Не на Солнце — на Земле: О ядерном синтезе при низких энергиях в природе
Аннотация
В работе рассмотрены особенности, механизмы реализации и возможные методы использования ядерных реакций, которые могут протекать в естественных условиях без использования высоких температур и других критичных параметров. Показано, что такие реакции достоверно протекают в организме человека (в частности, при установке и при отторжении зубных имплантов) и в разных геологических структурах, в том числе при формировании железомарганцевых корок и конкреций на дне морей и океанов. В частности, показано, что суммарная скорость образования железа в таких процессах намного превосходит возможности современной металлургии.
Введение
Согласно всех космологических теорий существует три характерных метода формирования всего разнообразия элементов и изотопов во Вселенной — первичный нуклеосинтез легких элементов и их изотопов (гелий, дейтерий, литий) в первые 28 минут после Большого Взрыва, «стандартный» горячий синтез в объеме звезд разной массы на этапе их начальной эволюции (так образовались все элементы и изотопы вплоть до железа) и синтез более тяжелых элементов (включая радиоактивные трансурановые изотопы) за счет излучения нейтрино и антинейтрино в области гравитационного коллапса и последующего их поглощения ядрами разлетающихся оболочек при взрыве Сверхновых звезд 1 и 2 типа.
Подтверждением такого триединого глобального сценария является высокая стабильность изотопного состава всех химических элементов, которая регистрируется самыми разными методами на основе исследования разных объектов — геологические исследования на поверхности и в глубине Земли, структура метеоритов, характеристики лунного грунта, оптический анализ спектра излучения звезд.
Априори считается, что последующее глобальное изменение изотопного состава может быть вызвано либо естественным спонтанным распадом радиоактивных изотопов, либо реализовано при использовании искусственных реакторов и ускорителей, к которым, с некоторым ограничением, можно также отнести космические лучи, состоящие на 99% из очень быстрых протонов. Стало почти аксиомой утверждение о том, что ядерные процессы не имеют никакого отношения к обыденной жизни, а если они и встречаются, то это аномалии, связанные с непредвиденными аварийными случаями или несанкционированным использованием радиоактивных изотопов.
Более детальное рассмотрение показывает, что есть большой набор аномальных данных, которые никак не укладываются в эту идеализированную картину. Из анализа хорошо известных данных следует, что такие процессы могут систематически и в большом количества происходить в природе и даже в теле человека, а их результаты могут достаточно эффективно конкурировать с, например, глобальными геологическими процессами на Земле и существенно влиять на нашу жизнь.
Ниже рассмотрены три характерных примера проявления таких аномалий, непосредственно связанных с естественным протеканием ядерного синтеза при низкой энергии (LENR,) с участием обычных (не уникальных и не радиоактивных) химических элементов.
1. Влияние ядерных процессов при низкой энергии на состояние зубных имплантов в ротовой полости человека
Известно, что установка стоматологических имплантатов является стандартным и эффективным методом восстановления зубов. Основным элементом любого имплантата является металлическая основа с резьбой, вкручивающейся в костную ткань.
Эффективность адаптации имплантата в ротовой полости зависит от нескольких факторов, среди которых основными являются: а) состояние костной ткани челюсти; б) механическая стабильность, а также структура и характеристики материала имплантата.
Основные требования включают, как правило, твердость, химическую инертность и нетоксичность материала имплантата. Он не должен вступать в различные химические реакции, учитывая то, что среди продуктов, которые потребляет человек, могут быть такие, которые содержат большое количество NaCl, обладать повышенной кислотностью или щелочностью, а также высоким содержанием спирта.
По этим параметрам наиболее популярным и широко используемыми в настоящее время являются импланты, изготовленные из титана.
Установка импланта подразумевает внедрение в кость титанового основания. Классический протокол этой процедуры включает следующие операции — сначала врач делает разрез, аккуратно отслаивает десну для доступа к кости, затем создает в костной ткани лунку нужного диаметра и вкручивает имплантат, а потом устанавливает на него титановую заглушку до полного заживления тканей.
Из приведено перечня требований видно, что они относятся только к механическим характеристикам и химическим (биохимическим) процессам и реакциям.
Простой анализ практики экспериментальной стоматологии показывает, что, несмотря на выполнение этих условий, часто наблюдаются процессы, приводящие к катастрофическому разрушению области установленного импланта; отторжению импланта; охрупчиванию прилегающего к имплантату зуба; сильному локальному воспалению десны и другим локальным разрушениям зуба. Типичная вероятность таких отрицательных последствий даже в идеальных условиях составляет 2−3%.
Поскольку при выполнении протокола процесса имплантации все требования к импланту, как правило, выполняются, то причина таких катастрофических последствий может быть связана с принципиально другими неучтенными процессами.
Как известно, полость рта — сложный объект, содержащий не только видимые компоненты (зубы, десна, язык), но и множество микробиологических культур и их ассоциаций, содержащихся в слюне.
Ротовая полость человека — это уникальная экологическая система для самых разных микроорганизмов, образующих постоянную микрофлору. Богатство пищевых ресурсов, постоянная влажность, оптимальный pH и температура создают благоприятные условия для адгезии, колонизации и размножения различных видов микробов. Микрофлора полости рта принимает участие в первичных процессах переваривания пищи, усвоения питательных веществ и синтеза витаминов. Среди других функций, которые выполняет эта микрофлора, можно отметить, что она должна поддерживать нормальное функционирование иммунной системы, а также выполнять функцию первичного барьера и защищать организм от грибковых, вирусных и бактериальных инфекций. Эта микрофлора включает много разных видов микроорганизмов.
Около 50% всех бактерий во рту — это стрептококки семейства Streptococcus.
Бактерии Streptococcus mutans образуют пленку на поверхности зубов и могут разъедать зубную эмаль, что приводит к кариесу и инфекциям десен.
Бактерии Solobacterium moorei и Lactobacillus casei вызывают неприятный запах изо рта.
Бактерия Porphyromonas gingivalis является причиной заболеваний пародонта, а также «отвечают» за устойчивость организма к антибиотикам.
Полный список микробиологических культур, присутствующих в ротовой полости, очень длинный.
По сути, ротовая полость с наличием большого количества микроорганизмов очень похожа на те рабочие лабораторные кюветы, в которых мы проводили эксперименты по ядерному преобразованию (ядерной трансмутации) изотопов с использованием микробиологических культур [1−4]. Очевидно, что в ротовой полости также можно ожидать подобные ядерные эффекты [5].
Раньше никто не обсуждал подобную проблему и не анализировал возможные последствия таких процессов.
Мы решили проверить эту гипотезу в условиях, максимально приближенных к реальному объекту.
Эксперименты проводились в небольших пробирках (биореакторах) с объемом 8 мл, моделирующих ротовую полость. В эксперименте использовали анаэробную синтрофную ассоциацию бактерий (AnSA), извлеченную непосредственно из полости рта и пищеварительного тракта человека. В составе исходной микробиологической ассоциации было более 500 штаммов. Вначале ее отделили от маточного раствора, центрифугируя при скорости вращения 4000 об /мин в течение 8 минут при комнатной температуре. В качестве питательной среды использовалась человеческая слюна с добавлением соли железа (FeSO4 • 7H2O), которая имитирует возможное присутствие следовых количеств крови из десен на зубном имплантате, а также потребление железосодержащих продуктов.
Режим инкубации соответствовал ротовой полости человека с типичными параметрами: pH=7; температура 36 °C.
В наших экспериментах мы исследовали титановый имплант, а для контроля — аналогичный стандартный имплант TiZr, покрытый тонким слоем циркония.
В качестве субстрата в биореакторы мы периодически добавляли глюкозу фармацевтической чистоты из расчета 0,1 г/литр в сутки. AnSA инкубировали в микроаэрофильных условиях. Продолжительность эксперимента — 12 дней.
В конце эксперимента Ti и TiZr импланты были извлечены из пробирок биореактора, промыты и высушены. Те же процедуры были проведены для остатков питательной среды, в которой находился имплант.
Исследование питательной среды, микрокультуры и поверхности имплантатов после окончания эксперимента показало, что общее содержание кальция в пробирках в присутствии Ti импланта снизилось на 21% (с 5,85 мг до 4,65 мг), а в случае импланта из Ti с покрытием Zr содержание кальция не изменилось.
Одновременно было обнаружено, что на поверхности титанового имплантата появился молибден. Эти результаты были получены с помощью рентгеновского анализатора и представлен на Рис.1.
Очень важно отметить, что при проведении (с помощью той же технологии и той же аппаратуры) предварительного анализа обеих типов имплантов до начала эксперимента молибден полностью отсутствовал.
Хорошо известно, что кальций является основным химическим элементом в структуре зуба и его концентрация в эмали зуба равна ~37%. Он входит в состав зуба в виде кристалла гидроксиапатита Ca10 (PO4)6(OH)2. Уменьшение концентрации кальция и одновременное появление молибдена является результатом ядерного синтеза на основе возможных реакций трансмутации
Tix + Cay = Mox+y + Q (1)
с участием разных изотопов кальция и титана.
Исходя из общих принципов ядерной физики и учитывая то обстоятельство, что в экспериментах при низкой энергии не могут образовываться радиоактивные изотопы [16], можно сформулировать следующие основные требования для реакции трансмутации:
- эта реакция должна быть экзоэнергетической и протекать с положительной энергией Q > 0 реакции;
- она должна приводить к образованию стабильного (нерадиоактивного) изотопа Мо.
Был проведен анализ возможности выполнения этих требований за счет участия в реакциях синтеза всех известных стабильных изотопов титана (Ti46, Ti47, Ti48, Ti49, Ti50), кальция (Ca40, Ca42, Ca43, Ca44, Ca46, Ca48) и молибдена (Mo92, Mo94, Mo95, Mo97, Mo98, Mo100).
Результаты анализа показали, что среди всех возможных реакций синтеза молибдена только одна реакция
Ti46 + Ca48 = Mo94; Q = 0,064 МэВ (2)
удовлетворяет необходимым требованиям!
Остальные потенциально возможные ядерные реакции являются эндоэнергетическими (для них Q < 0) и для их реализации необходима очень большая дополнительная энергия Q в интервале 0,2−7 МэВ в зависимости от конкретных изотопов. Источники такой реальной (не виртуальной) энергии в данной системе отсутствуют.
Возможность реализации такой реакции при температуре, в несколько миллионов раз меньшей, чем требуется для термоядерного синтеза, связана с процессом роста микробиологических культур, присутствующих в экспериментальных пробирках.
Эта возможность связана с рядом ядерно-физических и биофизических механизмов.
Ядерно-физический механизм реализации таких реакций при комнатной температуре связан, как это детально показано в наших работах [6−16], со спецификой протекания ядерных реакция с участием заряженных частиц в нестационарных потенциальных ямах наноразмера. В этом случае наличие динамических процессов изменения размеров и параметров этих наноям приводит к формированию когерентных коррелированных состояний, что, в свою очередь, ведет к генерации очень больших флуктуаций импульса и энергии ионов, находящихся в этих наноямах. Теоретической основой для таких флуктуаций является соотношение неопределенностей Шредингера-Робертсона
в котором величина r является коэффициентом корреляции. При формировании когерентного коррелированного состояния выполняется условие |r| → 1, что приводит к возможности существования очень больших флуктуаций энергии, которые могут существовать в течение очень длительного (по меркам микромира) времени δt.
Амплитуда этих флуктуаций энергии может составлять 10…50 кэВ, что достаточно для реализации ядерного синтеза. Конкретные механизмы формирования таких флуктуаций в разных динамических системах детально рассмотрены в работах [6−16].
Еще одна проблема относится к возможным биофизическим причинам реализации синтеза молибдена в растущих биологических системах. Есть несколько возможных объяснений закономерности и целесообразности этого явления:
- молибден значительно увеличивает эффективность антиоксидантов, в том числе витамина С;
- он является важным компонентом системы тканевого дыхания;
- молибден усиливает синтез аминокислот, улучшает накопление азота;
- молибден входит в состав ряда ферментов (альдегидоксидаза, сульфитоксидаза, ксантиноксидаза и др.), которые выполняют важные физиологические функции, в частности, регуляцию метаболизма мочевой кислоты.
Кроме того, молибден и его химические соединения играют важную роль в определенных биохимических процессах (включая эффективное биохимическое замещение). В частности, при росте микрокультур Saccharomyces cerevisiae, Desulfovibrio desulfuricans и E coli в питательной среде в отсутствии соединений SO4 и NO3 они очень эффективно замещаются альтернативным комплексом MoO4.
Перечисленные факторы обосновывают биологическую целесообразность синтеза молибдена.
Есть, как минимум, два важных фактора, влияющих на возможное влияние этой ядерной реакции на состояние зубов и импланта:
- нарушение монолитной структуры зуба из-за локального замещения кальция молибденом;
- возможное влияние выделяющейся положительной энергии реакции Q > 0 на структуру костной ткани зуба.
Если принять, что эта энергия выделяется в виде очень интенсивных фононных (упругих) колебаний очень высокой частоты, то в этом случае вокруг каждого ядра синтезированного молибдена будет небольшая зона, внутри которой каждый атом получает энергию порядка 10−20 эВ, что на много порядков превышает типичную энергию связи этого атома (не более 0,1 эВ) в составе материала зуба и приводит к разрушению кристаллической структуры зуба.
На основании этих (ещё не завершенных) исследований можно дать несколько полезных рекомендаций. Одна из основных — использование в качестве основы для импланта модифицированного титана, из которого необходимо предварительно удалить «ключевой» и наиболее опасный изотоп Ti46 (8,4%). В этом случае мы можем полностью исключить ядерную реакцию между титаном и кальцием и предотвратить возможное катастрофическое разрушение зубов после имплантации!
Мы продолжаем эти исследования и надеемся на новые результаты.
2. Особенности и перспективы реализации ядерного синтеза в природных кристаллах гидроборатов
Поиск оптимальных систем для эффективной реализации низкоэнергетического ядерного синтеза на основе недорогих и широко распространенных природных материалов является одной из важных альтернатив предельно дорогостоящему и малоэффективному горячему ядерному синтезу. В разрабатываемых последние 60 лет системах горячего синтеза типа ТОКАМАК в качестве топлива используется дейтерий и тритий, причем само получение последнего изотопа (радиоактивного трития) представляет очень сложный и дорогостоящий процесс. Кроме того, итоговыми продуктами реакции ядерного синтеза с участием дейтерия и трития являются (с вероятностью 59%) быстрые нейтроны, воздействие которых на окружающую реактор среду приводит к ее разрушению и к формирования большого числа разнообразных долгоживущих радиоактивных изотопов, что представляет большую опасность как для персонала, так и для всей экологии среды.
В противовес этому можно указать на некоторые природные минералы, которые содержат в готовом виде все необходимые компоненты для эффективного ядерного синтеза и при использовании которых нейтроны не генерируются.
Простой анализ показывает, что одним из наиболее перспективных объектов для такой реализации являются кристаллы природных гидроборатов.
Интерес к гидроборатам связан с рядом очень существенных обстоятельств.
Прежде всего любые материалы, содержащие бор и водород, являются потенциальными средами для реализации одной из самых перспективных реакций ядерного синтеза
B11 + p = He4 + ΔE, ΔE = 8,7 МэВ (4)
Очень большое преимущество этой реакции состоит в сочетании сравнительно невысокого кулоновского потенциального барьера с одновременным отсутствием нейтронов среди продуктов реакции, а также с тем обстоятельством, что и бор и водород уже входят в состав этих минералов в нужной пропорции и находятся на близком расстоянии.
С другой стороны, возникает естественный вопрос — как реализовать ядерный синтез на основе этой реакции без использования очень высокой температуры?
Этот вопрос становится ещё более актуальным, если учесть, что из-за того, что заряд ядер бора в три раза больше заряда ядер дейтерия и трития, то и необходимая температура должна быть существенно выше, чем у систем типа ТОКАМАК, где она достигает 10 млн градусов. Можно отметить, что именно из-за этого обстоятельства эта реакция, несмотря на её очевидны достоинства, практически не рассматривается в качестве основы для реальных источников энергии при анализе перспективных систем горячего термояда.
О попытках освоения реакции «Бор-11 + протон» (HB11) в рамках традиционных подходов лазерного и высокотемпературного ядерного синтеза читайте перевод цикла статей Джонатана Теннебаума:
Ответ, как это часто бывает, содержится в особенностях структуры и динамических характеристиках этих минералов, а также в более внимательном анализе процессов ядерного синтеза при низкой энергии.
В этих минералах имеется большое количество водородных связей и молекул связанной воды. В процессе нагрева кристаллов гидроборатов разрываются водородные связи, что приводит и выделению молекул воды, а также, в процессе дальнейшего разложения, ведет к выделению необходимых для синтеза протонов. Такие процессы наблюдались в природных боратах в широком интервале температур — от комнатной температуры до температуры полного разрушения кристалла.
Если исходить из перспектив, то гидробораты могут быть такими же донорами свободного водорода, как металл — донорами свободных электронов. Типичная концентрация протонов в гидроборатах составляет около np~ 1022 см-3. Еще одно несомненное преимущество гидроборатов заключается в том, что они являются стабильным природным материалом и в гигантском количестве содержатся в земной коре.
Практически всем типам природных гидроборатов присущи такие уникальные свойства, как естественный фазовый переход с существенным и очень быстрым изменением структуры этих минералов. Эти процессы сопровождаются, в частности, скачкообразным изменением электрической проводимости, что связано с переформированием структуры кристаллов. Температура этих фазовых переходов достаточно низкая.
Например, в колеманите фазовый переход соответствует температуре около 0 °C. В интерборате существует два таких перехода при температурах 40 °C и 100 °C, в улексите такой переход имеет место при 40 °C и 80 °C. Интересно отметить, что из-за наличия только протонной проводимости эти аномалии наблюдаются только на очень низких частотах.
Рассмотренные выше особенности, определяющие свойства гидроборатов во всем исследуемом интервале температур и частот, позволяют поставить вопрос о возможности реализации ядерного синтеза в таких кристаллах [17].
Предпосылки к такой постановке эксперимента заключались в следующем.
В обычных условиях парного столкновения свободных ядер бора и водорода эта реакция имеет максимальное сечение при относительной энергии сталкивающихся частиц, равной ТpB11 = 675 кэВ. Это очень большая энергия и для её получения стандартными методами необходимы высоковольтные ионные вакуумные ускорители. Другим вариантом является нагрев этих компонент (бора и водорода) до очень высокой температуры, достигающей миллиарда градусов.
Однако в том случае, когда взаимодействующие частицы находятся в нестационарных микрополостях и в объеме нестандартных кристаллов (кристаллов, находящихся в стадии переходных процессов, таких как фазовый переход), то процесс синтеза может происходить даже при малой энергии относительного движения. Такие процессы наблюдались, например, в дейтериксированных кристаллах, подобных кристаллу KDP, при фазовом переходе, когда локальная деформация кристаллической решетки приводила к стабильной и периодической генерации небольшого числа нейтронов, генерируемых в реакции синтеза
d+ d = He3 + n(5)
В рассматриваемых кристаллах гидроборатов есть все предпосылки (квазисвободный водород в состоянии с большой подвижностью; ионы бора, представляющие локальные мишени и переменные локальные условия — наличие фазы трансферы и местное повышенное давление) для реализации реакции синтеза (4).
Очень важное значение самого фактора реализации таких фазовых переходов связано с тем, что именно наличие быстрых изменений потенциальных ям наноразмера является предпосылкой формирования когерентных коррелированных состояний протонов, которые находятся в этих наноямах, что ведет к генерации тех же очень больших флуктуаций импульса и энергии этих протонов, как и в рассмотренном выше случае.
Для проверки этих теоретических результатов мы провели экспериментальное исследование процесса ядерного синтеза в гидроборатах при выполнении условий фазового перехода. Для удобства анализа исследование влияния фазового перехода на ядерный синтез проводилось в окрестности более высокой температуры фазового перехода (соответственно 80 °C и 100 °C.)
В начале этого цикла измерений производилась калибровка измерительного тракта.
На Рис. 2 представлен калибровочный спектр пробного лабораторного источника альфа-частиц с
использованием изотопа Pu239 с максимальной энергией около 5,2 МэВ. Единица деления шкалы рассчитывалась по формуле 5,2 МэВ/Nmax, где Nmax — максимальное число каналов альфа-спектрометра. На этом и последующем рисунках верхний спектр является увеличенным фрагментом выделенного нижнего спектра.
Поскольку в этом измерении проводился анализ альфа-излучения всех ядер образца, в том числе расположенных на поверхности и в глубине образца, то регистрируются альфа-частицы с разными энергиями.
Дальше было проведено несколько серий экспериментов с разными образцами гидробората.
Свежий монокристалл гидробората помещался непосредственно на датчик альфа-частиц, а затем для локального повышения температуры до точки фазового перехода к нему прикасались нагретым жалом паяльника. Для устранения помех паяльник предварительно прогревался, а затем отключался от сети. При нагревании образцов слышны были слышны легкие потрескивания, соответствующие изменению структуры. Образцы в месте контакта с нагревателем становились непрозрачными и имели молочно-белый цвет.
Для каждого образца было проведено несколько испытаний. При этом для устранения эффектов необратимой «памяти» для каждого отдельного измерения брали новую копию того же кристалла.
На Рис. 3 представлен результаты измерения спектра генерируемых альфа-частиц из различных кристаллов гидроборатов, получаемые в процессе экспериментов.
Для кристалла улексита (Рис. 3 (верх)) в течение 10 секунд наблюдался сигнал в областях 60-го и 200−210 каналов на нижней шкале. Расчет по приведенной выше формуле дает для каналов 200−210 значение энергии альфа-частиц около 60,6 кэВ. То, что эмиссия частиц наблюдалась в ходе начальной фазы нагрева, свидетельствует о том, как происходит ядерное превращение при фазовом переходе, вызванном нагревом.
На этом же Рис. 3 приведены экспериментальные результаты для кристалла интербората. Наряду с сигналом паразитного шума ниже 50-го канала присутствуют и отдельные импульсы в области каналов 100−130. Можно отметить, что эти сигналы регистрировались в первые десять секунд от начала нагрева. Расчетное значение энергии оказывается 29,5 кэВ в районе 125-го канала.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что в кристаллах гидроборатов могут протекать ядерные реакции синтеза при условии осуществления фазового перехода. Эти данные также позволяют косвенно определить место реализации реакции синтеза в глубине кристалла.
Небольшая энергия регистрируемых альфа-частиц связана с тем, что реакции синтеза проходили в глубина кристалла и имело место сильное торможение этих частиц до их выхода на поверхность кристаллов.
Эти процессы могут приобрести квазистационарный характер при условии реализации многократного изменения температуры (прохождения через точку фазового перехода).
На основе этих предварительных результатов нельзя сделать вывод об эффективности этой реакции. Также неизвестно точное пространственное положение в глубине кристалла, где выполняются условия термоядерного синтеза. Очевидно, что эти реакции происходили на относительно большой глубине, что привело к низкой энергии альфа-частиц, регистрируемых около поверхности конкретных кристаллов. Предполагается, что эти исследования будут проводиться в условиях контролируемого бесконтактного нагрева образца с пошаговым исследованием во всем температурном интервале.
В то же время очевидно, что эти кристаллы могут играть очень важную роль как в геологических процесса, так и в решении известной парадоксальной проблемы об источниках аномального тепловыделения в центральной части Земли.
3. Механизм и эффективность природного ядерного синтеза железа в геологических корках и конкрециях в морях и океанах
Еще одно подтверждение возможности реализации естественных ядерных реакций связано с анализом изотопных аномалий железа в геологических Fe-Mn корках и конкрециях, которые присутствуют в очень большом количестве в прибрежных территориях на дне всех морей и океанов. Концентрация железа в них равна 15−20%, а суммарная масса этих объектов составляет (по разным данным) от 300 до 1650 миллиардов тонн). Кроме железа, в их состав входят другие ценные металлы и элементы — в частности, Mg, Al, Р, Ti, V, Cr, Mn, Ni, Co, Cu, Zn, Sr, Mo, Pb, Ag, Ir, В, Cd, Yb, W, Bi, Y, Hg. Очевидно, что эти геологические образования являются очень перспективными объектами для экологически чистого и недорого метода получения железа и других элементов.
Детальные исследования образцов, полученных в разных местах Мирового океана, показывают, что во всех без исключения образца наблюдается очень существенное нарушение стандартного изотопного состава железа — в них относительная концентрация основных изотопов железа Fe54 и Fe56 всегда и во всех без исключения случаях существенно возрастает по отношению к стандартным значениям
η(Fe54)refer = 5,845%, η(Fe56)refer = 91,754% и η(Fe56)refer = 2,119% (5)
а изотопа Fe57, соответственно, во всех образцах уменьшается по отношению к «стандартному» значению (5), которые с очень высокой точностью совпадает как в геологических образцах, полученных на всех материках Земли (на поверхности, в горах и в ископаемых структурах), так и в космосе (при анализе состава метеоритов и лунных образцов).
Данные о локализации проб железомарганцевых корок и изменении (уменьшении) отношения концентраций изотопов Fe57 / Fe54
и аналогичного изменении (уменьшении) отношения концентраций изотопов Fe57/ Fe56
представлены на Рис. 4 и в Таблице 1 [18−20].
В работах [19,20] было показано, что причина этих изотопных аномалий связана с реакциями ядерного синтеза изотопов
Na23 + P31 = Fe54, Mn55 + p = Fe56 (8)
протекающих с участием растворенных (или осажденных) в воде изотопов Mn55, Na23 и P31, а также протонов воды.
Вероятность таких реакций при температуре воды в океанах ничтожно мала, если рассматривать их на основе теории горячего ядерного синтеза. Вероятность туннельного эффекта, необходимого для горячего синтеза, при типичной температуре океана не превышает 10-300…10-1000. При таких параметрах за время существования Земли не должно наблюдаться ни одной реакции во всех океанах!
Ситуация кардинально меняется, если учесть влияние на такие процессы микробиологических культур, которые успешно растут на дне морей и океанов. Этот путь синтеза хорошо согласуется с результатами экспериментов [1−4] по эффективному ядерному синтезу тех же изотопов железа в присутствии растущих микробиологических культур и химических элементов, которые необходимы для роста микробов и соответствующей трансмутации изотопов.
Следует также отметить, что происхождение марганца, необходимого для реализации реакции синтеза изотопа Fe56, также связано с ролью некоторых микроорганизмов [19, 20].
Хорошо известно, что различные типы микроорганизмов (например, Oscillatoria terebriformis) играют важную роль в естественной самоконцентрации (биологической экстракции) некоторых металлов (в основном марганца) из морской воды. Дополнительный способ увеличения концентрации марганца в области образования корок может быть связан с известным эффектом биологического извлечения марганца из морской воды с помощью фораминифер — одноклеточных раковинных организмов. После естественной гибели этих микроорганизмов они растворяются в толще воды, не достигая дна. В настоящее время эти илы покрывают не менее четверти дна океанов и состоят в основном из раковин фораминифер рода Globigerina. В этом случае происходит естественное эффективное накопление марганца в слое этого ила.
Таблица 1. Типичные изотопные композиции корок в разных местах мирового океана [18].
Место расположения
Широта (градусов, минут)
Долгота (градусов, минут)
Глубина, м
δFe57
(0/00)
δFe57* (0/00)
31° 38 N
78° 40 W
512
-0.85
-0.34
16° 55 N
61° 10 W
2000
-0.27
-0.10
32° 36 N
24° 25 W
5347
-0.42
-0.15
16° 9 S
8° 21 W
1990
-0.27
-0.18
32° 11,55 S
32° 43 W
3210
-0.95
-0.39
26° 03 S
5° 42 E
1800
-0.90
-0.26
70° 20 S
57° 36 E
2421
-0.90
-0.34
80° 37 N
36° 15 E
449
-1.08
-0.34
32° 15 N
121° 16 W
2267
-1.06
-0.29
17° 09 S
75° 15 W
4218
-0.82
-0.28
Из приведенного выше анализа также очевидно, что альтернативная реакция синтеза еще одного изотопа
Mn55 + d = Fe57 (9)
в природных условиях дна морей и океанов очень маловероятна из-за очень малого количества дейтерия в составе морской воды. Это является естественной причиной существенного снижение относительной концентрации изотопа Fe57 в составе образуемых железомарганцевых структур по отношению к двум другим изотопам Fe54 и Fe56, для которых имеется достаточно количество исходных изотопов, необходимых для реализации реакций (8).
Эффективность такого метода ядерных преобразований обусловлена, как и в рассмотренных выше задачах, автомодельными процессами формирования когерентных коррелированных состояний, реализуемых в процессе роста микробиологических культур и ассоциаций [6−16].
Этот же процесс ядерной трансмутации, стимулированной процессом роста микробиологических объектов, хорошо объясняет периодическую структуру железомарганцевых корок и конкреций. Это связано с тем, что после каждой фазы активного синтеза на основе реакций (8) процесс замедляется как из-за истощения ближнего окружения необходимыми микро и макроэлементами, так и из-за самоотравления этих же микроорганизмов отходами естественного метаболизма. После естественного восстановления необходимого состава микро‑ и макроэлементов в прилегающей водной среде начинается новый цикл процесса трансмутации изотопов. Такой автомодельный процесс определяет периодичность синтеза железа в объеме корки и образование тонких слоев Fe и Mn.
Рассмотренный сценарий обосновывает все количественные и качественные особенности образования Fe-Mn корок и конкреций.
Если использовать «стандартную» оценку общей массы Fe-Mn корок и конкреций на дне морей и океанов (Mtotal≈ 300…1450 млрд тонн) и принять во внимание средние экспериментальные значения нормированных изотопных отношений железа и относительную полную концентрацию Fe (≈ 15%) в этих структурах, то массы образовавшихся изотопов, связанных с такой трансмутацией, очень велики и равны 4,106…2,107 тонн изотопа Fe54 и 2,107…108 тонн изотопа Fe56.
Если принять, что скорость синтеза изотопа Fe56 в естественных условиях близка к значению
λ=106 синтезируемых ядер изотопа железа в расчете на 1 ядро марганца и на 1 сек,
соответствующему синтезу в лаборатории [1−4], то максимальная скорость глобального синтеза на дне океанов составляет фантастические величины:
600…3000 тонн синтезируемого изотопа Fe56 за сек для чистой микрокультуры
и
60 000…300 000 тонн синтезируемого изотопа Fe56 за сек для микробиологической ассоциации.
Если учесть, что лабораторные условия, как правило, лучше естественных, а микроорганизмы на дне океанов соответствуют микробиологическим ассоциациям, то разумная оценка максимальной скорости синтеза равна величине
Λ ≈ 6000…30 000 тонн синтезируемого изотопа Fe56 за сек. (11)
Эта максимальная скорость синтеза железа в 100…500 раз превышает средний темп суммарной выплавки стали в мире, который составляет 60 тонн в секунду или около 1,8 млрд тонн в год!
Конечно, средняя скорость синтеза с учетом разных стадий процесса трансмутации в разных местах и в разное время будет на несколько порядков меньше этой величины, но все равно эти цифры очень впечатляют. Более детальный анализ этих процессов сделан в работах [19, 20].
Из этих результатов следует, что процесс LENR, основанный на трансмутации изотопов в растущих биологических системах, не ограничивается рамками прецизионного лабораторного эксперимента, а является важным фактором геологической и биологической эволюции Земли.
Заключение
Представленные результаты показывают, что ядерные реакции, протекающие при низкой энергии, играют очень существенную роль как в геологических процессах, так и в жизни человека. Эти реакции, в противовес горячему ядерному синтезу, не требуют для своего осуществления очень высокой температуры или частиц высоко энергии, но могут реализоваться только в специфических нестационарных системах. Основной механизм реализации таких реакций связан, согласно нашим предварительным теоретическим оценкам и расчетам, а также проведенным нами контрольным экспериментам, с особенностями формирования квантовых когерентных коррелированных состояний взаимодействующих частиц в нестационарных потенциальных ямах наноразмера, которые могут создаваться как в растущих микробиологических культурах, так и в оптимальных кристаллических структурах во время фазовых переходов. При формировании таких состояний происходит кратковременная генерация очень больших флуктуаций кинетической энергии частиц, которая может достигать (и превышать) 10,50 кэВ, что обеспечивает большую прозрачность кулоновского ядерного потенциального барьера и, соответственно, аномально большую вероятность ядерных реакций.
Очень важным является то обстоятельство, что такие большие флуктуации энергии, которые эквивалентны температуре ≈ 100…500 млн градусов, могут генерироваться в среде, температура которой не превышает, например, комнатной температуры или температуры человеческого тела.
Еще одним очень важным фактом, характеризующим такие низкоэнергетичные ядерные реакции, является то, что в них принципиально не могут образовываться дочерние радиоактивные изотопы [16], наличие и невозможность быстрой утилизации которых является в настоящее время одной из главных и нерешенных проблем традиционной ядерной энергетики на основе реакций деления тяжелых изотопов.
Такие процессы позволяют рассматривать альтернативные механизмы ядерный превращений и методы производства энергии за счет таких ядерных реакций и таких материальных сред, которые не могут быть использованы в предельно дорогостоящей и труднореализуемой технологии горячего термоядерного синтеза, которая развивается более 60 лет и по прежнему далека от практической реализации.
Списоклитературы
1. Vysotskii V.I., Kornilova A.A. Nuclear fusion and transmutation of isotopes in biological systems. Moscow: Publishing House «Mir», 2003. 302 p.
2. Vysotskii V.I., Kornilova A.A. Nuclear transmutation of stable and radioactive isotopes in biological systems. Book, Pentagon Press, India, 2010. 187 p.
3. Vysotskii V.I., Kornilova A.A. Annals of Nuclear Energy, v. 62, (2013), 626−633.
4. Vysotskii V.I., Kornilova A.A. Current Science, v.108, (2015), 636−640.
5. Kornilova A.A., Vysotskii V.I., Gaydamaka S.N., Panchishin A.I., Vysotskyy M.V., Bolotokov A.A. Journal Condensed Matter Nucl. Scienœ, v.33 (2020), 333−339.
6. Vysotskii V.I., Adamenko S.V. Journal Technical Physics, v. 55 (5), (2010), 613−621.
7. Vysotskii V.I., Vysotskyy M.V., Adamenko S.V. Jour. Experimental and Theoretical Physics (JETP), v. 114 (2), (2012), 243−352.
8. Vysotskii V.I., Vysotskyy M.V. European Phys. Jour. A, v. 49 issue 8:99 (2013) 1−13.
9. Vysotskii V.I., Adamenko S.V., Vysotskyy M.V. Annals of Nuclear energy, v. 62, (2013), 618−625.
10. Vysotskii V.I., Vysotskyy M.V. JETP, v. 120(2), (2015), 246−256.
11. Vysotskii V.I., Vysotskyy M.V. JETP, v. 121(4), (2015), 559−571.
12. Vysotskii V.I., Vysotskyy M.V. Current Science, v.108(4), (2015), 524−530.
13. Vysotskii V.I., Vysotskyy M.V. JETP, v. 125 (2), (2017), 195−209.
14. Vysotskii V.I., Vysotskyy M.V., S. Bartalucci. JETP, v. 127(3), (2018), 479−490.
15. Bartalucci S., Vysotskii V.I., Vysotskyy M.V. Phys. Rev. AB, 22(5), (2019), 054503.
16. Vysotskii V.I., Vysotskyy M.V. JETP, v. 128 (6), (2019), 856−864.
17. Vysotskii V.I., Kornilova A.A., Chernysh V.S., Gavrilova N.D., Lotonov A.M. Journal Condensed Matter Nucl. Sci. v. 13 (2014), 608−614.
18. Levasseura S., Franka M., Heinb J.R., Halliday A.N. Earth and Planetary Science Letters, v. 224 (2004) 91−105.
19. Vysotskii V.I., Kornilova A.A., Gaydamaka S.N., Novakova A.A., Novikov D.S., Vysotskyy M.V., Avdonin V.V. Journal Condensed Matter Nucl. Science, v.33 (2020), 323−332.
20. Высоцкий В.И., Высоцкий М.В., Корнилова А.А., Гайдамака С.Е., Новакова А.А., Новиков Д., Авдонин В. Изобретатель и рационализатор. №4 (133), (2020), С. 21−26. [Vysotskiy V.I., Vysotskiy M.V., Kornilova A.A., Gaydamaka S.Ye., Novakova A.A., Novikov D., Avdonin V. Izobretatel i ratsionalizator [Inventor and innovator]. №4 (133), (2020), Pp. 21−26].
* * *
Оригинал: В. И. Высоцкий, А. А. Корнилова, С. Н. Гайдамака, М. В. Высоцкий, А. И. Панчишин «Природные реакции ядерного синтеза при низкой энергии на основе нерадиоактивных элементов и изотопов на Земле (возможные механизмы, методы оптимизации и последствия)» // Прикладная физика и математика, №3, 2021, С. 20−61.