Теория Видом-Ларсена и ультрахолодные нейтроны
Дата: 18/04/2013
Тема: Атомная наука


Александр Просвирнов

Одной из теоретических гипотез, объясняющих процессы в реакторе А. Росси-Фокарди [1],[2], является теория Видом-Ларсена (Widom-Larsem theory) [3],[4]. Вкратце суть ее сводится к 4 шагам (см. рис. 1). На первом шаге в электромагнитном поле высокой интенсивности или за счет радиационного излучения получают так называемые тяжелые SPP -электроны (SPP= surface plasmon polariton). И здесь не последнюю роль играет нанопорошок, например, никеля или палладия, позволяющий максимизировать площадь активной поверхности.


Примечательно, что когда Арату спросили, почему у других не получается повторить его опыт, он ответил, что вы не умеете готовить порошок. За кадром остается, что имел в виду Арата, размер зерен или дополнительную активацию поверхности зерен нанопорошка каким-то катализатором. А. Росси утверждает, что он использует секретный катализатор для инициирования реакции в своем аппарате. В исследовании плазмонных технологий в последнее время достигнуты колоссальные успехи. Например, «в 2009 году группе американских физиков, в которую входят несколько выходцев из бывшего СССР, удалось впервые продемонстрировать работающий спазер - наноустройство, которое может использоваться, например, как сверхминиатюрный лазер» (http://lenta.ru/news/2009/08/17/nano). 

На втором шаге происходит захват «тяжелого» SPP-электрона протоном с образованием ультрахолодного  или ультрамедленного нейтрона и электронного нейтрино.

На третьем шаге происходит  захват ультрамедленного нейтрона ядром атома металла в кристаллической решетке с образованием стабильного или нестабильного изотопа. Ультрахолодный нейтрон захватывается ближайшим ядром, инициируя цепочку ядерных превращений, начиная с образования нестабильного изотопа. Незахваченные свободные нейтроны распадаются с периодом полураспада около 613,9 секунд на протон, электрон и антинейтрино с выделением 0. 784 Мэв энергии.

На четвертом шаге нестабильное ядро распадается с выделением электрона, антинейтрино и энергии. 



Рис. 1. Четыре шага в теории Видом-Ларсена (из [3])

В Ni-H процессе никель превращается в основном в медь. Аппарат А. Росси E-CAT построен на Ni-H процессе, в котором Андреа Росси за счет секретного  катализатора или других ухищрений достиг скорости реакции, позволяющей получить несколько кВт/кг. Один из этих процессов, по модели Видома-Ларсена выглядит следующим образом:

Н----> р+ + е-  ----> nulme
Ni62 + nulm ----> Ni63---->Cu63 + е- + ~νe + 6,12 МэВ.

На рис. 2 [6] представлено сравнение скоростей реакции в зависимости от атомного веса элемента, полученных в эксперименте и  расчетом по модели Видом-Ларсена. Как видно из графика, для никеля имеется характерный резонансный пик скорости реакции.



Рис. 2 Сравнение экспериментальных данных по скорости реакции Ni-H LENR системы с расчетом по модели Видом -Ларсена [6]

Для того, чтобы в одном устройстве интегрировать все условия модели Видома-Ларсена необходимы специалисты как минимум двух направлений: специалистов в области плазмонов [7] (волн электронной плотности, которые возникают в твердых телах или вблизи их поверхности в результате коллективных колебаний электронов проводимости относительно ионов) и специалистов, исследующих поведение ультра холодных нейтронов.
Почему не фиксируются нейтронные потоки при LENR реакциях? По всей видимости, из-за их крайне низкой энергии нейтроны не успевают покинуть кристаллическую решетку или объем реактора и либо захватываются ядром металла решетки, либо распадаются, не успев покинуть решетку.

Сами по себе ультрахолодные нейтроны, участвующие в реакции Ni-H, представляют из себя очень занятные объекты. Первый эксперимент по выводу ультра холодных нейтронов из реактора был осуществлен в 1968 г. в ОИЯИ (Объединенный институт ядерных исследований, Дубна) Ф.Л.Шапиро с сотрудниками. Первоначально ставилась цель использовать ультра холодные нейтроны для поиска электрического дипольного момента нейтрона. [5] За рубежом ультра холодные нейтроны были выделены годом позже.

Как пишут авторы обзора [5], ультра холодные нейтроны обладают двумя качествами: представляют собой идеальный инструмент для исследования различных веществ, получше рентгеновских и гамма-лучей, и обладают «возможностью их транспортировки на большие расстояния по нейтроноводам. Это позволяет на одном холодном источнике использовать одновременно до нескольких десятков первоклассных нейтронных спектрометров. Так на реакторе Института Лауэ-Ланжевена на одном холодном источнике имеется два нейтроноводных зала и около сорока одновременно работающих приборов.» [5]

Вот цитата из работы [5] с описанием замечательных свойств ультрахолодного нейтрона: «Как элементарная частица, имеющая определенную массу, нейтрон обладает одновременно и волновыми свойствами, т.е. может дифрагировать на атомах, из которых состоит изучаемое вещество (аналогично дифракции света на оптических решетках). Если вы хотите увидеть объект, вы должны его осветить. Если вы хотите рассмотреть детали объекта, вы должны его осветить "светом" с длиной волны, равной или меньшей расстояния между интересующими вас деталями объекта. Для большинства твердых тел (или конденсированных сред) такие интересующие физиков детали (например, узлы кристаллической решетки) расположены на расстоянии нескольких ангстрем (10-8 см) друг от друга. Это означает, что для изучения структуры твердых тел нужен "свет" (излучение) с длиной волны порядка ангстрем. Такой "свет" существует. Это – рентгеновские и гамма-лучи, а также пучки элементарных частиц, например, нейтронов. Соответствие между энергией нейтрона E (E=mv2/2) и его дебройлевской длиной волны λ (λ=h/mv) показано на рисунке 3 (здесь m − масса, v − скорость нейтрона, h – постоянная Планка). Современные источники нейтронов — ядерные реакторы — дают тепловые нейтроны широкого диапазона энергий с максимумом в области 0,06 эВ. Соответствующая этой энергии дебройлевская длина волны нейтронов (~ 1Å) соизмерима с величиной межатомных расстояний в молекулах и кристаллах, на этом основан метод структурной нейтронографии.

Соизмеримость же энергии тепловых нейтронов с энергией тепловых колебаний атомов и молекулярных групп, а также магнитных возбуждений в кристаллах и жидкостях обеспечивает оптимальное использование неупругого рассеяния нейтронов для их изучения 3 методами нейтронной спектроскопии. Для исследования структур с размерами 10 Å (1 нанометр) и более необходимо дальнейшее понижение энергии (охлаждение) нейтронов. Структурная нейтронография − один из основных современных методов структурного анализа вещества (вместе с рентгеновским структурным анализом и электронографией). Геометрическая теория дифракции всех трех видов излучений – рентгеновских лучей, электронов, нейтронов – одинакова, но физическая природа взаимодействия их с веществом различна, что определяет специфику и области применения каждого из методов.»



Рис. 3. Соответствие между энергией нейтрона E (E=mv2/2) и его дебройлевской длиной волны λ (λ=h/mv) [5]

Особенностью анализа на ультрахолодных нейтронах является возможность исследовать структуру любых веществ вне зависимости от их атомного веса и плотности. Один только перечень областей использования ультрахолодных нейтронов может занять не одну страницу, желающие могут ознакомиться в работе [5].

При значительном понижении энергии нейтронов их дебройлевская длина волны начинает значительно превышать размеры атомов, становится сравнимой с размерами гигантских молекулярных образований и наноструктур, а следовательно, возникает возможность проводить структурные исследования сложнейших образований, начиная от биологических соединений до наночастиц. Ни один другой метод не позволяет определить водород в кристаллической решетке. По мнению авторов работы [5]: «Нейтронографическое же определение положения атомов водорода не сложнее, чем большинства других элементов». Для исследования процессов наводораживания решетки никеля и происходящих в них ядерных реакций преобразования никеля в медь наверно нельзя найти лучше метод, чем анализ ультрахолодными нейтронами.

Признанным лидером в нейтронном анализе в стране является Петербургский институт ядерной физики им. Б. П. Константинова (ПИЯФ), http://nrd.pnpi.spb.ru/. В 2004 г. на одном из лучших реакторов в Международном институте Лауэ-Ланжевена (ИЛЛ), (г. Гренобль, Франция) с плотностью потока – 1015 н/см2*сек. на ловушке ультрахолодных нейтронов, созданной учеными ПИЯФ и ОИЯИ,  российские ученые провели измерение жизни нейтрона с рекордной точностью, и оказалось, что нейтрон живет на 7,2 с меньше, чем считалось до этих пор. Ранее, время жизни свободного нейтрона составляло 885,7 ± 0,8 с (что соответствует периоду полураспада 613,9 ± 0,6 с).  Авторы обзора [5] считают, что «новый результат оказался очень важным как для физики элементарных частиц, так для астрофизики и космологии. Он устранил существовавшее противоречие экспериментальных данных со Стандартной моделью. Во-вторых, он уменьшил рассчитываемую распространенность гелия во Вселенной, приблизив ее к наблюдаемой величине. Наконец, новое время жизни нейтрона, использованное в модели Большого Взрыва, увеличило расчетную величину барионной симметрии.»

Еще одним интересным результатом являются работы по измерению постоянного электрического дипольного момента (ЭДМ) у нейтрона. Впечатляет точность экспериментального оборудования, которая достигнута в поиске ЭДМ. Авторы [5] образно выразили ее следующим образом: «Если увеличить размер нейтрона до размеров Земли, то теперешняя точность эксперимента эквивалентна поиску смещения между средними положениями положительного и отрицательного электрических зарядов, на уровне нескольких микрон (меньше одной десятой толщины человеческого волоса) в ее центре.» По мнению авторов [5]: « Увеличение точности измерений в нейтронной физике позволяет получать результаты, которые вполне сопоставимы по важности с результатами, получаемыми на дорогостоящих суперколлайдерах, и могут существенно их дополнять.

Обнаружение ЭДМ нейтрона свидетельствовало бы, в частности, о наличии новых тяжелых элементарных частиц.» Кстати, в  опытах энтузиастов низкоэнергетических ядерных реакций, например, А.Б. Карабут и И.Б. Савватимовой на установках тлеющего разряда в г. Подольске, Д.С. Баранова на своей установке в г. Протвино (в настоящее время ИВТАН),  С.В. Адаменко в лаборатории "Протон-21" в Киеве, Л.И. Уруцкоева и т.д., получаются результаты, которые подтверждают рождение подобных частиц, неизвестных науке на сегодня.  [2].

Снимаю шляпу перед успехами ученых ПИЯФ, но все же хотелось заметить, что всем, конечно, интересно доказательство Cтандартной модели, но, господа корифеи ПИЯФ, не слабо ли вам с вашими супер прецизионными приборами доказать или опровергнуть теорию Видом-Ларсена,  в конце концов, разгадать загадку реактора Росси-Фокарди и вскрыть реальный механизм реакции превращения никеля в медь? Кому, как не вам под силу такая задача? А ведь ее решение сулит энергетике громадные перспективы, которые пока еще никем не осознаны.

Литература
  1. Александр Просвирнов, «Состоится ли «Атомный проект – 2»?, «Атомная стратегия», 2012г., http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=3736
  2. Александр Просвирнов, «Исходные предпосылки формулировки глобальных задач», «Атомная стратегия», 06.02.2013, http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=4305
  3. Steven B. Krivit, «The Big Picture of Low-Energy Nuclear Reaction Research», American Nuclear Society – Winter 2012, San Diego, CA, November 14, 2012, http://newenergytimes.com/v2/conferences/2012/ANS2012W/2012Krivit-ANS-LENR.pdf
  4. A. Widom,  L. Larsen, «Ultra Low Momentum Neutron Catalyzed Nuclear Reactions on Metallic Hydride Surfaces», Physics Department, Northeastern University, 110 Forsyth Street, Boston MA 02115 Lattice Energy LLC, 175 North Harbor Drive, Chicago IL 60601
  5. В.Ф.  Ежов, В.В. Федоров, «Для чего нужны нейтроны», ПИЯФ РАН, http://nrd.pnpi.spb.ru/pdf/booklet_2007_05_28.pdf
  6. Теория E-Cat (http://ecat.com/ecat-technology/ecat-science)
  7. В. А. Волков, «Плазмоны и магнитоплазмоны: объемные, поверхностные, двумерные и краевые; влияние на отклик полупроводниковых структур в гига- и терагерцовом диапазоне», Институт радиотехники и электроники РАН, Москва, Россия, http://www.ioffe.ru/LNEPS/winter/handouts2005/volkov.pdf






Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=4473