ბირთვული რეაქციები ნათურებში და ბაქტერიებში

2024 ავტორი: Seth Attwood | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-16 16:09

მეცნიერებას აქვს თავისი აკრძალული თემები, თავისი ტაბუ. დღეს ცოტა მეცნიერი ბედავს ბიოველების, ულტრა დაბალი დოზების, წყლის სტრუქტურის შესწავლას…

ტერიტორიები რთულია, მოღრუბლული, ძნელი დასათმობი. ფსევდომეცნიერის სახელით ცნობილი რეპუტაციის დაკარგვა აქ ადვილია და გრანტის მიღებაზე საუბარი არ არის საჭირო. მეცნიერებაში შეუძლებელია და სახიფათოა საყოველთაოდ მიღებულ ცნებებზე გასვლა, დოგმების ხელყოფა. მაგრამ ეს გაბედულების ძალისხმევაა, რომლებიც მზად არიან განსხვავდებოდნენ ყველასგან, რაც ზოგჯერ ახალ ბილიკებს უხსნის ცოდნას.

ჩვენ არაერთხელ გვინახავს, თუ როგორ ვითარდება მეცნიერება, დოგმები იწყებენ ტრიალს და თანდათან იძენენ არასრული, წინასწარი ცოდნის სტატუსს. ასე რომ, და არაერთხელ, ეს იყო ბიოლოგიაში. ასე იყო ფიზიკაში. იგივეს ვხედავთ ქიმიაში. ჩვენს თვალწინ, ნანოტექნოლოგიის შემოტევის შედეგად დაინგრა სახელმძღვანელოდან მიღებული სიმართლე „ნივთიერების შემადგენლობა და თვისებები არ არის დამოკიდებული მისი წარმოების მეთოდებზე“. აღმოჩნდა, რომ ნანოფორმის ნივთიერებას შეუძლია რადიკალურად შეცვალოს მისი თვისებები - მაგალითად, ოქრო შეწყვეტს კეთილშობილ ლითონს.

დღეს შეგვიძლია ვთქვათ, რომ არსებობს ექსპერიმენტების საკმაოდ დიდი რაოდენობა, რომელთა შედეგების ახსნა შეუძლებელია ზოგადად მიღებული შეხედულებების თვალსაზრისით. და მეცნიერების ამოცანაა არა მათი განდევნა, არამედ გათხრა და ჭეშმარიტებამდე მისვლის მცდელობა. პოზიცია „ეს არ შეიძლება იყოს, იმიტომ რომ არასოდეს შეიძლება“მოსახერხებელია, რა თქმა უნდა, მაგრამ ვერაფერს ხსნის. უფრო მეტიც, გაუგებარი, აუხსნელი ექსპერიმენტები შეიძლება იყოს მეცნიერებაში აღმოჩენების საწინდარი, როგორც ეს უკვე მოხდა. ერთ-ერთი ასეთი ცხელი თემა პირდაპირი და გადატანითი მნიშვნელობით არის ეგრეთ წოდებული დაბალი ენერგიის ბირთვული რეაქციები, რომლებსაც დღეს უწოდებენ LENR - დაბალი ენერგიის ბირთვულ რეაქციას.

ვითხოვეთ ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი სტეპან ნიკოლაევიჩ ანდრეევი ზოგადი ფიზიკის ინსტიტუტიდან. AM Prokhorov RAS, რათა გაგვაცნოს პრობლემის არსი და რამდენიმე სამეცნიერო ექსპერიმენტი, რომელიც ჩატარდა რუსულ და დასავლურ ლაბორატორიებში და გამოქვეყნდა სამეცნიერო ჟურნალებში. ექსპერიმენტები, რომელთა შედეგების ახსნა ჯერ არ შეგვიძლია.

რეაქტორი "E-Сat" ანდრეა როსი

2014 წლის ოქტომბრის შუა რიცხვებში მსოფლიო სამეცნიერო საზოგადოება აღფრთოვანებული იყო ამ ამბით - ბოლონიის უნივერსიტეტის ფიზიკის პროფესორმა ჯუზეპე ლევიმ და თანაავტორებმა გამოაქვეყნეს მოხსენება E-Сat რეაქტორის ტესტირების შედეგებზე, რომელიც შეიქმნა. იტალიელი გამომგონებელი ანდრეა როსი.

შეგახსენებთ, რომ 2011 წელს ა.როსიმ საზოგადოებას წარუდგინა ინსტალაცია, რომელზედაც იგი მრავალი წლის განმავლობაში მუშაობდა ფიზიკოს სერჯო ფოკარდისთან თანამშრომლობით. რეაქტორი, სახელწოდებით „E-Сat“(მოკლედ Energy Catalizer) გამოიმუშავებდა ენერგიის არანორმალურ რაოდენობას. E-Сat შემოწმდა მკვლევართა სხვადასხვა ჯგუფის მიერ ბოლო ოთხი წლის განმავლობაში, რადგან სამეცნიერო საზოგადოება ითხოვდა თანატოლთა მიმოხილვას.

ყველაზე გრძელი და დეტალური ტესტი, რომელიც აღწერს პროცესის ყველა საჭირო პარამეტრს, ჩაატარა 2014 წლის მარტში ჯუზეპე ლევის ჯგუფმა, რომელშიც შედიოდნენ ისეთი დამოუკიდებელი ექსპერტები, როგორიცაა ეველინ ფოსკი, თეორიული ფიზიკოსი ბოლონიის იტალიის ბირთვული ფიზიკის ეროვნული ინსტიტუტიდან. ფიზიკის პროფესორი ჰანო ესენი სტოკჰოლმის სამეფო ტექნოლოგიური ინსტიტუტიდან და, სხვათა შორის, შვედეთის სკეპტიკოსთა საზოგადოების ყოფილი თავმჯდომარე, ასევე შვედი ფიზიკოსები ბო ჰოისტადი, როლანდ პეტერსონი, ლარს ტეგნერი უფსალას უნივერსიტეტიდან. ექსპერტებმა დაადასტურეს, რომ მოწყობილობა (ნახ. 1), რომელშიც ერთი გრამი საწვავი თბებოდა დაახლოებით 1400 ° C ტემპერატურაზე ელექტროენერგიის გამოყენებით, წარმოქმნიდა არანორმალურ სითბოს (AMS Acta, 2014, doi: 10.6092 / unibo / amsacta / 4084).

ბრინჯი. ერთი.ანდრეა როსის E-Cat რეაქტორი მუშაობს. გამომგონებელი არ ამხელს, თუ როგორ მუშაობს რეაქტორი. თუმცა ცნობილია, რომ კერამიკული მილის შიგნით მოთავსებულია საწვავის მუხტი, გამათბობელი ელემენტები და თერმოწყვილი. მილის ზედაპირი ნეკნებიანია სითბოს უკეთესი გაფრქვევისთვის.

რეაქტორი იყო 20 სმ სიგრძის და 2 სმ დიამეტრის კერამიკული მილი, რეაქტორის შიგნით განთავსებული იყო საწვავის მუხტი, გამათბობელი ელემენტები და თერმოწყვილი, საიდანაც სიგნალი მიეწოდებოდა გათბობის საკონტროლო განყოფილებას. რეაქტორს ელექტროენერგია მიეწოდებოდა 380 ვოლტიანი ძაბვის ელექტრული ქსელიდან სამი სითბოს მდგრადი მავთულის მეშვეობით, რომლებიც რეაქტორის მუშაობისას წითლად თბებოდა. საწვავი ძირითადად შედგებოდა ნიკელის ფხვნილისგან (90%) და ლითიუმის ალუმინის ჰიდრიდისგან LiAlH.₄(10%). გაცხელებისას ლითიუმის ალუმინის ჰიდრიდი იშლება და გამოყოფს წყალბადს, რომელიც შეიწოვება ნიკელის მიერ და მასთან ერთად ეგზოთერმულ რეაქციაში შედის.

მოხსენებაში ნათქვამია, რომ მოწყობილობის მიერ გამომუშავებული მთლიანი სითბო უწყვეტი მუშაობის 32 დღის განმავლობაში იყო დაახლოებით 6 GJ. ელემენტარული შეფასებები აჩვენებს, რომ ფხვნილის ენერგეტიკული შემცველობა ათასჯერ მეტია, ვიდრე, მაგალითად, ბენზინი!

ელემენტარული და იზოტოპური შემადგენლობის საგულდაგულო ანალიზის შედეგად ექსპერტებმა საიმედოდ დაადგინეს, რომ დახარჯულ საწვავში გაჩნდა ცვლილებები ლითიუმის და ნიკელის იზოტოპების თანაფარდობაში. თუ საწყის საწვავში ლითიუმის იზოტოპების შემცველობა ბუნებრივს დაემთხვა: ⁶Li - 7.5%, ⁷Li - 92,5%, მაშინ შემცველობა დახარჯულ საწვავში არის ⁶ლი გაიზარდა 92%-მდე და შინაარსი ⁷ლი 8%-მდე შემცირდა. თანაბრად ძლიერი იყო ნიკელის იზოტოპური შემადგენლობის დამახინჯება. მაგალითად, ნიკელის იზოტოპის შემცველობა ⁶²Ni "ნაცარში" იყო 99%, თუმცა საწყის საწვავში მხოლოდ 4% იყო. იზოტოპურ შემადგენლობაში გამოვლენილი ცვლილებები და ანომალიურად მაღალი სითბოს გამოყოფა მიუთითებს იმაზე, რომ ბირთვული პროცესები შესაძლოა მომხდარიყო რეაქტორში. ამასთან, ბირთვული რეაქციებისთვის დამახასიათებელი რადიოაქტიურობის გაზრდის ნიშნები არ დაფიქსირებულა არც მოწყობილობის მუშაობის დროს და არც მისი შეჩერების შემდეგ.

რეაქტორში მიმდინარე პროცესები არ შეიძლება იყოს ბირთვული დაშლის რეაქციები, რადგან საწვავი შედგებოდა სტაბილური ნივთიერებებისგან. ასევე გამორიცხულია ბირთვული შერწყმის რეაქციები, რადგან თანამედროვე ბირთვული ფიზიკის თვალსაზრისით, 1400 ° C ტემპერატურა უმნიშვნელოა ბირთვების კულონის მოგერიების ძალების დასაძლევად. სწორედ ამიტომ, ასეთი პროცესებისთვის სენსაციური ტერმინის „ცივი შერწყმის“გამოყენება შეცდომაში შემყვანი შეცდომაა.

ალბათ, აქ ჩვენ ვაწყდებით ახალი ტიპის რეაქციების გამოვლინებებს, რომლებშიც ხდება საწვავის შემადგენელი ელემენტების ბირთვების კოლექტიური დაბალი ენერგიის გარდაქმნები. ასეთი რეაქციების ენერგიები შეფასებულია 1-10 კევ-ის რიგის ნუკლეონზე, ანუ, ისინი იკავებენ შუალედურ ადგილს "ჩვეულებრივ" მაღალი ენერგიის ბირთვულ რეაქციებს (ენერგია 1 მევ-ზე მეტი ნუკლეონზე) და ქიმიურ რეაქციებს (ენერგიებს) შორის. 1 ევ რიგის ატომზე).

ჯერჯერობით ვერავინ დამაკმაყოფილებლად ხსნის აღწერილ ფენომენს და მრავალი ავტორის მიერ წამოყენებული ჰიპოთეზები კრიტიკას ვერ უძლებს. ახალი ფენომენის ფიზიკური მექანიზმების დასადგენად საჭიროა გულდასმით შევისწავლოთ ასეთი დაბალი ენერგიის ბირთვული რეაქციების შესაძლო გამოვლინებები სხვადასხვა ექსპერიმენტულ პარამეტრებში და მიღებული მონაცემების განზოგადება. მეტიც, ასეთი აუხსნელი ფაქტების მნიშვნელოვანი რაოდენობა წლების განმავლობაში დაგროვდა. აქ არის მხოლოდ რამდენიმე მათგანი.

ვოლფრამის მავთულის ელექტრული აფეთქება - მე-20 საუკუნის დასაწყისი

1922 წელს, ჩიკაგოს უნივერსიტეტის ქიმიური ლაბორატორიის თანამშრომლებმა კლარენს ირიონმა და ჯერალდ ვენდტმა გამოაქვეყნეს ნაშრომი ვაკუუმში ვოლფრამის მავთულის ელექტრული აფეთქების შესწავლის შესახებ (GL Wendt, CE Irion, ექსპერიმენტული მცდელობები ვოლფრამის დაშლის მაღალ ტემპერატურაზე..ამერიკული ქიმიური საზოგადოების ჟურნალი, 1922, 44, 1887-1894; რუსული თარგმანი: ვოლფრამის გაყოფის ექსპერიმენტული მცდელობები მაღალ ტემპერატურაზე).

არაფერია ეგზოტიკური ელექტრო აფეთქებაში. ეს ფენომენი აღმოაჩინეს არც მეტი არც ნაკლები მე-18 საუკუნის ბოლოს, მაგრამ ყოველდღიურ ცხოვრებაში მას მუდმივად ვაკვირდებით, როდესაც მოკლე ჩართვის დროს ნათურები იწვება (რა თქმა უნდა ინკანდესენტური ნათურები). რა ხდება ელექტრო აფეთქებისას? თუ ლითონის მავთულში გამავალი დენის სიძლიერე დიდია, მაშინ ლითონი იწყებს დნობას და აორთქლებას. პლაზმა იქმნება მავთულის ზედაპირთან ახლოს. გათბობა ხდება არათანაბრად: „ცხელი წერტილები“ჩნდება მავთულის შემთხვევით ადგილებში, სადაც მეტი სითბო გამოიყოფა, ტემპერატურა აღწევს პიკს და ხდება მასალის ფეთქებადი განადგურება.

ამ ამბავში ყველაზე გასაოცარი ის არის, რომ მეცნიერებს თავდაპირველად ელოდნენ, რომ ექსპერიმენტულად აღმოაჩენდნენ ვოლფრამის დაშლას მსუბუქ ქიმიურ ელემენტებად. თავიანთ განზრახვაში, ირიონი და ვენდტი ეყრდნობოდნენ იმ დროისთვის უკვე ცნობილ შემდეგ ფაქტებს.

ჯერ ერთი, მზის და სხვა ვარსკვლავების გამოსხივების ხილულ სპექტრში არ არის დამახასიათებელი ოპტიკური ხაზები, რომლებიც მიეკუთვნება მძიმე ქიმიურ ელემენტებს. მეორეც, მზის ზედაპირის ტემპერატურა დაახლოებით 6000 ° C-ია. ამიტომ, მათი აზრით, მძიმე ელემენტების ატომები ასეთ ტემპერატურაზე ვერ იარსებებს. მესამე, როდესაც კონდენსატორის ბანკი ჩამოდის ლითონის მავთულზე, ელექტრული აფეთქების დროს წარმოქმნილი პლაზმის ტემპერატურა შეიძლება მიაღწიოს 20000 ° C-ს.

ამის საფუძველზე ამერიკელმა მეცნიერებმა ვარაუდობდნენ, რომ თუ ძლიერი ელექტრული დენი გაივლის თხელ მავთულს, რომელიც შედგება მძიმე ქიმიური ელემენტისგან, როგორიცაა ვოლფრამი, და გაცხელდება მზის ტემპერატურასთან შესადარებელ ტემპერატურამდე, მაშინ ვოლფრამის ბირთვები იქნება არასტაბილური მდგომარეობა და იშლება მსუბუქ ელემენტებად. მათ საგულდაგულოდ მოამზადეს და ბრწყინვალედ ჩაატარეს ექსპერიმენტი, ძალიან მარტივი საშუალებების გამოყენებით.

ვოლფრამის მავთულის ელექტრული აფეთქება განხორციელდა მინის სფერულ კოლბაში (ნახ. 2), მასზე დახურული იყო 0,1 მიკროფარადის სიმძლავრის კონდენსატორი, დამუხტული 35 კილოვოლტ ძაბვაზე. მავთული მდებარეობდა ორ სამაგრ ვოლფრამის ელექტროდს შორის, რომლებიც კოლბაში იყო შედუღებული ორი საპირისპირო მხრიდან. გარდა ამისა, კოლბას ჰქონდა დამატებითი „სპექტრული“ელექტროდი, რომელიც ემსახურებოდა ელექტრული აფეთქების შემდეგ წარმოქმნილ გაზში პლაზმური გამონადენის ანთებას.

ბრინჯი. 2. ირიონის და ვენდტის გამშვები-ასაფეთქებელი კამერის დიაგრამა (1922 წლის ექსპერიმენტი)

უნდა აღინიშნოს ექსპერიმენტის რამდენიმე მნიშვნელოვანი ტექნიკური დეტალი. მისი მომზადების დროს კოლბა მოათავსეს ღუმელში, სადაც მას 15 საათის განმავლობაში განუწყვეტლივ აცხელებდნენ 300°C-ზე და ამ დროის განმავლობაში მისგან გაზს აცილებდნენ. კოლბის გაცხელებასთან ერთად ვოლფრამის მავთულში გადიოდა ელექტრული დენი, რომელიც ათბობდა მას 2000°C ტემპერატურამდე. გაზის გაწმენდის შემდეგ, კოლბას ვერცხლისწყლის ტუმბოსთან დამაკავშირებელი მინის მილი დნება სანთლით და დალუქული. ნაშრომის ავტორები ამტკიცებდნენ, რომ მიღებულმა ზომებმა შესაძლებელი გახადა კოლბაში ნარჩენი აირების უკიდურესად დაბალი წნევის შენარჩუნება 12 საათის განმავლობაში. ამიტომ, როდესაც 50 კილოვოლტზე მაღალი ძაბვის ძაბვა იქნა გამოყენებული, "სპექტრულ" და დამაგრების ელექტროდებს შორის არ იყო ავარია.

ირიონმა და ვენდტმა ჩაატარეს ოცდაერთი ელექტრო აფეთქების ექსპერიმენტი. ყოველი ექსპერიმენტის შედეგად დაახლოებით 10¹⁹ უცნობი გაზის ნაწილაკები. სპექტრულმა ანალიზმა აჩვენა, რომ იგი შეიცავდა ჰელიუმ-4-ის დამახასიათებელ ხაზს. ავტორები ვარაუდობენ, რომ ჰელიუმი წარმოიქმნება ვოლფრამის ალფა დაშლის შედეგად, რომელიც გამოწვეულია ელექტრული აფეთქებით. შეგახსენებთ, რომ ალფა ნაწილაკები, რომლებიც ჩნდება ალფა დაშლის პროცესში, არის ატომის ბირთვები. ⁴ის.

Irion-ისა და Wendt-ის გამოცემამ დიდი რეზონანსი გამოიწვია იმდროინდელ სამეცნიერო საზოგადოებაში. თავად რეზერფორდმა ყურადღება გაამახვილა ამ ნაშრომზე.მან ღრმა ეჭვი გამოთქვა, რომ ექსპერიმენტში გამოყენებული ძაბვა (35 კვ) საკმარისად მაღალი იყო იმისთვის, რომ ელექტრონები გამოიწვიონ მეტალში ბირთვული რეაქციები. ამერიკელი მეცნიერების შედეგების გადამოწმების მსურველმა რეზერფორდმა ჩაატარა თავისი ექსპერიმენტი - მან ასხივა ვოლფრამის სამიზნე ელექტრონული სხივით 100 კევ ენერგიით. რეზერფორდმა ვერ იპოვა ბირთვული რეაქციების კვალი ვოლფრამში, რის შესახებაც მან საკმაოდ მკვეთრი მოხსენება გააკეთა ჟურნალ Nature-ში. სამეცნიერო საზოგადოებამ დაიჭირა რეზერფორდის მხარე, ირიონისა და ვენდტის ნაშრომი მრავალი წლის განმავლობაში მცდარი და დავიწყებული იყო.

ვოლფრამის მავთულის ელექტრული აფეთქება: 90 წლის შემდეგ

მხოლოდ 90 წლის შემდეგ, რუსულმა კვლევითმა ჯგუფმა, ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორის, ლეონიდ ირბეკოვიჩ ურუტსკოევის ხელმძღვანელობით, აიღო ირიონის და ვენდტის ექსპერიმენტების გამეორება. თანამედროვე ექსპერიმენტული და დიაგნოსტიკური აპარატურით აღჭურვილი ექსპერიმენტები აფხაზეთში, ლეგენდარულ სოხუმის ფიზიკა-ტექნოლოგიურ ინსტიტუტში ჩატარდა. ფიზიკოსებმა დაარქვეს თავიანთ დამოკიდებულებას "HELIOS" ირიონისა და ვენდტის სახელმძღვანელო იდეის პატივსაცემად (ნახ. 3). კვარცის აფეთქების კამერა განლაგებულია ინსტალაციის ზედა ნაწილში და უკავშირდება ვაკუუმ სისტემას - ტურბომოლეკულურ ტუმბოს (ფერი ლურჯი). ოთხი შავი კაბელი მიდის აფეთქების პალატამდე კონდენსატორის ბანკის გამომშვებიდან 0,1 მიკროფარადის სიმძლავრით, რომელიც მდებარეობს ინსტალაციის მარცხნივ. ელექტრო აფეთქებისთვის ბატარეა დამუხტული იყო 35-40 კილოვოლტამდე. ექსპერიმენტებში გამოყენებული სადიაგნოსტიკო მოწყობილობამ (სურათზე არ არის ნაჩვენები) შესაძლებელი გახადა მავთულის ელექტრული აფეთქების დროს წარმოქმნილი პლაზმური ნათების სპექტრული შემადგენლობის შესწავლა, აგრეთვე პროდუქტების ქიმიური და ელემენტარული შემადგენლობა. მისი დაშლა.

ბრინჯი. 3. ასე გამოიყურება HELIOS-ის ინსტალაცია, რომელშიც ლ.ი. ურუტსკოევის ჯგუფმა გამოიკვლია ვაკუუმში ვოლფრამის მავთულის აფეთქება (2012 წლის ექსპერიმენტი)

ურუტსკოევის ჯგუფის ექსპერიმენტებმა ოთხმოცდაათი წლის წინანდელი სამუშაოს მთავარი დასკვნა დაადასტურა. მართლაც, ვოლფრამის ელექტრული აფეთქების შედეგად წარმოიქმნა ჰელიუმ-4 ატომების ჭარბი რაოდენობა (დაახლოებით 10¹⁶ ნაწილაკები). თუ ვოლფრამის მავთული შეიცვალა რკინის მავთულით, მაშინ ჰელიუმი არ წარმოიქმნება. გაითვალისწინეთ, რომ HELIOS მოწყობილობაზე ჩატარებულ ექსპერიმენტებში მკვლევარებმა ჩაწერეს ათასჯერ ნაკლები ჰელიუმის ატომები, ვიდრე ირიონის და ვენდტის ექსპერიმენტებში, თუმცა მავთულში „ენერგიის შეყვანა“დაახლოებით იგივე იყო. რა არის ამ განსხვავების მიზეზი, გასარკვევია.

ელექტრო აფეთქების დროს მავთულის მასალა ასხურებოდა აფეთქების კამერის შიდა ზედაპირზე. მასის სპექტრომეტრულმა ანალიზმა აჩვენა, რომ ვოლფრამი-180 იზოტოპი დეფიციტური იყო ამ მყარ ნარჩენებში, თუმცა მისი კონცენტრაცია თავდაპირველ მავთულში შეესაბამებოდა ბუნებრივს. ეს ფაქტი ასევე შეიძლება მიუთითებდეს ვოლფრამის ან სხვა ბირთვული პროცესის შესაძლო ალფა დაშლაზე მავთულის ელექტრული აფეთქების დროს (ლ. ი. ურუცკოევი, ა. ა. რუხაძე, დ. ვ. ფილიპოვი, ა. ო. ბირიუკოვი და სხვ. ოპტიკური გამოსხივების სპექტრული შემადგენლობის შესწავლა ელექტრო აფეთქებაში. ვოლფრამის მავთული. "Brief Communications on Physics FIAN", 2012, 7, 13-18).

ალფა დაშლის დაჩქარება ლაზერით

დაბალი ენერგიის ბირთვული რეაქციები მოიცავს ზოგიერთ პროცესს, რომელიც აჩქარებს რადიოაქტიური ელემენტების სპონტანურ ბირთვულ გარდაქმნას. ამ მიმართულებით საინტერესო შედეგები მიიღეს ზოგადი ფიზიკის ინსტიტუტში. A. M. პროხოროვის RAS ლაბორატორიაში, რომელსაც ხელმძღვანელობს გეორგი აირატოვიჩ შაფეევი, ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი. მეცნიერებმა აღმოაჩინეს გასაკვირი ეფექტი: ურანი-238-ის ალფა დაშლა დააჩქარა ლაზერული გამოსხივებით შედარებით დაბალი პიკური ინტენსივობით 10.¹²–10¹³ ვ/სმ² (AV Simakin, GA Shafeev, Influence of laser irradiation of nanoparticles in aqueous solutions of Uranium Salt on Activity of nuclides. "Quantum Electronics", 2011, 41, 7, 614-618).

ბრინჯი. 4. ოქროს ნანონაწილაკების მიკროგრაფი, რომელიც მიღებულია ოქროს სამიზნის ლაზერული დასხივებით ცეზიუმ-137 მარილის წყალხსნარში (ექსპერიმენტი 2011 წ.)

ასე გამოიყურებოდა ექსპერიმენტი. კუვეტაში ურანის მარილის UO წყალხსნარით₂კლ₂ 5–35 მგ/მლ კონცენტრაციით მოთავსდა ოქროს სამიზნე, რომელიც დასხივებული იყო ლაზერული იმპულსებით 532 ნანომეტრი ტალღის სიგრძით, ხანგრძლივობით 150 პიკოწამი და გამეორების სიხშირე 1 კილოჰერცი ერთი საათის განმავლობაში. ასეთ პირობებში სამიზნე ზედაპირი ნაწილობრივ დნება და მასთან შეხებაში მყოფი სითხე მყისიერად დუღს. ორთქლის წნევა ასხურებს ნანო ზომის ოქროს წვეთებს სამიზნე ზედაპირიდან მიმდებარე სითხეში, სადაც ისინი გაცივდებიან და გადაიქცევიან მყარ ნანონაწილაკებად, დამახასიათებელი ზომით 10 ნანომეტრი. ამ პროცესს სითხეში ლაზერული აბლაცია ეწოდება და ფართოდ გამოიყენება, როდესაც საჭიროა სხვადასხვა ლითონის ნანონაწილაკების კოლოიდური ხსნარების მომზადება.

შაფეევის ექსპერიმენტებში 10¹⁵ ოქროს ნანონაწილაკები 1 სმ-ში³ გამოსავალი. ასეთი ნანონაწილაკების ოპტიკური თვისებები რადიკალურად განსხვავდება მასიური ოქროს ფირფიტის თვისებებისგან: ისინი არ ირეკლავენ სინათლეს, არამედ შთანთქავენ მას და ნანონაწილაკებთან ახლოს სინათლის ტალღის ელექტრომაგნიტური ველი შეიძლება გაძლიერდეს 100-10000 კოეფიციენტით და მიაღწიოს შიდაატომური ღირებულებები!

ურანის ბირთვები და მისი დაშლის პროდუქტები (თორიუმი, პროტაქტინიუმი), რომლებიც ამ ნანონაწილაკებთან ახლოს იყო, ექვემდებარებოდა გამრავლებულ ლაზერულ ელექტრომაგნიტურ ველებს. შედეგად, მათი რადიოაქტიურობა საგრძნობლად შეიცვალა. კერძოდ, თორიუმ-234-ის გამა აქტივობა გაორმაგდა. (ნიმუშების გამა აქტივობა ლაზერულ დასხივებამდე და მის შემდეგ გაზომილი იყო ნახევარგამტარული გამა სპექტრომეტრით.) ვინაიდან თორიუმი-234 წარმოიქმნება ურანი-238-ის ალფა დაშლის შედეგად, მისი გამა აქტივობის ზრდა მიუთითებს ამ ურანის იზოტოპის დაჩქარებულ ალფა დაშლაზე.. გაითვალისწინეთ, რომ ურანი-235-ის გამა აქტივობა არ გაიზარდა.

GPI RAS-ის მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ ლაზერულ გამოსხივებას შეუძლია დააჩქაროს არა მხოლოდ ალფა დაშლა, არამედ რადიოაქტიური იზოტოპის ბეტა დაშლა. ¹³⁷Cs არის რადიოაქტიური ემისიებისა და ნარჩენების ერთ-ერთი მთავარი კომპონენტი. ექსპერიმენტებში მათ გამოიყენეს მწვანე სპილენძის ორთქლის ლაზერი, რომელიც მუშაობდა განმეორებით იმპულსურ რეჟიმში პულსის ხანგრძლივობით 15 ნანოწამი, პულსის გამეორების სიხშირე 15 კილოჰერცი და პიკური ინტენსივობა 10.⁹ ვ/სმ²… ლაზერული გამოსხივება მოქმედებდა ოქროს სამიზნეზე, რომელიც მოთავსებულია კუვეტში წყალხსნარში მარილის ხსნარით ¹³⁷Cs, რომელთა შემცველობა ხსნარში 2 მლ მოცულობით იყო დაახლოებით 20 პიკოგრამი.

სამიზნე დასხივების ორი საათის შემდეგ, მკვლევარებმა დააფიქსირეს, რომ კოლოიდური ხსნარი 30 ნმ ოქროს ნანონაწილაკებით წარმოიქმნა კუვეტაში (ნახ. 4) და ცეზიუმ-137-ის გამა აქტივობა (და, შესაბამისად, მისი კონცენტრაცია ხსნარში) შემცირდა. 75%. ცეზიუმ-137-ის ნახევარგამოყოფის პერიოდი დაახლოებით 30 წელია. ეს ნიშნავს, რომ აქტივობის ასეთი შემცირება, რომელიც ორსაათიან ექსპერიმენტში იქნა მიღებული, ბუნებრივ პირობებში დაახლოებით 60 წელიწადში უნდა მოხდეს. 60 წელი ორ საათზე რომ გავყოთ, აღმოვაჩენთ, რომ დაშლის სიჩქარე ლაზერული ზემოქმედების დროს გაიზარდა დაახლოებით 260 000-ჯერ. ბეტა დაშლის სიჩქარის ასეთ გიგანტურ ზრდას უნდა გადაექცია ცეზიუმის ხსნარით კუვეტა გამა გამოსხივების მძლავრ წყაროდ, რომელიც თან ახლავს ცეზიუმ-137-ის ჩვეულებრივ ბეტა დაშლას. თუმცა, სინამდვილეში ეს არ ხდება. რადიაციული გაზომვები აჩვენა, რომ მარილის ხსნარის გამა აქტივობა არ იზრდება (E. V. Barmina, A. V. Simakin, G. A. Shafeev, Laser-induced cesium-137 decay. Quantum Electronics, 2014, 44, 8, 791-792).

ეს ფაქტი გვაფიქრებინებს, რომ ლაზერული მოქმედების პირობებში ცეზიუმ-137-ის დაშლა არ მიმდინარეობს ყველაზე სავარაუდო (94,6%) სცენარის მიხედვით ნორმალურ პირობებში გამა კვანტის ემისია 662 კევ ენერგიით, არამედ სხვაგვარად - არარადიაციული..ეს არის, სავარაუდოდ, პირდაპირი ბეტა დაშლა სტაბილური იზოტოპის ბირთვის წარმოქმნით. ¹³⁷ბა, რაც ნორმალურ პირობებში რეალიზდება შემთხვევების მხოლოდ 5,4%-ში.

რატომ ხდება ალბათობების ასეთი გადანაწილება ცეზიუმის ბეტა დაშლის რეაქციაში, ჯერჯერობით გაურკვეველია. თუმცა, არსებობს სხვა დამოუკიდებელი კვლევები, რომლებიც ადასტურებენ, რომ ცეზიუმ-137-ის დაჩქარებული დეაქტივაცია შესაძლებელია ცოცხალ სისტემებშიც კი.

თემაზე: ბირთვული რეაქტორი ცოცხალ უჯრედში

დაბალი ენერგიის ბირთვული რეაქციები ცოცხალ სისტემებში

ოც წელზე მეტი ხნის განმავლობაში, ფიზიკურ და მათემატიკურ მეცნიერებათა დოქტორი ალა ალექსანდროვნა კორნილოვა დაკავებული იყო ბიოლოგიურ ობიექტებში დაბალი ენერგიის ბირთვული რეაქციების ძიებაში მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის ფიზიკის ფაკულტეტზე. M. V. ლომონოსოვი. პირველი ექსპერიმენტების ობიექტები იყო ბაქტერიების Bacillus subtilis, Escherichia coli, Deinococcus radiodurans კულტურები. ისინი მოთავსებული იყო რკინით დაცლილ საკვებ გარემოში, რომელიც შეიცავს მანგანუმის მარილს MnSO.₄და მძიმე წყალი დ₂O. ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ ამ სისტემამ წარმოქმნა რკინის დეფიციტური იზოტოპი - ⁵⁷Fe (Vysotskii V. I., Kornilova A. A., Samoylenko I. I., იზოტოპების დაბალი ენერგიის ბირთვული ტრანსმუტაციის ფენომენის ექსპერიმენტული აღმოჩენა (Mn⁵⁵Fe-მდე⁵⁷) მზარდ ბიოლოგიურ კულტურებში, მე-6 საერთაშორისო კონფერენციის მასალები ცივი შერწყმის შესახებ, 1996, იაპონია, 2, 687–693).

კვლევის ავტორების თქმით, იზოტოპი ⁵⁷რეაქციის შედეგად მზარდი ბაქტერიების უჯრედებში Fe გამოჩნდა ⁵⁵Mn + d = ⁵⁷Fe (d არის დეიტერიუმის ატომის ბირთვი, რომელიც შედგება პროტონისა და ნეიტრონისგან). შემოთავაზებული ჰიპოთეზის სასარგებლოდ განსაზღვრული არგუმენტია ის ფაქტი, რომ თუ მძიმე წყალი ჩანაცვლდება მსუბუქი წყლით ან მანგანუმის მარილი გამორიცხულია მკვებავი გარემოს შემადგენლობიდან, მაშინ იზოტოპი ⁵⁷Fe ბაქტერია არ დაგროვდა.

მას შემდეგ რაც დარწმუნდა, რომ მიკრობიოლოგიურ კულტურებში შესაძლებელია სტაბილური ქიმიური ელემენტების ბირთვული ტრანსფორმაციები, AA კორნილოვამ გამოიყენა თავისი მეთოდი ხანგრძლივი რადიოაქტიური იზოტოპების დეაქტივაციისთვის (Vysotskii VI, Kornilova AA, სტაბილური იზოტოპების ტრანსმუტაცია და რადიოაქტიური ნარჩენების დეაქტივაცია მზარდ ბიოლოგიურ სისტემებში. Annals of Nuclear Energy, 2013, 62, 626-633). ამჯერად კორნილოვა მუშაობდა არა ბაქტერიების მონოკულტურებთან, არამედ სხვადასხვა ტიპის მიკროორგანიზმების სუპერ ასოციაციასთან, რათა გაზარდოს მათი გადარჩენა აგრესიულ გარემოში. ამ საზოგადოების თითოეული ჯგუფი მაქსიმალურად არის ადაპტირებული ერთობლივ ცხოვრებასთან, კოლექტიური ურთიერთდახმარებითა და ურთიერთდაცვით. შედეგად, სუპერასოციაცია კარგად ეგუება სხვადასხვა გარემო პირობებს, მათ შორის გაზრდილ რადიაციას. ტიპიური მაქსიმალური დოზა, რომელსაც უძლებს ჩვეულებრივი მიკრობიოლოგიური კულტურები, შეესაბამება 30 კილოგრამს, ხოლო სუპერასოციაციები უძლებენ რამდენიმე რიგის სიდიდის მეტს და მათი მეტაბოლური აქტივობა თითქმის არ არის დასუსტებული.

ზემოაღნიშნული მიკროორგანიზმების კონცენტრირებული ბიომასის თანაბარი რაოდენობა და ცეზიუმ-137 მარილის 10 მლ ხსნარი გამოხდილ წყალში მოთავსდა მინის კუვეტებში. ხსნარის საწყისი გამა აქტივობა იყო 20000 ბეკერელი. ზოგიერთ კუვეტში დამატებით დაემატა სასიცოცხლო კვალი ელემენტების მარილები Ca, K და Na. დახურული კუვეტები ინახებოდა 20 ° C ტემპერატურაზე და მათი გამა აქტივობა იზომებოდა ყოველ შვიდ დღეში მაღალი სიზუსტის დეტექტორის გამოყენებით.

ექსპერიმენტის ასი დღის განმავლობაში საკონტროლო უჯრედში, რომელიც არ შეიცავდა მიკროორგანიზმებს, ცეზიუმ-137-ის აქტივობა შემცირდა 0,6%-ით. კუვეტში, რომელიც დამატებით შეიცავს კალიუმის მარილს - 1%-ით. აქტივობა ყველაზე სწრაფად დაეცა კუვეტაში, რომელიც დამატებით შეიცავს კალციუმის მარილს. აქ გამა აქტივობა შემცირდა 24%-ით, რაც ცეზიუმის ნახევარგამოყოფის პერიოდის 12-ჯერ შემცირების ტოლფასია!

ავტორებმა წამოაყენეს ჰიპოთეზა, რომ მიკროორგანიზმების სასიცოცხლო აქტივობის შედეგად ¹³⁷Cs გარდაიქმნება ¹³⁸Ba არის კალიუმის ბიოქიმიური ანალოგი. თუ მკვებავ გარემოში ცოტა კალიუმია, მაშინ ცეზიუმის ბარიუმად გარდაქმნა ხდება დაჩქარებული სიჩქარით, თუ ბევრია, მაშინ ტრანსფორმაციის პროცესი იბლოკება. კალციუმის როლი მარტივია. მკვებავ გარემოში ყოფნის გამო, მიკროორგანიზმების პოპულაცია სწრაფად იზრდება და, შესაბამისად, მოიხმარს მეტ კალიუმს ან მის ბიოქიმიურ ანალოგს - ბარიუმს, ანუ უბიძგებს ცეზიუმის ტრანსფორმაციას ბარიუმად.

რაც შეეხება განმეორებადობას?

ზემოთ აღწერილი ექსპერიმენტების განმეორებადობის საკითხი გარკვეულ განმარტებას მოითხოვს. E-Cat Reactor, რომელიც ხიბლავს თავისი სიმარტივით, იმეორებს ასობით, თუ არა ათასობით, ენთუზიაზმით გამომგონებელს მთელ მსოფლიოში.ინტერნეტში არის სპეციალური ფორუმებიც კი, სადაც „რეპლიკატორები“ცვლიან გამოცდილებას და აჩვენებენ თავიანთ მიღწევებს. რუსმა გამომგონებელმა ალექსანდრე გეორგიევიჩ პარხომოვმა ამ მიმართულებით გარკვეული პროგრესი განიცადა. მან მოახერხა სითბოს გენერატორის აგება, რომელიც მუშაობს ნიკელის ფხვნილისა და ლითიუმის ალუმინის ჰიდრიდის ნარევზე, რომელიც უზრუნველყოფს ენერგიის ჭარბ რაოდენობას (AG პარხომოვი, მაღალი ტემპერატურის სითბოს გენერატორის როსის ანალოგის ახალი ვერსიის ტესტის შედეგები.”ჟურნალი. მეცნიერების განვითარებადი მიმართულებების“, 2015, 8, 34–39) … თუმცა, როსის ექსპერიმენტებისგან განსხვავებით, დახარჯულ საწვავში იზოტოპური შემადგენლობის დამახინჯება არ დაფიქსირებულა.

ექსპერიმენტები ვოლფრამის მავთულის ელექტრო აფეთქებაზე, ისევე როგორც რადიოაქტიური ელემენტების დაშლის ლაზერულ აჩქარებაზე, ტექნიკური თვალსაზრისით ბევრად უფრო რთულია და მხოლოდ სერიოზულ სამეცნიერო ლაბორატორიებშია შესაძლებელი. ამასთან დაკავშირებით, ექსპერიმენტის განმეორებადობის საკითხი ჩანაცვლებულია მისი განმეორებადობის საკითხით. დაბალი ენერგიის ბირთვულ რეაქციებზე ექსპერიმენტებისთვის ტიპიური სიტუაციაა, როდესაც იდენტურ ექსპერიმენტულ პირობებში ეფექტი არის ან არ არსებობს. ფაქტია, რომ შეუძლებელია პროცესის ყველა პარამეტრის კონტროლი, მათ შორის, როგორც ჩანს, მთავარი, რომელიც ჯერ არ არის გამოვლენილი. საჭირო რეჟიმების ძიება თითქმის ბრმაა და მრავალი თვე და წლებიც კი გრძელდება. ექსპერიმენტატორებს არაერთხელ მოუწიათ შეცვალონ დაყენების სქემატური დიაგრამა საკონტროლო პარამეტრის ძიების პროცესში - "ღილაკი", რომელიც უნდა "მოტრიალდეს", რათა მიაღწიოს დამაკმაყოფილებელ განმეორებადობას. ამ დროისთვის ზემოთ აღწერილ ექსპერიმენტებში განმეორებადობა არის დაახლოებით 30%, ანუ დადებითი შედეგი მიიღება ყოველ მესამე ექსპერიმენტში. ბევრია თუ ცოტა, მკითხველმა განსაჯოს. ერთი რამ ცხადია: შესწავლილი ფენომენების ადეკვატური თეორიული მოდელის შექმნის გარეშე, ნაკლებად სავარაუდოა, რომ შესაძლებელი იყოს ამ პარამეტრის რადიკალურად გაუმჯობესება.

ინტერპრეტაციის მცდელობა

მიუხედავად დამაჯერებელი ექსპერიმენტული შედეგებისა, რომლებიც ადასტურებენ სტაბილური ქიმიური ელემენტების ბირთვული გარდაქმნების შესაძლებლობას, ასევე რადიოაქტიური ნივთიერებების დაშლის დაჩქარებას, ამ პროცესების ფიზიკური მექანიზმები ჯერ კიდევ უცნობია.

დაბალი ენერგიის ბირთვული რეაქციების მთავარი საიდუმლო არის ის, თუ როგორ სძლევენ დადებითად დამუხტული ბირთვები მოწინააღმდეგე ძალებს, როდესაც ისინი უახლოვდებიან ერთმანეთს, ე.წ. კულონის ბარიერი. ეს ჩვეულებრივ მოითხოვს ტემპერატურას მილიონობით გრადუს ცელსიუსში. აშკარაა, რომ ასეთი ტემპერატურა არ არის მიღწეული განხილულ ექსპერიმენტებში. მიუხედავად ამისა, არსებობს არანულოვანი ალბათობა იმისა, რომ ნაწილაკი, რომელსაც არ გააჩნია საკმარისი კინეტიკური ენერგია საგრებელი ძალების დასაძლევად, მაინც აღმოჩნდება ბირთვთან ახლოს და შედის მასთან ბირთვულ რეაქციაში.

ეს ეფექტი, რომელსაც გვირაბის ეფექტს უწოდებენ, წმინდა კვანტური ხასიათისაა და მჭიდროდ არის დაკავშირებული ჰაიზენბერგის გაურკვევლობის პრინციპთან. ამ პრინციპის თანახმად, კვანტურ ნაწილაკს (მაგალითად, ატომის ბირთვს) არ შეიძლება ჰქონდეს ერთდროულად კოორდინატისა და იმპულსის ზუსტად განსაზღვრული მნიშვნელობები. კოორდინატისა და იმპულსის გაურკვევლობების ნამრავლი (გარდაუვალი შემთხვევითი გადახრები ზუსტი მნიშვნელობიდან) ქვემოდან შემოიფარგლება პლანკის h-ის მუდმივის პროპორციული მნიშვნელობით. იგივე პროდუქტი განსაზღვრავს პოტენციური ბარიერის მეშვეობით გვირაბის გატარების ალბათობას: რაც უფრო დიდია ნაწილაკების კოორდინატის და იმპულსის განუსაზღვრელობის პროდუქტი, მით უფრო მაღალია ეს ალბათობა.

ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორის, პროფესორ ვლადიმერ ივანოვიჩ მანკოსა და თანაავტორების ნაშრომებში ნაჩვენებია, რომ კვანტური ნაწილაკის გარკვეულ მდგომარეობებში (ე.წ. თანმიმდევრული კორელაციური მდგომარეობები) გაურკვევლობის ნამრავლი შეიძლება აღემატებოდეს პლანკის მუდმივას. რამდენიმე ბრძანებით. შესაბამისად, ასეთ მდგომარეობებში მყოფი კვანტური ნაწილაკებისთვის გაიზრდება კულონის ბარიერის გადალახვის ალბათობა (V. V. Dodonov, V. I.მანკო, ინვარიანტები და არასტაციონარული კვანტური სისტემების ევოლუცია. "FIAN-ის შრომები". მოსკოვი: ნაუკა, 1987 წ., 183, გვ. 286).

თუ სხვადასხვა ქიმიური ელემენტების რამდენიმე ბირთვი ერთდროულად აღმოჩნდება თანმიმდევრულ კორელაციაში, მაშინ ამ შემთხვევაში შეიძლება მოხდეს გარკვეული კოლექტიური პროცესი, რაც გამოიწვევს მათ შორის პროტონებისა და ნეიტრონების გადანაწილებას. ასეთი პროცესის ალბათობა იქნება რაც უფრო დიდი, მით უფრო მცირე იქნება სხვაობა ბირთვების ანსამბლის საწყისი და საბოლოო მდგომარეობების ენერგიას შორის. როგორც ჩანს, ეს არის ის გარემოება, რომელიც განსაზღვრავს დაბალი ენერგიის ბირთვული რეაქციების შუალედურ პოზიციას ქიმიურ და "ჩვეულებრივ" ბირთვულ რეაქციებს შორის.

როგორ იქმნება თანმიმდევრული კორელაციური მდგომარეობები? რა აიძულებს ბირთვების გაერთიანებას ანსამბლებში და ცვლიან ნუკლეონებს? რომელ ბირთვს შეუძლია და რომელს არ შეუძლია მონაწილეობა მიიღოს ამ პროცესში? ამ და ბევრ სხვა კითხვებზე პასუხი ჯერ არ არის. თეორეტიკოსები მხოლოდ პირველ ნაბიჯებს დგამენ ამ ყველაზე საინტერესო პრობლემის გადასაჭრელად.

ამიტომ, ამ ეტაპზე, ძირითადი როლი დაბალი ენერგიის ბირთვული რეაქციების შესწავლაში უნდა ეკუთვნოდეს ექსპერიმენტატორებსა და გამომგონებლებს. საჭიროა ამ საოცარი ფენომენის სისტემური ექსპერიმენტული და თეორიული კვლევები, მიღებული მონაცემების ყოვლისმომცველი ანალიზი და ფართო საექსპერტო დისკუსია.

დაბალი ენერგიის ბირთვული რეაქციების მექანიზმების გააზრება და დაუფლება დაგვეხმარება სხვადასხვა გამოყენებითი პრობლემების გადაჭრაში - იაფი ავტონომიური ელექტროსადგურების შექმნა, ბირთვული ნარჩენების დეკონტამინაციის და ქიმიური ელემენტების ტრანსფორმაციის მაღალეფექტური ტექნოლოგიები.