Глава семнадцатаятеплогенератор Потапова -реактор холодного ядерного синтеза

17.1. Кавитация как заменитель атомной бомбы

В предыдущей главе мы пришли к выводу, что для объяснения появления дополнительного тепла в теплогенераторе Потапова надо рассмотреть ещё и возможность протекания в нём ядерных реакций синтеза из одних ядер атомов других - более тяжёлых. Такой процесс необратим, а энергия связи нуклонов в ядрах атомов столь велика, что возникающего "дефекта массы" и соответствующего ему выделения энергии из ядер хватит не только на покрытие всех затрат, но и для получения большого энергетического выигрыша.
Да вот только одна проблема мешает, по-видимому, читателям без иронии воспринимать такой вывод предыдущей главы - реакции ядерного синтеза обычно протекают, как многие думают, лишь при сверхвысоких температурах и давлениях. Например, в водородной бомбе, в которой такие условия создают предварительным взрывом атомной бомбы. В теплогенераторе Потапова нет атомной бомбы для создания таких условий.
Но в нём имеется нечто другое, заменяющее атомную бомбу. А именно, кавитационные пузырьки и каверны, возникающие в воде у края тормозного устройства вихревой трубы. Кавитация (от латинского слова cavitas - пустота) - это нарушение сплошности внутри жидкости, то есть образование в ней полостей, заполненных паром, газом или их смесью (так называемых кавитационных пузырьков). Она возникает в результате местного понижения давления в жидкости ниже критического значения, которое приблизительно равно давлению насыщенного пара этой жидкости при данной температуре. Когда же понижение давления происходит вследствие местного повышения скорости в потоке жидкости (как это происходит в теплогенераторе Потапова), то такой вид кавитации называют гидродинамической. Когда же понижение давления происходит вследствие прохождения в жидкости акустических волн, то кавитация называется акустической.
Согласно существующим представлениям, большинство кавитационных пузырьков почти сразу после их возникновения стремительно схлопываются под воздействием давления окружающей среды. При этом в них в конце схлопывания на короткое время развиваются очень высокие давления парогазовой смеси, заполняющей пузырёк. А когда пузырёк прилегает к твердой поверхности, то в нём при схлопывании возникает микроскопическая кумулятивная струя из жидкости, разрушающая материал этой поверхности. Когда же пузырёк образуется в ультразвуковом поле при акустической кавитации далеко от твердой поверхности, то он может существовать довольно долго, периодически то сжимаясь, то расширяясь, чаще всего с частотой этих ультразвуковых колебаний, как отметил в своей работе И. Пирсол.
В 30-е годы при исследованиях акустической кавитации открыли сонолюминесаенцию (звукосвечение). Впрочем, с этим явлением люди были знакомы и раньше. Вспомните светящийся в темноте бурун за кормой моторной лодки - это сонолюминесценция. Но только свечение буруна долгое время объясняли свечением микроорганизмов, потревоженных винтом лодки. На поверку оказалось, что светятся кавитационные пузырьки.
Хотя сонолюминесценция была открыта ещё в 30-е годы, природа этого свечения по сих пор остаётся загадкой, вокруг которой не утихают научные споры. Одна школа упорно настаивает, что это термическое свечение, и в кавитационном пузырьке светится газ, разогревающийся при сжатии пузырька до высоких температур. Другая считает, что в кавитационных пузырьках происходят электрические разряды в результате электризации жидкости, и мы видим свечение этих микроскопических разрядов.
Исследователи Е. Мейер и Н. Куттруф только в 1959 г. выяснили, что каждая вспышка сонолюминесценции представляет собой серию импульсов излучения, длительность каждого из которых не превышает сек. При этом импульсы повторяются с частотой не менее чем .
Исследования Ф. Гайтана и Л. Крума в университете штата Миссисипи, проведенные в 80-е годы, показали, что одиночный кавитационный пузырёк, удерживаемый в сконструированной ими ультразвуковой установке, раздувается до 50 мкм, затем стремительно сжимается в миллионы раз и излучает световую вспышку длительностью сек. При этом вспышки из одного и того же пузырька повторяются с потрясающе чёткой периодичностью, стабильность которой можно сравнить разве что со стабильностью работы кварцевого генератора хронографа, отметили А. Семенов и П. Стоянов.
Основатель электрической теории сонолюминесценции Я. И. Френкель еще в 1940 г. предположил, что кавитационные полости в воде возникают точно так же, как трещина в твёрдом теле. Оно и понятно - ведь вода имеет квазикристаллическую структуру. А поскольку молекулы воды сильно полярны, то на противоположных сторонах таких трещин в жидкой воде, по мнению Френкеля, появляются значительные заряды противоположных знаков, как при растрескивании ионных кристаллов. Затем между стенками полости начинают происходить электрические разряды в парогазовой среде, ведущие к возбуждению молекул и атомов газа с последующим высвечиванием ими фотонов.
Поначалу исследователи полагали, что электризация жидкости в кавитационных пузырьках вполне соответствует широко известным представлениям Ленарда о том, что трибоэлектрическая электризация жидкости происходит только при нарушении злостности её поверхности и не зависит ни от трения жидкости о твёрдые тела или
газ, ни от природы газа, с которым контактирует жидкость. Поэтому предполагали, что после того как в кавитационном пузырьке произойдет электрический разряд, новым зарядам там появиться неоткуда.
Но опыты Гайтана и Крума продемонстрировали, что одиночный кавитационный пузырёк, не делясь, продолжает исправно излучать всё новые и новые импульсы света в течение многих циклов его расширения и сжатия в ультразвуковом поле. Как в нём за столь малое время между импульсами излучения восстанавливается электрический заряд, необходимый для следующего разряда? Восстанавливается без нарушения целостности поверхности пузырька!
Отсутствие ответа на этот вопрос пошатнуло позиции электрической теории сонолюминесценции и заставило многих вернуться к термической теории. По оценкам этих специалистов, исходивших из измеренной яркости свечения, температура газа в пузырьке при его охлопывании достигает тысяч и даже миллионов градусов, то есть термоядерных температур. Поэтому появилось много гипотез и спекуляций о термоядерных реакциях, якобы идущих в кавитационных пузырьках и ведущих к высвечиванию из них энергии в гораздо больших количествах, чем вкладывает её в воду источник ультразвука, обеспечивающий появление кавитации.
Но, увы, никому не удалось зарегистрировать в воде, в которой наблюдалась ультразвуковая сонолюминесценция, следов продуктов реакций ядерного синтеза, превышающих уровень естественного фона. Тогда появились гипотезы о том, что в кавитационных пузырьках высвобождается энергия физического вакуума (то есть происходит рождение энергии из ничего) [127]. Но расчётов, способных количественно доказать это, авторы таких гипотез представить не могли.
Опыт работы с теплогенератором Потапова показал, что генерация избыточного тепла в нем происходит лишь тогда, когда в вихревой трубе теплогенератора интенсивно идёт кавитация, усиливаемая резонансными звуковыми колебаниями столба воды в вихревой трубе. Резонанса добивались изменением длины трубы и удачным выбором точки расположения в ней тормозного устройства. При резонансе вихревая труба начинала "петь" как закипающий самовар.
Это говорило о том, что кавитация играет определяющую роль в генерации дополнительного тепла. Потому-то московский профессор Л. Г. Сапогин и выдвинул предположение, что в кавитационных пузырьках вихревой трубы теплогенератора Потапова происходит выделение энергии физического вакуума [127].
Эта мысль потом была подхвачена и тиражирована многими популяризаторами теплогенератора Потапова, публиковавшими статьи о нём в различных газетах и в Интернете, иной раз "забывая" сказать, что теплогенератор изобретён Потаповым, а не ими, а гипотезу о выделении в нём энергии физического вакуума предложил Сапогин, а не они. Так поступают, например, инженеры В. Колесник и Г. Иваненко из г. Краматорска, распространяя в своих сайтах по сети Интернет (см., например, http://www.sns.net.ua/energo/Cavitation.htm) рекламу на вихревой теплогенератор с кавитацией, разработанный якобы ими в краматорской фирме "Энергоресурс". На самом же деле они ещё в 1995 г. приобрели у Ю. С. Потапова лицензию на использование его изобретения, откуда и почерпнули всю информацию. Увы, такое в околонаучных кругах, да иной раз и в научных, бывает сплошь и рядом, хотя академические правила требуют делать ссылки на авторов используемых или цитируемых работ.
В то же время многочисленные калориметрические измерения, проводившиеся в самых разных лабораториях, давно показали, что энергетический выход сонолюминесценции (отношение энергии излучения к энергии, вкладываемой ультразвуком в воду) крайне низок - меньше, чем КПД паровоза. Высоким оказалось лишь отношение мгновенной мощности излучения к мощности ультразвука свыше 1000. Это говорило о том, что кавитация лишь концентрировала энергию, а не создавала дополнительную. Но и факт концентрирования энергии на первый взгляд противоречил законам термодинамики, в частности принципу возрастания энтропии.
Ясность помогли нам внести эксперименты самодеятельного украинского 85-летнего физика-неформала Д. Р. Кезикова из г. Конотопа. Он с помощью сына и вопреки негодующим возгласам женской половины семьи ещё в конце 80-х годов осуществил на кухне простой опыт с чайником. На носик чайника с водой они насадили полутораметровый кусок резинового шланга. В шланг почти до самого чайника ввели проволоку, конец которой присоединили к миллиамперметру. Когда вода в чайнике, подогреваемом на плите, начала интенсивно испаряться, конденсируясь затем в шланге, миллиамперметр показал наличие электрического тока.
Явление Кезиковых можно объяснить тем, что молекулы воды обладают большим сродством к электрону. Причина этого - та же, из-за которой образуются водородные связи, о них говорилось в предыдущей главе. А именно, к положительно заряженным бугоркам-протонам на поверхности молекул воды притягиваются электроны извне. Когда молекула воды находится в плотном окружении других таких же молекул, то это спаренные электроны, общие с соседней молекулой, с которой благодаря этому устанавливается водородная связь. Когда же молекула при кипении воды отрывается от остальной массы воды, разрывая водородную связь, то частенько она прихватывает с собой оба эти электрона - и свой, и принадлежавший соседней молекуле. (Истые украинцы легко поймут это!)
При конденсации паров воды отрицательные заряды таких молекул накапливаются на поверхности образующихся капель. Этот механизм, по мнению Кезиковых, и является причиной появления атмосферного электричества, а отнюдь не трение капель воды о воздух, как полагали многие до сих пор вопреки мнению Ленарда, который доказывал, что электризация капель происходит только от разрывов поверхности воды при её распылении.
Для нас открытие Кезиковых важно тем, что оно позволяет объяснить, как появляется и обновляется электрический заряд в пульсирующих кавитационных пузырьках. При сжатии такого пузырька в нём происходит конденсация паров воды в микроскопическую капельку, заряженную по механизму Кезиковых отрицательным зарядом.
Если в капельку сконденсируется всего 10% паров воды, имевших плотность молекул , то при типичном радиусе кавитационного пузырька -20 мкм радиус капельки, образовавшейся в нём, составит -0,2 мкм. Электрическая ёмкость такого сферического микроконденсатора составит Ф, а запасённая в нём электрическая энергия - до 0,1 Дж. При этом разность потенциалов между капелькой и поверхностью пузырька может достигать В, а напряжённость электрического поля .
Увидев эти цифры, человек, разбирающийся в электротехнике, воскликнет: да разве ж можно достичь столь высокой напряжённости электрического поля в парогазовой смеси?! Она пробьется электрическим разрядом при гораздо меньших напряжениях!
Она действительно пробивается. Потому мы и видим сонолюминесцентное свечение, что это излучение от электрических разрядов в кавитационных пузырьках Но только пробивается не при обычных напряжённостях поля самопробоя в воздухе (20-30 кВ/см), а при гораздо больших, возможно, даже действительно достигающих вышеприведенной цифры. Причиной тому - так называемая импульсность - задержка времени начала пробоя относительно момента приложения напряжения к разрядному промежутку. Специалисты по импульсным процессам хорошо знакомы с этим явлением. За время задержки пробоя успевает сконденсироваться в капельку достаточно большое количество водяного пара, и её электрический заряд достигает большой величины.
Понятно, что в кавитационных пузырьках создаются все условия для возникновения электрических разрядов и разогрева ими парогазовой смеси в пузырьке до высоких температур. Но достаточно ли высоких, чтобы обеспечить протекание в этих пузырьках термоядерных реакций? Ведь электрические разряды необязательно сопровождаются нагревом газов до высоких температур. Бывают и холодные разряды, как в люминесцентных лампах дневного света. Увы, этот вопрос пока мало изучен из-за чрезвычайной кратковременности процесса разряда в кавитационном пузырьке и крайне неравновесных условий в нём.
С другой стороны, отсутствие следов продуктов ядерных реакций в воде, в которой осуществляли ультразвуковую кавитацию и наблюдали сонолюминесценцию, вызывало большие сомнения в возможности протекания таких реакций при сонолюминесценции.