Акад. Евгений Александров

Предуведомление редактора

• Речь пойдет о возможности холодной термоядерной реакции. Как правило, все эти попытки не более чем шарлатанство (как это происходит у Росси). Однако несколько лет назад японский физик Арата вроде бы предложил некую установку для ее проведения.

По поводу Араты. Он 1924 года рождения, то есть ему 86 лет, свои опыты начал в 1989 году. Его эксперимент от мая 2008 г. был последним в серии. Странным образом, этот как бы сенсационный результат нигде в серьезных специализированных физических источниках за 4 истекших года не был опубликован. Равно как в таких общенаучных, как Science,Nature, Scientific American и даже в газете NYT, хотя, казалось бы, тут была сенсация. Об этом опыте есть пока только в двух итальянских журналах с каким-то самурайским уклоном. Сам Арата японский националист, демонстративно говорит только на японском и принципиально не хочет публиковаться на английском. Получил за это какую-то медаль от микадо.
У меня сложилось впечатление, что он после своего увлечения холодным синтезом сильно потерял репутацию и, как мне кажется, давно не профессор ун-та в Осаке.Хотя в свое время одна аудитория там носила его имя.

Это если можно так сказать, социологические доказательства.

• Физическая сторона дела специалистам известна в тысячу раз лучше, чем мне. Но интуитивно мне кажется, что в экспериментах Араты есть некие артефакты. Как, скажем, блики от линзы, которые ложно можно принять за летающие тарелки.

  Припоминаю, что в экспериментах Понса-Флейшмана регистрировался поток нейтронов, который как бы свидетельствовал о реакции синтеза. Потом выяснилось, что чисто случайно в соседней лаборатории проводили опыты с ураном, оттуда нейтроны и шли.

  Мне кажется, что понятие катализа все же из химии и к ядерным реакциям если и применимо, то условно. Во всяком случае, у Араты нет механизма (или я его не понимаю), как же палладий и оксид циркония содействуют преодолению кулоновского барьера.

• Проверка экспериментов Араты в случае не подтверждения поставит на лишних расходах и на толпе мошенников крест. А в подтверждение я, конечно, не верю. Прошло 4 года – и где другие опыты Араты, где повторение в других лабораториях?

  Я нашел кое-какие цифры. Повторить установку будет недорого.

  Палладий с цирконием по 500 дол,(ну, так было в 2008 г.), дейтерий – 400, столько же, сама установка – 1000, в общем примерно 3000. Плюс заработная плата и пр. накладные расходы, наверное всего где-то 10 тыс.

  А эффект от experementum crusis будет большой.

• Представленная статья – прекрасный образец точного физического мышления. Смысл ясен и без некоторых формул и графиков.

  С почтением – Валерий Лебедев

1. Введение

• Выделение энергии при слиянии лёгких ядер составляет содержание одной из двух ветвей ядерной энергетики, которая до сих пор реализована только в оружейном направлении в виде водородной бомбы – в отличие от второго направления, связанного с цепной реакцией деления тяжёлых ядер, которое используется как в оружейном воплощении, так и в качестве широко развитого промышленного источника тепловой энергии. Вместе с тем с процессом слияния лёгких ядер связаны оптимистические надежды создания мирной ядерной энергетики с неограниченной сырьевой базой. Однако проект управляемого термоядерного реактора, выдвинутый Курчатовым 60 лет назад, сегодня представляется, пожалуй, ещё более отдалённой перспективой, чем это виделось в начале этих исследований. В термоядерном реакторе планируется осуществить синтез ядер дейтерия и трития в процессе столкновения ядер в плазме, разогретой до многих десятков миллионов градусов. Высокая кинетическая энергия сталкивающихся ядер должна обеспечить преодоление кулоновского барьера. Однако, в принципе, потенциальный барьер, препятствующий протеканию экзотермической реакции, может быть преодолён без использования высоких температур и/или высоких давлений, используя каталитические подходы, как это хорошо известно в химии и, тем более, в биохимии. Такой подход к осуществлению реакции синтеза ядер дейтерия был реализован в серии работ по так называемому «мюонному катализу», обзору которых посвящена обстоятельная работа [1]. В основе процесса лежит образование молекулярного иона, состоящего из двух дейтронов, связанных вместо электрона мюоном – нестабильной частицей с зарядом электрона и с массой ~200 электронных масс. Мюон стягивает ядра дейтронов, сближая их на расстояние порядка 10–12 м., что делает высоко вероятным (порядка 108 с-1) туннельное преодоление кулоновского барьера и слияние ядер. Несмотря на большие успехи этого направления, оно оказалось тупиковым в отношении перспектив извлечения ядерной энергии ввиду нерентабельности процесса: получаемая на этих путях энергия не окупает затрат на производство мюонов.

Помимо вполне реального механизма мюонного катализа за последние три десятилетия неоднократно появлялись сообщения о якобы успешной демонстрации холодного синтеза в условиях взаимодействия ядер изотопов водорода внутри металлической матрицы или на поверхности твёрдого тела. Первые сообщения такого рода были связаны с именами Флейшмана, Понса и Хокинса [2–4], которые изучали особенности электролиза тяжёлой воды в установке с палладиевым катодом, продолжая электрохимические исследования с изотопами водорода, предпринятые в начале 80-х годов [5]. Флейшман и Понс обнаружили избыточное выделение тепла при электролизе тяжёлой воды и задались вопросом, не является ли это следствием реакций ядерного синтеза по двум возможным схемам:

2D + 2D → 3T(1.01 MeV) + 1H(3.02 MeV)

Или (1)

2D + 2D → 3He(0.82 MeV) + n(2.45 MeV)

Эти работы породили большой энтузиазм и серию проверочных работ с переменными и неустойчивыми результатами. (В одной из недавних работ этого рода ([6]) сообщалось, например, о взрыве установки, предположительно, ядерного характера!) Однако со временем в научном сообществе сложилось впечатление о сомнительном характере выводов о наблюдении «холодного синтеза», главным образом, ввиду отсутствия выхода нейтронов или их слишком малого превышения над уровнем фона. Это не остановило сторонников поисков «каталитических» подходов к «холодному синтезу». Испытывая большие трудности в публикации результатов своих исследований в респектабельных журналах, они стали собираться на регулярные конференции с автономным изданием материалов. В 2003 году состоялась уже десятая международная конференция по «холодному синтезу», после чего эти собрания меняли названия. В 2002 г. под эгидой Space and Naval Warfare Systems Command (SPAWAR) в США был издан двухтомный сборник статей. В 2012 году был переиздан обновлённый обзор Эдмунда Шторма «A Student’s Guide to Cold Fusion», содержащий 338 ссылок – доступен в Интернете [7]. Сегодня это направление работ чаще всего обозначают аббревиатурой LENR – Low Energy Nuclear Reactions.

Заметим, что общественное доверие к результатам этих исследований дополнительно подрывается отдельными пропагандистскими выбросами в СМИ сообщений о более чем сомнительных сенсациях на этом фронте. В России и сейчас существует массовое производство так называемых «вихревых генераторов» тепла (электро-механических нагревателей воды) с оборотом порядка миллиардов рублей в год [8]. Изготовители этих агрегатов уверяют потребителей, что эти устройства производят тепла в среднем в полтора раза больше, чем потребляют электроэнергии. Для объяснения избытка энергии они прибегают, в том числе, к разговорам о холодном синтезе, якобы протекающем в кавитационных пузырьках, возникающих в водяных мельницах. В СМИ в настоящее время очень популярны сообщения об итальянском изобретателе Андреа Росси [9] («со сложной биографией», как некогда сказал С.П.Капица о В.И.Петрике), который демонстрирует телевизионщикам установку, производящую каталитическое превращение (трансмутацию) никеля в медь за счёт, якобы, слияния ядер меди с протонами водорода с выделением энергии на киловаттном уровне [1] . Детали устройства держатся в секрете, но сообщается, что основу реактора составляет керамическая трубка, заполненная порошком никеля с секретными добавками, которая разогревается током в условиях охлаждения протекающей водой. В трубку подаётся газообразный водород. При этом обнаруживается избыточное выделение тепла с мощностью на уровне единиц киловатт. Росси обещает в ближайшее время (в 2012 г.!) показать генератор с мощностью ~ 1 МВт. Некоторую респектабельность этой затее (с отчётливым привкусом аферы) придаёт Болонский университет, на территории которого всё это разворачивается.

2. Новые эксперименты по «метало-кристаллическому катализу»

• На протяжении последних десятка лет поиски условий протекания «холодного синтеза» сдвинулись от электрохимических опытов и электрического разогрева образцов к «сухим» экспериментам, в которых осуществляется проникновение ядер дейтерия в кристаллическую структуру металлов переходных элементов – палладия, никеля, платины. Эти опыты относительно просты и представляются более воспроизводимыми, чем ранее упомянутые. Интерес к этим работам привлечён недавней публикацией [10], в которой делается попытка теоретического объяснения холодным ядерным синтезом феномена избыточного образования тепла при дейтерировании металлов в условии отсутствия, казалось бы, необходимого при таком синтезе испускания нейтронов и гамма -квантов.

В отличие от столкновения «голых» ядер в горячей плазме, где энергия столкновения должна преодолеть кулоновский барьер, препятствующий слиянию ядер, при проникновении ядра дейтерия в кристаллическую решётку металла кулоновский барьер между ядрами модифицируется экранирующим действием электронов атомных оболочек и электронами проводимости.

• А.Н.Егоров [11] обращает внимание на специфическую «рыхлость» ядра дейтрона, объём которого в 125 раз превышает объём протона. Электрон атома в S-состоянии имеет максимальную вероятность оказаться внутри ядра, что приводит к эффективному исчезновению заряда ядра, которое в этом случае иногда называют «динейтроном». Можно говорить о том, что атом дейтерия часть времени находится в таком «свёрнутом» компактном состоянии, в котором он способен проникать в другие ядра – в том числе в ядро другого дейтрона. Дополнительным фактором, влияющим на вероятность сближения ядер в кристаллической решетке, служат колебания.

Не воспроизводя соображений, высказанных в [10], рассмотрим некоторые имеющиеся экспериментальные обоснования гипотезы о протекании холодного ядерного синтеза при дейтерировании переходных металлов. Имеется довольно подробное описание техники экспериментов японской группы под руководством профессора Yoshiaki Arata (Osaka University)[12].

Схема установки Араты представлена на рис.1:

(Дапее см. здесь:

.......................

http://www.lebed.com/…/art6026.htm