперимент, то обнаружили, что выход энергии соответствует наличию четырех характерных пиков зависимости от ТГЦ частоты (правый график на Рис. 48). Лазерные лучи генерировались обычными лазерными указками и имели очень малую мощность — менее 20 мвт. С точки зрения «обычной» ядерной физики наличие такого облучения никак не должно влиять на ядерные процессы. Но если мы посмотрим внимательно на этот график, то увидим, что там есть две пары взаимно разнесённых пиков интенсивного выделения энергии с примерно одинаковым соотношением интенсивностей (левый меньший, правый более интенсивный). Самый левый из этих пиков соответствует основной частоте колебаний ядер дейтерия в решетке палладия (около 8 ТГц), правый — удвоенной частоте. Эта зависимость показана красной линией. Вторая пара с такой же тенденцией выделена синей линией, и она относится к другой моде колебаний ядер дейтерия (около 10 ТГц). Это две характерные частоты для ячейки палладия, в которой находится дейтерий, внедряемый в процессе электролиза. Сравнение положения и отношения амплитуд этих пиков полностью соответствует теоретическим соотношениям процесса формирования коррелированных состояний на основной и удвоенной частотах, показанным на Рис. 47, а эффект генерации энергии соответствует LENR с участием ядер дейтерия.
Дальше рассмотрим другой метод формирования коррелированного состояния, при котором потенциальная яма деформируется не периодически, а монотонно, например, когда ширина ямы увеличивается в определенном интервале (Рис. 50).
Этот процесс может быть связан, в частности, с формированием микротрещины в той же матрице палладия при её насыщении дейтерием. Все это можно рассчитать. Соответствующие результаты опубликованы в наших статьях и представлены на Рис. 51. На этих графиках представлена динамика изменения коэффициента корреляции и, соответственно, динамика формирования коррелированного состояния при расширении ямы от 2 до 2000 ангстрем и от 2 ангстрем до 2 микрон. Видно, что при таком процессе коэффициент корреляции периодически становится очень близким к 1 (отличие составляет очень малую величину — 10-5, 10-6, 10-7), что соответствует очень значительному возрастанию флуктуаций энергии частицы за счет соответствующих интерференционных процессов.
Сделаем простые оценки. Например, если ширина ямы увеличивается в 1000 раз, от 2Å до 2 000Å, то максимальное значение коэффициента корреляции равно r=0,999 998−0,9 999 998. В этом случае для реакции d+d, для которой вероятность туннельного эффекта для некоррелированного состояния была равна 10-80, становится близкой к единицей, то есть 0,85−0,98. То же самое происходит в случае реакции Ni+p. Вероятность туннелирования возрастает от 10-60 до 0,01−0,6! При таком возрастании прозрачности барьера реакция замечательно проходит (Рис. 52).
Аналогичные процессы проходят при сжатии потенциальной ямы (Рис. 53).
Из представленных данных видно, что коэффициент корреляции при сжатии потенциальной ямы (например, схлопывании или «залечивании» микротрещины) стремится к единице. Для той же реакции d+d вероятность туннельного эффекта при сжатии ямы в 100 раз возрастает от 10-80 до 0,3% для d+d реакций.
Появление (а также «залечивание») таких микротрещин является стандартным следствием диффузии водорода или дейтерия при электролизе или в аналогичных процессах. Это ясно видно из сопоставления фотографий исходных образцов и тех же образцов после насыщения водородом (Рис. 54). В данном случае это изменение вида композита LiAlH4, который использовался в качестве топлива в экспериментах Росси во время экспертизы, проведенной в Лугано.
Видно, что вначале была гладкая поверхность образцов, а после реакции LENR она стала очень развитой. Там непрерывно образуются трещины, происходит растрескивание за счет диффузии водорода и т. д. Каждая из этих трещин в процессе её формирования является модулирующим осциллятором, в котором формируется когерентное состояние находящихся там частиц (атомов водорода). В таком процессе формируются гигантские выбросы энергии протона, которые успешно реализуют все эти реакции.
Теперь кратко поговорим о том, почему в такой реакции отсутствуют радиоактивные дочерние изотопы. Эти особенности представлены на Рис. 55 и 56.
Для того чтобы произошла любая ядерная реакция, необходимо несколько этапов. Частица должна подойти к барьеру, затем пройти сквозь барьер, образовать составное ядро и реализовать реакцию. Как это будет происходить, если мы будем использовать виртуальные кратковременные флуктуации энергии, и чем это будет отличаться, если используются реально ускоренные частицы?
В этом случае необходимо учесть, что эта флуктуация существует очень малое время, которое зависит от амплитуды флуктуации. Давайте рассмотрим какую-нибудь реакцию, например, 7Li+p, которая была основой в экспериментах Андреа Росси и Александра Пархомова. Длится эта реакция после образования составного ядра примерно 10-20 сек. Только после этого времени происходит распад ядра. Если учесть время подхода частицы к барьеру и длительность туннельного процесса, то для протекания реакции необходимо время около 10-18 сек. В результате реакции образуется составное ядро бериллия 8Be, который затем распадается на две альфа-частицы. При этом выделяется энергия, которая становится реальной (не виртуальной).
Примем, что для эффективного прохождения сквозь барьер протон должен иметь энергию dE=20 кэВ. Из обычного соотношения неопределенностей Гейзенберга следует, что длительность такой флуктуации примерно равна dt=2*10-21 сек. Только после такого интервала времени «заимствованная» энергия флуктуации dE будет компенсирована энергией Q, выделяемой в процессе реакции. При таком соотношении получается парадокс — флуктуация должна существовать дольше, чем допускает закон сохранения энергии. Такой процесс невозможен. Этот запрет становится ещё более очевидным, если мы учтём время туннелирования, которое намного превосходит эту величину dT. То есть такая реакция принципиально невозможна, если инициировать её за счет флуктуации энергии частицы в обычном некоррелированном состоянии.
Что будет в конкретном коррелированном состоянии?
Берем ту же самую ситуацию и рассмотрим, например, случай, когда коэффициент корреляции равен 0,99 999. Сделаем те же самые оценки и увидим, что при таком условии флуктуация энергии 10 кэВ будет существовать dt=2,5*10-18 сек. Соответственно, флуктуация с амплитудой 20 кэВ будет существовать dt=1,25*10-18 сек. Очевидно, что этого времени с запасом хватает для реализации реакции, стимулируемой энергией флуктуации, с учетом всех сопутствующих процессов. Этот расчет соответствует реакции 7Li+p с более тяжелым изотопом лития.
А для альтернативной реакции 6Li+p с участием более легкого изотопа лития, которая гораздо более длительная (длительность самой реакции равна 1,3*10-13 сек), этого времени явно недостаточно. И поэтому эта реакция не реализуется. Это объясняет, почему на изотопе 7Li реакция идет, а на 6Liне идет. Из-за такого запрета (выгорания 7Li при неизменной концентрации Li6) соотношение этих изотопов в активной зоне во время экспериментов Андреа России в Лугано изменилось почти в 1000 раз!
Аналогичный запрет имеет место для любых других ядерных реакций, в которых первый каскад после образования составного ядра характеризуется большим временем жизни, а это, по сути, и есть одно из определений долгоживущего радиоактивного ядра. По этой причине все каналы реакции по механизму LENR, которые ведут к образованию долгоживущих радиоактивных дочерних ядер, оказываются запрещенными. Если эта реакция инициировалась реальной энергией ускоренной частицы, то такие реакции будут возможными.
То же самое с гамма-излучением, которое почти всегда сопутствует «обычным» реакциям. В LENR такое излучение очень сильно подавлено. Это связано с тем, что любые гамма-электромагнитные процессы — это сравнительно длительные процессы. Самые короткие электромагнитные процессы типа Е1 длятся более 10-15 сек. Представим, что первый каскад после образования составного ядра связан с гамма-излучением, которое происходит с такой задержкой. Для реакций, инициируемых реально ускоренными частицами, такие процессы абсолютно реальные. Если же за счет виртуальной энергии флуктуации, то время «возврата» энергии будет значительно больше того интервала, который определен соотношением неопределенностей, и поэтому такие процессы за счет флуктуации полностью запрещены. Такие каналы не реализуются! Это очень хорошо согласуется с успешными LENR экспериментами.
Различные процессы, характеризующие получение и использование когерентных коррелированных состояний, исследованы и опубликованы в большом количестве статей в очень солидных журналах (например, Annals of Nuclear Energy, European Physical Journals, ЖЭТФ и т.д.). Этот механизм очень хорошо объясняет все — без исключения — наблюдаемые LENR процессы.
* * *
Основные публикации В. И. Высоцкого с соавторами по теории LENR
1. Vysotskii V.I., Kuz'min R.N. The theory of nonthreshold cold fusion in solids (experimental addendum: .observation of fast neutrona and tritium). Int. Progress Rewiew «Anomalous nuclear effects in deuterium/solid systems». Editor by S.E.Jones, F.Scaramuzzi. AIP Conf. Proced. 228, p. 900−928, N.Y., 1991.
2. Высоцкий В. И., Кузьмин Р. Н. Теория, механизм и динамика безбарьерного ядерного катализа в твердых телах. Препринт ИТФ-90−82р Ин-та теор. физики АН УССР, Киев, 1991,16 с.
3. Высоцкий В. И., Кузьмин Р. Н. Неравновесный ферми-конденсат атомов дейтерия в микрополостях кристаллов и проблема реализации безбарьерного холодного ядерного синтеза. Журнал техн. физики, т. 64, №. 7, 1994, с. 56−63.
4. V I. Vysotskii, S.V.Adamenko. Correlated states of interacting particles and problems of the coulomb barrier transparency at low energies in nonstationary systems. Technical Physics, 2010, Vol. 55, No. 5, pp. 613−621.
5. V. I. Vysotskii, M.V.Vysotskyy. S. V. Adamenko. Formation and application of correlated states in non-stationary systems at low energy of interacting particles. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2012, Vol. 114, No. 2, pp. 243−252.
6. V. I. Vysotskii, S. V. Adamenko, M.V.Vysotskyy. Formation of Correlated States and the Increase in Barrier Transparency at a Low Particle Energy in Nonstationary Systems with Damping and Fluctuations. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2012, Vol. 115, No. 4, pp. 551−566.
7. V. I. Vysotskii, S. V. Adamenko. Low energy subbarrier correlated nuclear fusion in dynamical systems. Journal of Condensed Matter Nuclear Science, v.8, p.91−104, 2012.
8. V.l. Vysotskii. The problem of creation a universal theory of LENR. Infinite Energy Issue 108, v.18, March/April 2013, p. 30−35.
9. V.l. Vysotskii, S. V. Adamenko, M.V.Vysotskyy. Acceleration of low energy nuclear reactions by formation of correlated states of interacting particles in dynamical systems. Annals of Nuclear energy, 2013, v.62, p.618−625.
10. V. I. Vysotskii, M.V.Vysotskyy. Coherent correlated states and low-energy nuclear reactions in non stationary systems. European Phys. Journal. A (2013) V.49, issue 8: 99, p.1−12, DOI 10.1140/epja/i2013−13 099−2.
11. V.l. Vysotskii, M.V.Vysotskyy. Application of coherent correlated states of interacting particles in non-stationary controlled LENR. INFINITE ENERGY, NOVEMBER/DECEMBER 2013 • ISSUE 112 • p. 71−76.
12. V.l. Vysotskii, M.V.Vysotskyy. Correlated states and transparency of a barrier for low — energy particles at monotonic deformation of a potential well with dissipation and a stochastic force. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2014, Vol. 118, No. 4, pp. 534−549. © Pleiades Publishing, Inc., 2014.
13. V.l. Vysotskii. On Problems of Widom-Larsen Theory Applicability to Analysis and Explanation of Rossi Experiments. J. Condensed Matter Nucl. Sci. 13 (2014) 615−623.
14. V.l.Vysotskii, S.V.Adamenko, M.V.Vysotskyy. Application of Correlated States of Interacting Particles in Nonstationary and Periodical Modulated LENR Systems. J. Condensed Matter Nucl. Sci. 13 (2014) 624−636.
15. V.l. Vysotskii, S.V.Adamenko, M.V.Vysotskyy. Subbarrier Interaction of Channeling Particles under the Self-Similar Excitation of Correlated States in a Periodically Deformed Crystal. Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2012, Vol. 6, No. 2, pp. 369−374.
16. V.I.Vysotskii, M.V.Vysotskyy. Formation of Correlated States and Optimization of Nuclear Reactions for Low-Energy Particles at Nonresonant Low-Frequency Modulation of a Potential Well. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2015, Vol. 120, No. 2, pp. 246−256. ISSN 1063−7761.
17. V.l. Vysotskii, M.V.Vysotskyy. Coherent correlated states of interacting particles — the possible key to paradoxes and features of LENR. Current Science, 2015, v.108, No.4, p. 30−36.
18. V.I.Vysotskii, M.V.Vysotskyy. The formation of correlated states and optimization of the tunnel effect for low-energy particles under nonmonochromatic and pulsed action on a potential barrier. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2015, Vol. 121, No. 4, pp. 559−571,
19. Vysotskii V.I., Vysotskyy M.V. The formation of correlated states and tunneling at low energy at controlled pulse action on particles. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2017, v.125, No.2, 195−209.
20. V. I. Vysotskii, M.V.Vysotskyy, S.Bertalucci. Features of the Formation of Correlated Coherent States and Nuclear Fusion Induced by the Interaction of Slow Particles with Crystals and Free Moleculesto Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2018, 127(3):479−490.
* * *
Биологическая трансмутация стабильных и радиоактивных изотопов в растущих биологических системах
В завершение очень кратко расскажу о наших с Аллой Александровной Корниловой исследованиях LENR в биологических системах, которыми мы давно занимаемся. Она, я думаю, тоже будет подробно рассказывать об этом, поэтому я буду краток.
Эти исследования относятся к управляемой трансмутации изотопов в биологических системах. Вначале краткая предыстория. Если не касаться некоторых аспектов алхимии, то безусловным основателем этого направления является Луи Кервран, который очень много сделал для того, чтобы это направление получило научный фундамент. Он очень активно исследовал разные аспекты ядерных процессов, протекающих в биологических объектах. В то же время его пионерские исследования и взгляды на эти процессы были далеки от современных представлений ядерной физики и квантовой механики. Он, как правило, исследовал процесс преобразования химических элементов, а не изотопов, что резко снижало достоверность его экспериментов, поскольку при малой эффективности такого процесса иногда очень сложно отделить синтезируемый химический элемент от неизбежных сторонних примесей того же элемента. С изотопами ситуация совсем другая, поскольку синтез конкретного изотопа всегда приводит к изменению изотопного соотношения. Кервран также часто игнорировал законы сохранения, допуская, например, обратимость экзоэнергетичных ядерных реакций, для чего, как известно, нужна очень большая (масштаба несколько МэВ) внешняя энергия, которой в биосистемах объективно нет и быть не может.
Мы начали заниматься этой тематикой в самом начале 1990-х годов. Поскольку мы оба ранее занимались исследованиями, относящимися к эффекту Мессбауэра, а также к проблемам радиационной биологии, и в частности воздействию малых доз радиации на живые системы, то мы начали наши исследования процесса ядерных реакций в биологических системах с анализа возможности получения мессбауэровского изотопа 57Fe. Причины, почему эти исследования начались именно с этого изотопа, мне кажутся очевидными. По нашему мнению, успешный эксперимент должен быть таким, чтобы:
а) его продукты (синтезируемые изотопы) накапливались до уровня надежной регистрации;
б) их можно было легко идентифицировать;
в) ожидаемый изотоп соответствовал жизненно необходимому для биообъекта химическому элементу;
г) была возможность удаления из окружающей среды его природного аналога или его биохимического эквивалента;
д) было как минимум два независимых метода достоверной регистрации;
е) скорость реакции была приемлемой для биологической системы (такие эксперименты не могут длится годами).
Изотоп Fe57 отвечал всем необходимым требованиям.
Типичная постановка эксперимента. Берется микрокультура и среда, содержащая тяжелую воду и соли марганца 55Mn, а также, естественно, остальные макро и микроэлементы (но в отсутствие примеси железа). Выросшая микробиологическая культура затем исследуется на мессбауэровском спектроскопе. Из этих данных (Рис. 61) видно, что в первом же эксперименте с микробиологической культурой, помещённой в раствор марганцовокислого калия в тяжелой воде при отсутствии жизненно необходимого железа, мы обнаружили мёссбауэровский пик, то есть появление изотопа 57Fe.
Эффективность реакции была около 10-8 реакций за секунду в расчете на одно ядро марганца. В неоптимальных условия (наличие марганца в легкой воде или отсутствие марганца в тяжелой воде) синтез Fe57 отсутствовал! Дальше мы провели те же самые исследования, но уже на другом масс-спектрометре. Это время-пролетный лазерный масс-спектрометр.
В этом приборе короткий лазерный импульс действует на выросшую в оптимальных условиях и высушенную микрокультуру (мишень). При этом образуется разлетающаяся плазма. Поскольку энергия всех ионов в этой плазме примерно одинаковая, то из-за разности масс они имеют разные скорости и попадают на систему регистрации с запаздыванием (первыми прилетают более легкие ионы). На экран осциллографа выведен фрагмент области спектров масс, относящийся к изотопам железа. Исследование состоит в проведении нескольких операций (Рис. 62).
Вначале регистрируется масс-спектр обычного железа (верхний снимок справа). Видно, что изотопа 57Fe в природном железе очень мало (около 2,7%) по сравнению с 56Fe. Аналогично исследуется спектр одноизотопного марганца 55Mn. Дальше делается аналогичное исследование образца культуры, выросшей в неоптимальных условиях. Видно, что там тоже есть железо. Это случайная примесь, но ее спектр соответствует обычному природному железу. А ниже спектр железа в культуре, выросшей в оптимальных для синтеза условиях. В этом случае мы видим, что пики двух изотопов (56Fe и 57Fe) примерно равны! Присутствие 56Fe объясняется неизбежной примесью железа, а большой пик 57Fe прямо обусловлен ядерным синтезом.
Дальше были эксперименты с трансмутацией средних по массе изотопов с образованием другого редкого изотопа железа 23Na+31P = 54Fe.
Схема экспериментов идентичная — контрольные кюветы и кюветы трансмутации при наличии 23Na и 31P. И результат лазерного воздействия мы видим сразу на экране осциллографа с памятью (сначала фиксируется вид спектра для природного железа, а затем ниже результаты эксперимента по анализу содержания изотопов железа в выросшей микрокультуре).
Из вида верхних графиков следует известный факт — малая концентрация изотопа 54Fe по сравнению с 56Fe. Нижний (левый) спектр для неоптимального состава имеет ту же закономерность. Для экспериментов по трансмутации (два правых снимка для разных однотипных экспериментов) эти пики имеют примерно равную амплитуду, что соответствует очень значительному возрастанию концентрации 54Fe. Расчетная эффективность трансмутации в этом случае (10-8 реакций за секунду в расчете на одно ядро натрия и фосфора) примерно такая же, как при синтезе 57Fe. Наличие изотопа 56Fe в оптимальных спектрах связано с неизбежными примесями железа.
После завершения этих начальных исследований мы существенно оптимизировали технологию и перешли на работу не с чистыми культурами, а с микробиологическими синтрофными ассоциациями (MSA). Эффект оказался очень значительным и вместо слабого (малого по амплитуде) резонанса мессбауэровского поглощения, что отражает малую концентрацию синтезируемого изотопа Fe57, мы получили очень большой резонанс (его глубина возросла от 0,15% до 3,4%! Эти данные представлены на Рис. 65.
Эффективность преобразования изотопов при использовании MSA возросла в десятки раз по сравнению с чистыми микробиологическими культурами, а после дальнейшей оптимизации технологии она увеличилась до уровня 10-6 реакций за секунду в расчете на одно ядро марганца, то есть возросла примерно в 100 раз. Причины такой оптимизации связаны с многими факторами: отсутствием влияния самоинтоксикации чистой культуры отходами собственного метаболизма, возможностью роста при частичном истощении среды, возможностью намного более длительного роста и т. д.
Затем мы провели аналогичные исследования на термоионизационном масс-спектрометре. Возрастание эффективности позволило впервые не только зафиксировать увеличение концентрации 57Fe, но и зарегистрировать синхронное уменьшение концентрации исходного изотопа55 Mn. Сразу стало видно, что одно переходит в другое, то есть имеет место прямой технологический процесс!
* * *
Дальше мы перешли на исследование трансмутации радиоактивных изотопов и реакторных отходов. Первые эксперименты мы со своими соавторами проводили на высокоактивной реакторной воде около 15 лет назад в Киевском институте ядерных исследований. И впервые зафиксировали ускоренный спад активности радиоизотопов 140Ba и 140La, который начался примерно через 7−10 дней после начала эксперимента. По нашему мнению, это время соответствует адаптации микробиологической ассоциации к высокой гамма-активности среды. Результаты экспериментов и спектр активности исходной воды представлены в левой колонке на Рис. 67.
Дальше мы перешли на исследование трансмутации наиболее опасного и распространённого радиоактивного изотопа цезия 137Cs. Это известная серия экспериментов, когда одинаковая микробиологическая ассоциация выращивалась в воде с растворенным изотопом 137Cs в разных кюветах в присутствии разных дополнительных химических элементов для поиска оптимальной композиции. Эксперименты проводились в Чернобыле на объекте «Укрытие», а радиоактивный цезий выделялся непосредственно из топливных фрагментов реактора. Отличие (и преимущество) таких образцов от «обычного» коммерческого радиоактивного цезия состоит в том, что в них отсутствовал стабильный изотоп 133Cs, который в большом количестве содержится в «коммерческом» радиоактивном цезии и который является конкурентом в процессе трансмутации 137Cs. Анализ содержания радиоактивного цезия проводился методом периодического измерения активности гамма-линии цезия внешним германиевым детектором. Видно, что в контроле (без присутствия микробиологической ассоциации) за все время эксперимента, в данном случае за 150 дней, активность практически не менялась, поскольку период полураспада 137Cs составляет 30,5 года, что намного больше длительности экспериментов. В наиболее оптимальном эксперименте (при наличии в радиоактивной воде солей кальция) уменьшение было эквивалентно уменьшению периода полураспада до 310 дней. На самом деле это не ускоренный распад, а ускоренное преобразование, трансмутация за счет стимуляции реакции 137Cs+p=138Ba. Причина влияния разных дополнительных химических элементов на темп трансмутации связана с простой биохимией — микроорганизмам не хватало для оптимального роста конкретных элементов. Эти результаты представлены на среднем столбцы на том же Рис. 66.
Правый столбец иллюстрирует некоторые данные, полученные нами в последние годы. Видно, что оптимизация технологии и понимание процессов привело к возможности дополнительного и очень существенного ускорения процесса трансмутации. Для этого теперь не требуется сотни дней. Видно, что за две недели в среднем активность (а значит и концентрация) изотопа 137Cs уменьшалась на 22−23%. В наиболее оптимальных случаях за две недели активность падала примерно на 70%. Эти данные представлены в правом столбце. У нас есть определенные методы, как можно продолжить этот процесс и привести к полной трансмутации радиоактивного цезия.
Очень интересным является вопрос о конкретном механизме трансмутации и о месте её реализации в растущем биологическом объекте. По нашему мнению, основным механизмом стимулирования таких реакций является тот же метод формирования когерентных коррелированных состояний, который автоматически происходит в динамических системах (в том числе в биологических системах). Дальше очень кратко представлены некоторое соображения и соответствующие рисунки, которые схематически иллюстрируют потенциальные места таких процессов (Рис. 68).
Это может происходить во всех местах в живой культуре, где образуются нестационарные потенциальные ямы. Например, это может происходить в области деления клетки, когда она делится на две части. В этом пространстве на короткое время формируется расходящаяся потенциальная яма. Аналогичные процессы могут протекать на входе в мембрану, а также на поверхности митохондрий. Это может происходить в области деления ДНК в пределах «вилки» деления (Рис. 69).
Тут тоже есть нестационарные потенциальные ямы, которые являются вполне подходящим местом для формирования когерентных корреляционных состояний и ядерного синтеза на основе механизма LENR.
Эти процессы у нас описаны, в частности, в очень серьезных ядерно-физических журналах.
Мы также выпустили две книги по этой тематике и имеем несколько патентов.
* * *
Основные монографии и публикации В. И. Высоцкого и А. А. Корниловой по биологической трансмутации
1. Высоцкий В. И., Корнилова А. А. Ядерный синтез и трансмутация изотопов в биологических системах. Монография, Издательство «Мир», Москва, 2003, 302 с.
2. V I. Vysotskii, А.А.Kornilova. Nuclear transmutation of stable and radioactive isotopes in biological systems. Book, Pentagon Press, India, 2010,187 p.
3. V I. Vysotskii, A.A.Kornilova. Nuclear fusion and transmutation of isotopes in biological systems (in Japanese). Monograph, («Sakumei-sha» Publishier), 2012, Japan, 120 c. Статьи
4. Высоцкий В. И., Корнилова A. A., Самойленко И. И. Обнаружение феномена низкотемпературной ядерной трансмутации изотопов в биологической культуре и его исследование с помощью эффекта Мессбауэра. Вестник новых медицинских технологий, т. З, № 1, 1996, с. 28−32
5. Vysotskii V.I., Kornilova A.A., Samoylenko 1.1., Zykov G.A. Observation and mass — spectroscopy study of controlled transmutation of intermediate mass isotopes in growing biological cultures. Infinite Energy, v. 6, #36, March/April 2001, p. 64−68
6. В. И. Высоцкий, А. А. Корнилова, А. Б.Таширев. Моделирование и экспериментальное наблюдение ускоренной утилизации (деактивации) долгоживущих радиоактивных изотопов в биологических ячейках. Интеграл, № 5(31), 2006, с. 14−19.
7. Vysotskii V.I., Kornilova А.А., A.Tashyrev. Experimental observation and modellingof Cs — 137 Isotope deactivation and stable isotopes transmutation in biological cells. Book: Low Energy Nuclear reactions Sourcebook, Edited by Jan Marwan, Steven B. Krivit, ACS Symposium Series 998, Washington, DC, p. 295−303, 2008 SBN:978−0-8412−6966−8
8. V.l. Vysotskii, A.A.Kornilova. Nuclear Transmutation of Isotopes in Biological Systems (History, Models, Experiments, Perspectives). Journal of Scientific Exploration, Vol. 23, No. 4, pp. 496−500, 2009
9. V.l. Vysotskii, A.A.Kornilova. Transmutation of stable isotopes and deactivation of radioactive waste in growing biological systems. Annals of Nuclear energy, 2013, v.62, р.626−633;
10. Высоцкий В. И., Корнилова A. A. Трансмутация радионуклидов в биологических системах — реанимация фантазии алхимии или лабораторная реальность? Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии, 2014, Т. 6, №1, с. 99−109.
11. V.I.Vysotskii, A.A.Kornilova. Microbial Transmutation of Cs-137 and LENR in growing biological systems. Current Science, 2015, v.108, No.4, p. 142−146.
12. V.l.Vysotskii, A.A.Kornilova. Biological Transmutation» of Stable and Radioactive Isotopes in Growing Biological Systems. Journal of Condensed Matter Nucl. Sci. v. 28 (2019) pp. 7−20 (Proceedings of the International Conference on the Application of Microorganisms for the RadioactiveWaste Treatment, Busan, South Korea, May 2018)
Патенты
1. Высоцкий В. И., Корнилова А. А., Самойленко И. И. Патент России #2 052 223 «Способ получения стабильных изотопов за счет ядерной трансмутации типа низкотемпературного ядерного синтеза элементов в микробиологических культурах», 1995.
2. Высоцкий В. И., Корнилова А. А. Патент России «Способ очистки воды от радионуклидов», RU (11) 2 580 952(13) С1, 2016.
3. A.A.Kornilova, V.l.Vysotskii. Method for purifying water of radionuclides. Int. patent WO 2 015 156 698 A1; Номер заявки PCT/RU2014/000273, Дата публикации 15oct2015; Приоритет 11 Aril 2014.
* * *
Кроме того, наши книги (с некоторыми дополнениями) также были переизданы в Японии. Эти материалы много раз обсуждались на международных конференциях (в том числе в 2018 году на конференции ICCF-21 в США и на первом симпозиуме по биологической трансмутации изотопов в Южной Корее).
Кстати, на этом симпозиуме были представлены результаты независимых исследований, проведенных в Южной Корее, которые полностью подтвердили наши результаты по трансмутации изотопов в многокомпонентных микрокультурах:
Kyu-Jin Yum, Jong Man Leey, Gun Woong Bahngz, Shanghi Rhee. An Experiment in Reducing the Radioactivity of Radionuclide (137Cs) with Multi-component Microorganisms of 10 Strains.Journal of Condensed Matter Nuclear Science, v. 28 (2019), pp. 1−6 (Proceedings of the International Conference on the Application of Microorganisms for the RadioactiveWaste Treatment, Busan, South Korea, May 2018).
Завершая свое дистанционное выступление, хочу добавить, что цивилизация плавно перешла в другую реальность, хотя мы этого ещё не осознали.