Низкоэнергетические ядерные реакции в живых системах
Поиском низкоэнергетических ядерных реакций в биологических объектах уже более двадцати лет занимается доктор физико-математических наук Алла Александровна Корнилова на Физическом факультете Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова. Объектами первых опытов стали культуры бактерий Bacillus subtilis, Escherichia coli, Deinococcus radiodurans. Их помещали в питательную среду, обедненную железом, но содержащую соль марганца MnSO4 и тяжелую воду D2O. Эксперименты показали, что в этой системе вырабатывался дефицитный изотоп железа - 57Fe (Vysotskii V.I., Kornilova A.A., Samoylenko I.I., Experimental discovery of the phenomenon of low-energy nuclear transmutation of isotopes (Mn55 to Fe57) in growing biological cultures, «Pro- ceedings of 6th International Conference on Cold Fusion», 1996, Japan, 2, 687—693).
По мнению авторов исследования, изотоп 57Fe появлялся в растущих клетках бактерий в результате реакции 55Mn+ d = 57Fe (d — ядро атома дейтерия, состоящее из протона и нейтрона). Определенным аргументом в пользу предлагаемой гипотезы служит тот факт, что если тяжелую воду заменить на легкую или исключить соль марганца из состава питательной среды, то изотоп 57Fe бактерии не нарабатывали.
Убедившись, что ядерные превращения стабильных химических элементов возможны в микробиологических культурах, А.А.Корнилова применила свой метод к дезактивации долгоживущих радиоактивных изотопов (Vysotskii V.I., Kornilova A.A., Transmutation of stable isotopes and deactivation of radioactive waste in growing biological systems. «Annals of Nuclear Energy», 2013, 62, 626—633). На сей раз Корнилова работала не с монокультурами бактерий, а со сверхассоциацией микроорганизмов различных типов, чтобы повысить их выживаемость в агрессивных средах. Каждая группа этого сообщества максимально адаптирована к совместной жизнедеятельности, коллективной взаимопомощи и взаимозащите. В результате сверхассоциация хорошо приспосабливается к самым разным условиям внешней среды, в том числе и к повышенной радиации. Типичная максимальная доза, которую выдерживают обычные микробиологические культуры, соответствует 30 килорад, а сверхассоциации выдерживают на несколько порядков больше, причем их метаболическая активность почти не ослабляется.
|
|
|
В стеклянные кюветы помещали равные количества концентрированной биомассы вышеупомянутых микроорганизмов и 10 мл раствора соли цезия-137 в дистиллированной воде. Начальная гамма-активность раствора была равна 20 000 беккерелей. В некоторые кюветы дополнительно добавляли соли жизненно важных микроэлементов Ca, K и Na. Закрытые кюветы выдерживали при 20оС и каждые семь дней измеряли их гамма-активность при помощи высокоточного детектора.
За сто дней эксперимента в контрольной кювете, не содержащей микроорганизмы, активность цезия-137 уменьшилась на 0,6%. В кювете, дополнительно содержащей соль калия, — на 1%. Быстрее всего активность падала в кювете, дополнительно содержащей соль кальция. Здесь гамма-активность уменьшилась на 24%, что эквивалентно сокращению периода полураспада цезия в 12 раз!
|
|
|
Авторы выдвинули гипотезу, что в результате жизнедеятельности микроорганизмов 137Cs преобразуется в 138Ba — биохимический аналог калия. Если калия в питательной среде мало, то трансформация цезия в барий происходит ускоренно, если много, то процесс трансформации блокируется. Что касается роли кальция, то она проста. Благодаря его присутствию в питательной среде популяция микроорганизмов быстро растет и, следовательно, потребляет больше калия или его биохимического аналога — бария, то есть подталкивает трансформацию цезия в барий.
А что с воспроизводимостью?
Вопрос о воспроизводимости описанных выше экспериментов требует некоторых пояснений. Реактор «E-Cat», подкупающий своей простотой, пытаются воспроизвести сотни, если не тысячи изобретателей-энтузиастов по всему миру. Существуют даже специальные форумы в Интернете, на которых «репликаторы» обмениваются опытом и демонстрируют свои достижения (http://www.lenr-forum.com/). Определенных успехов в этом направлении добился российский изобретатель Александр Георгиевич Пархомов. Ему удалось сконструировать теплогенератор, работающий на смеси порошка никеля и алюмогидрида лития, который дает избыточное количество энергии (А.Г. Пархомов, Результаты испытаний нового варианта аналога высокотемпературного теплогенератора Росси. «Журнал формирующихся направлений науки», 2015, 8, 34—39). Однако в отличие от экспериментов Росси искажений изотопного состава в отработанном топливе обнаружить не удалось.
|
|
|
Эксперименты по электровзрыву вольфрамовых проволочек, как и по лазерному ускорению распада радиоактивных элементов, гораздо более сложны с технической точки зрения и могут быть воспроизведены только в серьезных научных лабораториях. В связи с этим на место вопроса о воспроизводимости эксперимента приходит вопрос о его повторяемости. Для экспериментов по низкоэнергетическим ядерным реакциям типична ситуация, когда в идентичных условиях проведения эксперимента эффект то присутствует, то нет. Дело в том, что не удается контролировать все параметры процесса, включая, по-видимому, и основной — пока не выявленный. Поиск нужных режимов идет практически вслепую и занимает многие месяцы и даже годы. Экспериментаторам не раз приходилось менять принципиальную схему установки в процессе поиска управляющего параметра — той «ручки», которую нужно «крутить», чтобы добиться удовлетворительной повторяемости. На данный момент повторяемость в описанных выше экспериментах составляет примерно 30%, то есть положительный результат получается в каждом третьем опыте. Много это или мало, судить читателю. Ясно одно: без создания адекватной теоретической модели исследуемых явлений вряд ли удастся кардинально улучшить этот параметр.
|
|
|
Попытка интерпретации
Несмотря на убедительные экспериментальные результаты, подтверждающие возможность ядерных превращений стабильных химических элементов, а также ускорения распада радиоактивных веществ, физические механизмы этих процессов пока неизвестны.
Основная загадка низкоэнергетических ядерных реакций — как положительно заряженные ядра при сближении преодолевают силы отталкивания, так называемый кулоновский барьер. Обычно для этого требуются температуры в миллионы градусов Цельсия. Очевидно, что в рассмотренных экспериментах такие температуры не достигаются. Тем не менее есть ненулевая вероятность того, что частица, не обладающая достаточной кинетической энергией для преодоления сил отталкивания, все же окажется вблизи ядра и вступит с ним в ядерную реакцию.
Этот эффект, получивший название туннельного, имеет чисто квантовую природу и тесно связан с принципом неопределенности Гейзенберга. Согласно этому принципу, квантовая частица (например, ядро атома) не может иметь точно заданные значения координаты и импульса одновременно. Произведение неопределенностей (неустранимых случайных отклонений от точного значения) координаты и импульса ограничено снизу величиной, пропорциональной постоянной Планка h. Это же произведение определяет вероятность туннелирования через потенциальный барьер: чем больше произведение неопределенностей координаты и импульса частицы, тем выше эта вероятность.
В работах доктора физико-математических наук, профессора Владимира Ивановича Манько и соавторов показано, что в определенных состояниях квантовой частицы (так называемых когерентных коррелированных состояниях) произведение неопределенностей может на несколько порядков превышать постоянную Планка. Следовательно, для квантовых частиц в таких состояниях вероятность преодоления кулоновского барьера будет возрастать (В.В.Додонов, В.И.Манько, Инварианты и эволюция нестационарных квантовых систем. «Труды ФИАН. Москва: Наука, 1987, т. 183, с. 286)».
Если в когерентном коррелированном состоянии окажутся одновременно несколько ядер различных химических элементов, то в этом случае может протекать некий коллективный процесс, приводящий к перераспределению протонов и нейтронов между ними. Вероятность такого процесса будет тем больше, чем меньше разница энергий начального и конечного состояний ансамбля ядер. Именно это обстоятельство, по-видимому, и определяет промежуточное положение низкоэнергетических ядерных реакций между химическими и «обычными» ядерными реакциями.
Как формируются когерентные коррелированные состояния? Что заставляет ядра объединяться в ансамбли и обмениваться нуклонами? Какие ядра могут, а какие не могут участвовать в этом процессе? На эти и на многие другие вопросы пока нет ответов. Теоретики делают только первые шаги на пути решения этой интереснейшей задачи.
Поэтому на данном этапе основная роль в исследованиях низкоэнергетических ядерных реакций должна принадлежать экспериментаторам и изобретателям. Необходимы системные экспериментальные и теоретические исследования этого удивительного феномена, всесторонний анализ полученных данных, широкое экспертное обсуждение.
Понимание и освоение механизмов низкоэнергетических ядерных реакций помогут нам в решении самых разных прикладных задач — создании дешевых автономных энергетических установок, высокоэффективных технологий дезактивации ядерных отходов и преобразовании химических элементов.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 313; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!