Туннелирование по Сапогину

Дотошный читатель, внимательно ознакомившись с предыдущим разделом, может сказать: "Ну хорошо, допустим, два протона сталкиваются на ориентационно - дефектной водородной связи, но как в той же точке оказывается ещё и электрон, необходимый для начала ядерной реакции (17.7)?". Вопрос законный, ведь сталкивающиеся здесь протоны - это ядра атомов водорода, входящих в состав молекул воды, а в атомах электроны, независимо от того, находятся ли они на стационарных круговых орбитах (модель Резерфорда) или размазаны по орбитали (квантовая модель), постоянно находятся вдали от ядра атома.
И тут нам на помощь приходит одна малоизвестная гипотеза московского профессора Л. Г. Сапогина - того самого, который в начале 90-х годов пытался объяснить появление избыточного тепла в теплогенераторе Потапова выделением в кавитационных пузырьках гипотетической энергии физического вакуума.
Но одна идея Л. Г. Сапогина заслуживает большего внимания, чем он сам придал ей.
В 1989 г. он предложил новое объяснение туннельного эффекта. Последний заключается, как известно, в том, что электрически заряженные элементарные частицы, например протоны или дейтроны, иногда способны преодолевать кулоновский барьер отталкивания ядра атома, имея запас кинетической энергии, меньший энергии кулоновского отталкивания от этого ядра. Туннелированием сквозь кулоновский барьер физики объясняют многие процессы, в том числе и сближение ядер атомов дейтерия и трития до "соприкосновения" при реакциях термоядерного синтеза, происходящих в водородной бомбе. Ведь кинетической энергии теплового движения частиц в высокотемпературной плазме там все-таки не хватило бы для преодоления кулоновского барьера напрямую без помощи такой хитрости, как туннелирование.
Физики называют туннелирование чисто квантовым эффектом и объясняют его тем, что - функция, описывающая волну частицы де Бройля, движущейся к кулоновскому барьеру, не может мгновенно спадать до нуля на границе этого барьера, а уменьшается за ней по экспоненциальному закону. Это значит, что она во всех точках под барьером и даже за ним хоть и мала, но не равна нулю. А квадрат -функции -это вероятность нахождения частицы в данной точке. Это, мол, и позволяет частице иногда ни с того ни с сего оказываться за барьером. Люди в таких случаях говорят: сам не знаю как, но проскочил!
Л. Г. Сапогин в [168] объяснил туннелирование тем, что заряд элементарной частицы не постоянен во времени, а периодически изменяется (осциллирует) с чудовищно большой частотой, то возрастая до максимума, то уменьшаясь до нуля по гармоническому закону. У людей нет приборов для измерения столь больших частот. Поэтому мы измеряем лишь усреднённый во времени эффективный заряд частицы, как с помощью вольтметра измеряем лишь эффективное напряжение на проводах переменного тока.
Но в течение того времени, когда мгновенное значение заряда протона или дейтрона близко к нулю, эта частица может свободно сблизиться с другой такой же электрически заряженной частицей, не испытывая больших сил электрического отталкивания от неё. Для того чтобы вступить в ядерную реакцию, ей надо лишь успеть проскочить расстояние, разделяющее частицы, за это ультракороткое время, то есть всё-таки нужен какой-то импульс, но гораздо меньший, чем для преодоления барьера поверх него при средних (эффективных) величинах заряда. Конечно, успевают далеко не все частицы, а лишь те, которые подлетели к барьеру в удачной фазе пульсации их заряда. Потому вероятность проскока очень мала.
В той же своей публикации Сапогин предложил и новое толкование поведения электрона на атомных орбиталях. Вдобавок к предыдущей идее он предположил, что и масса электрона тоже осциллирует во времени по гармоническому закону в пределах от нуля до максимума. (А наблюдаем мы эффективную массу.) Автор гипотезы утверждает, что находясь на ближайшей к ядру атома К-орбитали, электрон совершает квантовые скачки в пределах орбитали не беспорядочно, как думали физики, а сквозь ядро атома, каждый раз туннелируя сквозь него. Благополучно туннелирует благодаря тому, что в это мгновение находится в "нулевой фазе", при которой мгновенные значения заряда и массы электрона близки к нулю, а потому он, в силу закона сохранения импульса, в это время должен развивать очень большую скорость движения сквозь ядро атома.
Доказательством правильности такой точки зрения мы считаем то обстоятельство, что электронные орбитали Р- и d -состояний атома имеют вид восьмёрок с узловыми точками в ядре атома.
Поскольку областями, разрешёнными квантовой механикой для пребывания в них электрона, являются лишь внутренние области этих орбиталей, то чтобы попасть из одной полуветви "восьмёрки" в противоположную, электрон должен проскочить сквозь ядро атома.
Нас во всём этом интересуют не тонкости движения электрона в атоме и даже не. традиционный вопрос о том, почему он при своих скачках в пределах орбитали не излучает электромагнитные волны (фотоны), а то обстоятельство, что электрон атома то и дело пролетает сквозь ядро атома. Это позволяет нам по-новому взглянуть на механизм таинственного К-захвата электрона в атоме. Электронный захват, о котором мы уже упоминали ранее, заключается, как известно, в том, что ядра атомов некоторых изотопов химических элементов каким-то таинственным образом иногда "похищают" электрон с внутренней (К- или L-) электронной оболочки атома. Физиков давно мучает вопрос, как совершается такое похищение, если электрон в атоме, по существующим представлениям, находится очень далеко (по ядерным масштабам)
от ядра.
А вот если электрон, по Сапогину, то и дело прыгает сквозь ядро атома, как на масленницу смельчаки прыгают сквозь костёр, то всё становится понятным. Ведь любая нечаянная флуктуация в движении электрона или ядра может сбить отлаженный ритм этих рискованных трюков, и тогда электрон, вместо того чтобы благополучно вынырнуть из пламени ядра, оказывается захваченным им.
Но "похищенным" оказывается не весь электрон, а только его "шуба" и "телесная оболочка" - электрический заряд и большая часть массы, которые жадно "пожираются" одним из положительно заряженных протонов P ядра, превращающимся при этом в нейтрон n, масса которого больше массы протона. А вот "обглоданный скелет" электрона в виде электронного нейтрино ve "выплёвывается" далеко за пределы атома. Физики предполагают, что при этом в ядре атома идёт процесс:

(17.8)

который, однако, никогда не наблюдали в экспериментах по бомбардировке протонов пучками ускоренных электронов.
В результате К -захвата суммарный положительный заряд ядра уменьшается на единицу (в единицах заряда протона). Поэтому ядро при К -захвате превращается в ядро атома одного из изотопов химического элемента, стоящего в таблице Менделеева перед исходным химическим элементом. Правда, ядра атомов далеко не всех изотопов могут претерпевать такое превращение. Оно осуществляется лишь при выполнении существующих в ядерной физике правил отбора и законов сохранения. В частности, сумма масс исходного ядра и электрона должна быть больше массы получающегося ядра атома.
Доказательством правильности нашего понимания электронного захвата является наличие явления внутренней конверсии электронов в атоме. Оно заключается в том, что когда правила отбора запрещают излучение у -кванта возбуждённым ядром атома, то возбуждение чаще всего снимается за счёт передачи энергии возбуждения ядра электрону оболочки атома. Передаваемая энергия бывает столь высокой (до ~1 МэВ), что электрон выбивается из атома [186]. До сих пор механизм передачи возбуждения от ядра электрону оболочки атома был загадкой для физиков. Раньше ошибочно полагали, что возбуждение электрону передаётся у -квантом, излучаемым ядром, но оказалось, что такое излучение запрещено существующими правилами отбора. Поэтому нам остаётся только предположить, что возбуждение от ядра к электрону оболочки атома передаётся тогда, когда в соответствии с гипотезой Сапогина этот электрон пронизывает ядро атома.
Этот раздел о механизмах туннелирования и К -захвата нам потребовался для того, чтобы объяснить, как в одной точке пространства времени оказываются протон и электрон, фигурирующие в уравнении ядерной реакции (17.7). При этом суммарный электрический заряд протона и электрона оказывается близким к нулю, и если в этот момент к ним приближается ещё один протон, то ему уже не придётся преодолевать высокий кулоновский барьер. Поэтому такие трёхчастичные столкновения могут случаться даже чаще, чем столкновения между двумя протонами, ведущие к сближению их на ядерные расстояния.
Но такие трёхчастичные столкновения происходить могут, конечно же, не в полностью ионизованной плазме, а только там, где имеются атомы водорода. Заканчиваться же ядерной реакцией (17.7), ведущей к образованию дейтерия, таким столкновениям помогают торсионные поля, рождаемые вихрями вращения вещества. Атомы водорода и мощные вихри имеются на Солнце и других звёздах, где по ядерной реакции (17.7) нарабатывается дейтерий. Но гораздо интенсивнее эта реакция должна идти на водородных связях жидкой воды, например в земных условиях.

17.4. Ядерная реакция, ведущая к научному открытию

Процессы на Солнце - это, конечно, интересно, особенно когда они косвенно подтверждают наши идеи, но наша задача - описать возможные ядерные процессы в вихревом теплогенераторе. А в нём ядерная реакция (17.7), даже имей она довольно высокую интенсивность, не может приводить к значительному нагреву воды. Дело в том, что в результате этой реакции получаются только две частицы, одна из которых - нейтрино - практически не имеет массы покоя. А закон сохранения импульса требует, чтобы противоположно направленные импульсы двух разлетающихся частиц - продуктов реакции - имели одинаковую абсолютную величину. В результате безмассовые и всепроникающие нейтрино уносят с собой в космическое пространство львиную долю от энергии ∆Е= 1,953 МэВ, выделяющейся при реакции (17.7), а на долю образующегося дейтрона, имеющего массу md, приблизительно в 2 раза превышающую массу протона, остаётся энергия отдачи

(17.9)

которая составляет всего от энергии ядерной реакции (17.7). Лишь эта кинетическая энергия ядер отдачи (1016,5 эВ) может пойти на нагрев воды. Поэтому потребовалась бы немыслимо высокая интенсивность ядерных реакций (17.7), чтобы за счёт их обеспечить наблюдаемый в теплогенераторе Потапова выход дополнительного тепла -1 кВт.
Получается, что польза от ядерной реакции (17.7) лишь в том, что она ведёт к наработке дейтерия, необходимого для осуществления других ядерных реакций, идущих с участием дейтронов как исходных "реагентов" и уже способных вести к выходу значительного количества тепла.
Обсуждая результаты экспериментов В.А. Царева по низкотемпературному ядерному синтезу, осуществляемых с использованием тяжёлой воды, в первую очередь обычно рассматривают реакции (17.1) и (17.2) между дейтронами, подразумевая, что тяжёлая вода имеет формулу D2О. Но тяжёлая вода, получаемая обычными промышленными способами выделением её из природных вод, состоит в основном из молекул ООН, так как в природных водах этих молекул в раз больше, чем молекул D2О [191]. Следовательно, в такой тяжёлой воде столкновения атомов дейтерия с атомами протия происходят в раз чаще, чем с атомами дейтерия. А когда тяжёлая вода ещё и разбавлена обычной, то и того чаще.
Поэтому нам в первую очередь следует рассматривать следующую известную ядерную реакцию водородного цикла:

(17.10)

Только в нашем случае она может идти опять же при невысоких температурах в результате столкновений протона с дейтроном на ориентационно-дефектных водородных связях, где дейтроны могут находиться с таким же правом, как и протоны.
Реакция же (17.1) с участием двух дейтронов, сопровождающаяся излучением опасных для жизни людей нейтронов, в наших условиях должна случаться гораздо реже, чем реакция (17.10), ибо вероятность столкновения дейтрона с дейтроном в воде, где дейтронов очень мало, на много порядков величины меньше, чем вероятность столкновения дейтрона с протоном. Практическое отсутствие реакций (МЛ) при работе вихревого теплогенератора на обыкновенной воде обеспечивает его радиационную безопасность.
Вы спросите, а как же жёсткое у-излучение, сопровождающее ядерную реакцию (17.10), разве оно менее опасно, чем нейтронное излучение? Не спешите, сейчас мы разберёмся и с ним.
Из уравнения реакции (17.10) понятно, что эта ядерная реакция должна идти с нарушением закона сохранения чётности: ведь чётность излучаемого при этой реакции фотона (у -кванта) отрицательна, а чётность всех остальных частиц, участвующих в реакции, - положительна.
Нарушение закона сохранения чётности указывает на то, что эта реакция должна идти с участием нейтрино, которому разрешается нарушать закон сохранения чётности. А это не отражено в уравнении реакции (17.10). Поэтому нами выдвинуто предположение, что при этой реакции происходит внутриядерный распад нейтрона в дейтроне на протон, электрон и антинейтрино.
Нарушение закона сохранения чётности или участие в реакции (17.10) нейтрино делает эту реакцию медленной (слабые взаимодействия). В результате ядерная реакция (17.10) случается тоже не так часто, как нам хотелось бы для существенного повышения теплового выхода вихревого теплогенератора.
Но ядерная реакция (17.10), если она случается в вихревом теплогенераторе, должна обладать здесь одной замечательной особенностью. Ведь если спины Дейтрона и протона ориентируются торсионным полем параллельно ему, то закон сохранения момента количества движения требует, чтобы рождаемые при реакции (17.10) жёсткие у -кванты излучались тоже в этом направлении, то есть вдоль оси вихревой трубы теплогенератора.
Наши эксперименты, описанные в [263], подробнее о которых мы расскажем чуть ниже, показали, что действительно, жёсткое ионизирующее излучение от вихревой трубы теплогенератора не только очень слабо, но и направлено в одну сторону вдоль оси этой трубы. Если устанавливать вихревую трубу этим концом книзу, то почти всё рождаемое излучение уходит в землю, а не в стороны, где возможно нахождение людей. Кроме того, при энергии у -квантов 5,49 МэВ это жёсткое излучение имеет столь малое сечение взаимодействия с веществом, что создаваемая им доза ионизирующего облучения оказывается в несколько раз ниже предельно допустимой действующими нормами радиационой безопасности НРБ-76/87 для населения, связанного в своей профессиональной деятельности с ионизирующим излучением В результате теплогенератор Потапова оказался радиационно безопасной установкой
Выявленную осевую направленность в одну сторону у-излучения, рождаемого в ядерной реакции, можно считать не только ещё одним, неизвестным ранее науке проявлением несохранения чётности, но и доказательством правильности представлений об ориентирующем действии торсионных полей на спины элементарных частиц. Это доказывает существование торсионных полей, подвергавшееся многими сомнению.
Поскольку ядерная реакция (17.10) является основной, на которую мы могли возлагать надежды в отношении вклада ею тепла в воду вихревого теплогенератора, то разберёмся с ней подробнее. В результате этой реакции образуются опять только две частицы, масса покоя у одной из которых (у у -кванта) намного больше, чем у другой (), поэтому у -квант здесь опять уносит львиную долю выделяющейся энергии реакции, то есть около 5,49 МэВ.
И хотя такой энергии у-квантов соответствует минимум сечения их взаимодействия с веществом на кривой зависимости сечения от энергии, всё же это сечение достаточно велико [192]. При этом толщина слоя 10-кратного ослабления у -излучения составляет 65 см воды [192], что соизмеримо с длиной вихревой трубы теплогенератора "Юсмар". Следовательно, большая часть энергии такого осевого у -излучения должна поглощаться водой и металлом стенок теплогенератора и превращаться в них в тепло.
Расчёты показывают, что если бы в вихревом теплогенераторе основным каналом рождения "лишнего" тепла была реакция (17.10), то для получения дополнительной тепловой мощности ~1 кВт потребовалась бы интенсивность этих реакций . Но при этом мощность у -излучения достигала бы ~1 кВт и более, что немедленно было бы зафиксировано счётчиками ионизирующего излучения. А они в непосредственной близости от теплогенератора показывают мощность дозы на уровне, не превышающем естественный фон более чем в 2 раза. Следовательно, если ядерная реакция (17.10) и идет в вихревом теплогенераторе, то она не определяет выход тепла в нём, а её интенсивность намного меньше, чем
Почему же реакция (17.10) не хочет идти? Наверно, не только потому, что в этой реакции нарушается закон сохранения чётности, но и потому, что концентрация дейтерия в обыкновенной воде всего -0,02% [122]. А при концентрации ориентационно дефектных связей в этой воде [140] будем иметь концентрацию nd в ней дейтронов, попавших на такие водородные связи, всего лишь . И если реакции (17.10) идут только на ориентационно-дефектных водородных связях при столкновениях дейтрона и протона, находящихся на этих связях и прыгающих навстречу друг другу, меняясь местами, то только отдельные из них могут вступить в реакцию (17.10), удачно столкнувшись.
Оценим интенсивность реакций (17.10), исходя из этого. Правда, нам неизвестны относительные скорости Vск протона и дейтрона при их квантовых скачках вдоль связи. Но будем считать, что они не превышают скорости света в вакууме С. Тогда при максимальном сечении реакции [191] легко вычислить ожидаемую максимальную интенсивность реакций:

(17.11)

При работе теплогенератора "Юсмар" нами было зарегистрировано увеличение уровня мощности экспозиционной дозы от ионизирующего излучения вдоль направления оси вихревой трубы непосредственно за её стальным фланцем до 15 мкР/час при естественном фоне 6-8 мкР/час, измеренном за минуту до включения теплогенератора.
Сразу отметим, что такая величина мощности дозы в 4 раза ниже предельно допустимой (60 мкР/час), установленной действующими Нормами радиационной безопасности (НРБ-76/87) для населения, не связанного в своей профессиональной деятельности с источниками ионизирующего излучения. Для сравнения скажем, что естественный фон ионизирующего излучения на местности в различных регионах создаёт дозу, колеблющуюся в пределах от 5 до 50 мкР/час, и на Земле мало мест, где она ниже 50 мкР/час.
Нами было выявлено, что ионизирующее излучение при работе теплогенератора имеет направленность по оси его вихревой трубы в сторону от горячего её конца. При этом расходимость излучения в воздухе за горячим концом трубы остаётся малой (<15°). А поскольку длина столба воды, пронизываемого излучением до выхода в воздух, составляет 30 см, да ещё 10 мм стали фланца, то можно сделать вывод, что это действительно жёсткое у -излучение.
Если это у-кванты с энергией 5,49 МэВ, порождаемые ядерной реакцией (17.10), то после пробега 30-сантиметрового слоя воды и 10-миллиметрового слоя стали интенсивность этого излучения в результате частичного поглощения его средой должна уменьшиться примерно в 10 раз [49]. И если мощность дозы непосредственно за фланцем горячего конца вихревой трубы составляет -10 мкР/час (за вычетом естественного фона), то в месте испускания (в вихревом потоке воды) она должна быть в 10 раз больше, то есть-100 мкР/час. Такой мощности дозы, согласно [192], соответствует плотность потока фотонов с энергией 5,5 МэВ, составляющая - . При энергии фотона 5,5 МэВ такой поток несёт мощность всего . А поскольку площадь сечения 75-миллиметровой вихревой трубы равна , то весь потоку-квантов в ней составляет и несёт всего энергии. Понятно, что этому потоку соответствует интенсивность реакций (17.10) в вихревой трубе .
Мы получили блестящее совпадение с результатом приведенных выше теоретических оценок интенсивности ядерной реакции (17.10) в вихревой трубе теплогенератора, полученным в (17.11). Это доказывает правильность наших представлений.
Таким образом, можно констатировать, что ядерная реакция (17.10) действительно не вносит ощутимого вклада в теплопроизводительность вихревого теплогенератора. Тем не менее эта реакция идёт в вихревой трубе, и рождаемое ею направленное осевое жёсткое у -излучение доступно измерениям и легко регистрируется.