Дополнение №22 (1 сентября 2010 г.)

Новый источник ядерной энергии, инициируемый террагерцовым излучением.

РЕЗЮМЕ

Аналог данного источника энергии: установка инерциального ядерного синтеза.

Основное отличие от аналога: террагерцовое излучение используется не для нагревания мишени, а для генерации нерелятивистских нейтрино, которые будут взаимодействовать с нуклонами ядер мишени в соответствие с реакцией обратного бета-распада.

Требуемая для осуществления реакции обратного бета-распада энергия будет черпаться из энергии магнитного взаимодействия анапольного момента нейтрино и магнитного момента частей нуклонов (кварков). Наличие у нейтрино анапольного момента весьма вероятно, поскольку допускается обеими моделями нейтрино: и моделью Дирака, и моделью Майораны.

Количественные оценки показывают, что при совмещении анапольного момента нейтрино и магнитного момента кварков, энергия взаимодействия будет иметь величину порядка 1 Мэв. Этой энергии достаточно для реакции обратного бета-распада, за счет которой ядра рабочего вещества будут переводиться в возбужденное состояние. В этом состоянии ядра будут испытывать естественный бета-распад. Энергия данных распадов и составит энергетический выход предлагаемого источника.

Нерелятивистские нейтрино будут получаться за счет преобразования квантов террагерцового излучения: если энергия квантов будет совпадать с массой нейтрино, то при определенных условиях излучение будет эффективно преобразовываться в нейтрино и антинейтрино.

Сечение магнитного взаимодействия нерелятивистских нейтрино с нуклонами будет иметь достаточно большую величину благодаря тому, что нейтрино будут иметь скорость, совпадающую со скоростью нуклонов в ядрах рабочего вещества (в отличие от нейтрино, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света, и очень слабо взаимодействуют с веществом).

Предлагаемый источник энергии создать весьма непросто, однако вполне реально, поскольку не нарушается ни один из известных физических законов.

Добавление (1 октября)

I. Суть механизма работы источника энергии.

Единственный новый физический эффект, который используется в предлагаемом источнике энергии, - это совмещение анапольного момента нейтрино и магнитного момента нуклонов (другими словами, наложение тороидального магнитного поля нейтрино и магнитного поля нуклонов).

При совмещении данных моментов (наложении магнитных полей) выделяется энергия порядка 1 Мэв. За счет этой энергии осуществляется реакция обратного бета-распада, в которой нейтрино и нейтроны преобразуются в электроны и протоны. В результате преобразования нейтрона в протон, ядра рабочего вещества переходят границу протонной стабильности (рабочее вещество выбирается таким образом, чтобы данный переход имел место), после чего испытывают естественный бета-распад, в котором один из протонов превратится в нейтрон, и произойдет рождение позитрона.

В итоге, ядра рабочего вещества, совершив сначала вынужденный, а затем самопроизвольный бета-распад, возвратятся в исходное состояние, и при этом появится такое же количество пар электронов и позитронов: энергия данных пар и составит энергетический выход данного источника.

Подчеркну, что энергия образующихся в источнике электрон-позитронных пар имеет своим происхождением магнитную энергию, которая выделяется при взаимодействии анапольного момента нейтрино и магнитного момента нейтронов. Вырабатываемая источником энергия получается за счет преобразования магнитной энергии взаимодействия нейтрино и нейтронов сначала в энергию электрон-позитронных пар, а затем в любой другой вид энергии.

Таким образом, в данном источнике для получения энергии используется магнитная энергия, которая возникает, когда происходит совмещение анапольного и магнитного моментов нейтрино и нуклонов. Причина, по которой эта энергия до настоящего времени не была обнаружена, состоит в том, что в экспериментах исследовались исключительно релятивистские нейтрино, которые движутся со скоростью, близкой к скорости света, что делает невозможным указанное совмещение.

Предлагаемый источник не является «вечным двигателем». Для работы источника необходимо непрерывно затрачивать энергию для создания потока нейтрино, однако требуемая для этого энергия значительно меньше энергии, которая выделяется при взаимодействии анапольного и магнитного моментов нейтрино и нуклонов. Прирост энергии достигается за счет того, что в рабочий цикл включается энергия взаимодействия данных моментов: эта энергия и сводит энергетический баланс.

II. Основные утверждения, делающие реальным создание данного источника энергии.

Утверждение №1. У нейтрино имеется анапольный момент.

Теоретические модели (Дирака, Майораны) не запрещают анапольный момент нейтрино, что является веским аргументом в пользу его существования.

Экспериментальные данные также не накладывают ограничений на величину анапольного момента нейтрино, поскольку для его обнаружения требуется магнитное поле с чрезвычайно высокой степенью неоднородности (порядка размеров нейтрино). Искусственно создать такое поле невозможно, поэтому единственный способ обнаружить анапольный момент нейтрино заключается в том, чтобы обнаружить результат его взаимодействия с магнитным полем, создаваемым структурными частями нуклонов (если размеры данных частей и нейтрино совпадают).

Именно данное взаимодействие используется в предлагаемом источнике энергии.

Утверждение №2. Может быть создан источник нейтрино, скорость которых равна скорости нуклонов в атомных ядрах (в 3-4 раза меньше скорости света).

Теоретически, такая возможность очевидна, поскольку нейтрино обладает массой.

Практически, генерация нерелятивистских нейтрино может быть осуществлена с помощью эффекта, обратного эффекту аннигиляции. При столкновении фотонов террагерцового диапазона будут рождаться пары нейтрино-антинейтрино (подобно тому, как при столкновении гамма-квантов рождаются пары электрон-позитрон), а скорость нейтрино будет определяться тем, насколько энергия квантов излучения превышает массу нейтрино.

Утверждение №3. Анапольный момент нейтрино может быть совмещен с магнитным моментом структурных частей нуклона.

Совмещение возможно, поскольку объекты, обладающие анапольным моментом, имеют форму тора. При совпадении внутреннего диаметра тора (нейтрино) с диаметром структурной части нуклона, данные объекты способны проникать друг в друга. В результате такого проникновения, точки приложения анапольного момента нейтрино и магнитного момента данного элемента могут совпасть. Если направление моментов будет одинаковым, это и будет являться их совмещением.

Реально, совмещение будет иметь место, если ядра рабочего вещества будут поляризованы в направлении, обратном потоку нейтрино, и сечение магнитного взаимодействия нейтрино с нуклонами будет достаточно большим. Поляризация ядер рабочего вещества достигается благодаря использованию низких температур и сильных магнитных полей, а большая величина сечения - благодаря равенству скоростей нейтрино и нуклонов.

Заключительное замечание.

Прошедшим летом в конструкцию источника энергии внесено важное усовершенствование: разработан более эффективный тип генератора нерелятивистских нейтрино. Однако обсуждение этого вопроса способно отвлечь от рассмотрения физических принципов работы источника, поэтому изложение механизма работы нового генератора нерелятивистских нейтрино будет отложено «до лучших времен», когда встанет вопрос о практической реализации данного источника энергии.

Добавление №2 (6 октября)

Данный раздел имеет своей целью наглядное объяснение происхождения вырабатываемой источником энергии. Для этого сравним используемый в данном источнике процесс с хорошо известным процессом образования атома водорода при столкновении электрона и протона.

В исходном состоянии электрон и протон находятся на значительном расстоянии друг от друга, и энергия их взаимодействия близка к нулю. Затем электрону придается импульс в направлении протона. Когда расстояние между ними оказывается достаточно малым, электрон и протон начинают интенсивно притягиваться друг к другу и объединяются в атом водорода. Выделяемая при этом энергия излучается в виде фотонов определенной частоты.

В предлагаемом источнике используется аналогичный процесс, только электрон заменен на нейтрино, а протон – на нейтрон. Рассмотрим основные отличия данного процесса от аналога.

1. Нейтрино и нейтрон взаимодействуют посредством магнитного (а не электрического) поля. Вследствие этого, частицы будут притягиваться (и увеличивать за счет этого свою энергию) только в том случае, если анапольный момент нейтрино и магнитный момент нейтрона будут иметь определенную ориентацию: они должны быть ориентированы в одном направлении.

2. Нейтрино и нейтрон должны испытать непосредственный контакт (при образовании атома водорода такой контакт не требуется). Анапольный момент нейтрино создается магнитным полем, которое сконцентрировано внутри тороидальной структуры, поэтому может взаимодействовать с магнитным моментом нейтрона только при условии взаимопроникновения данных частиц.

3. Относительная скорость нейтрино и нейтрона должна быть близка к нулю (при столкновении электрона и протона это не обязательно, более того, при большой относительной скорости возможно осуществление обратной реакции к той, которая используется в данном источнике: электрон и протон преобразуются в нейтрино и нейтрон).

4. В результате взаимодействия, нейтрино и нейтрон теряют индивидуальность (в атоме водорода электрон и протон остаются теми же частицами) и преобразуются в электрон и протон.

5. Энергия, выделяющаяся в процессе магнитного взаимодействия нейтрино и нейтронов, тратится на преобразование в электрон и протон (а не на рождение кванта излучения).

Подчеркну, что генерируемая данным источником энергия имеет магнитную природу: энергия выделяется в результате магнитного взаимодействия анапольного момента нейтрино и магнитного момента нейтрона. Большая величина этой энергии объясняется тем, что происходит практически полное совмещение данных моментов (точнее, совмещение анапольного момента нейтрино с магнитным моментом структурной единицы нейтрона, а именно, магнитным моментом d-кварка).

Если допустить, что указанное совмещение действительно может быть реализовано и приводит к реакции обратного бета-распада, то далее все просто. В качестве рабочего вещества выбирается изотоп, ядра которого – при замене нейтрона на протон – оказываются за границей протонной нестабильности. Вследствие этого, образовавшиеся ядра испытывают естественный бета-распад, в результате которого возвращаются в исходное состояние и рождаются позитроны. В итоге, ядра будут вновь способны к осуществлению рабочего цикла, составленного из реакций индуцированного и естественного бета-распадов. Одновременно, будут появляться пары электрон-позитрон, энергия которых может быть преобразована в любой вид энергии.

Еще раз подчеркну, что электроны и позитроны будут образовываться за счет энергии, которая будет выделяться в процессе взаимопроникновения анапольного момента нейтрино и магнитного момента d-кварка (это аналог «падения» электрона на протон). Поскольку этот процесс совершается на масштабе много меньшем размера нуклона (тем более, размеров атома), то выделяющаяся энергия на много порядков превышает энергию, которая выделяется при «падении» электрона на протон. Данная энергия и используется в предлагаемом источнике энергии.

Как явствует из вышеизложенного, единственная принципиальная трудность на пути создания предлагаемого источника энергии заключается в создании достаточно мощного источника нерелятивистских нейтрино, который будет испускать интенсивный поток нейтрино, скорость которых будет иметь такую же, величину, как и скорость нуклонов в атомных ядрах.

Добавление №3 (10 ноября)

I. Цель данного раздела – еще раз описать суть предлагаемого источника ядерной энергии.

Данный источник можно рассматривать как представитель 3-его возможного типа источников ядерной энергии. В известных 2-х типах происходит либо деление, либо синтез ядер, тогда как в данном источнике ядра рабочего вещества будут совершать циклические преобразования. Ядра будут переходить из одного изобарного состояния в другое и обратно.

Рабочий цикл данного источника будет образован из 2-х процессов бета-распада, один из которых является естественным, а второй – обратным бета-распадом.

Реакция обратного бета-распада будет осуществляться с помощью низкоэнергетичных нейтрино. Требуемая энергия будет черпаться из энергии взаимодействия анапольного момента нейтрино с магнитным моментом нейтронов: в случае полного совмещения данных моментов, энергия взаимодействия будет иметь достаточную для осуществления реакции величину.

В реакциях обратного бета-распада будут рождаться электроны, и кроме того, ядра рабочего вещества приобретут дополнительную энергию. На следующей стадии цикла эта энергия будет высвобождаться в процессе естественного бета-распада, в котором будут рождаться позитроны.

В итоге, произойдет рождение электрон-позитронных пар, и ядра рабочего вещества возвратятся в исходное состояние, после чего рабочий цикл будет повторен вновь.

Энергия электрон-позитронных пар и составит энергетический выход данного источника. Подчеркну, что данная энергия будет черпаться из энергии магнитного взаимодействия анапольного момента нейтрино с магнитным моментом нейтронов.

В основу работы предлагаемого источника энергии положено совместное использование реакций естественного и обратного бета-распадов, которые образуют рабочий цикл данного источника. Реакция обратного бета-распада осуществляется за счет магнитного взаимодействия (а не за счет кинетической энергии нейтрино, как в известном канале реакции обратного бета-распада).

Макроскопическим аналогом используемого в данном источнике процесса магнитного взаимодействия нейтрино с нуклоном является взаимодействие тороидального соленоида с намагниченным сердечником: функцию сердечника выполняет нейтрон (точнее, часть нейтрона, которую естественно отождествить с d-кварком), а функцию соленоида – нейтрино. При изменении положения сердечника относительно центра соленоида будет изменяться энергия их взаимодействия, и это изменение может быть использовано для получения энергии.

Интересно, что аналогичная схема магнитных полей имеет место в токамаке.

В результате совместного осуществления реакций естественного и обратного бета-распадов будут получаться электрон-позитронные пары, что позволит вырабатывать на выходе источника непосредственно электрическую энергию. Одновременно будет вырабатываться и тепловая энергия, которая будет получаться в результате преобразования энергии гамма-излучения, возникающего вследствие аннигиляции позитронов и электронов.

Энергия, за счет которой будут образовываться электрон-позитронные пары и, соответственно, будет формироваться энергетический выход источника, имеет магнитную природу: это энергия взаимодействия анапольного момента нейтрино с магнитным моментом нейтронов.

Именно энергия магнитного взаимодействия нейтрино с нейтронами является той энергией, которая преобразуется данным источником в электрическую и тепловую энергию. В обычных условиях данное взаимодействие не имеет место, и эта энергия не проявляет себя. В предлагаемом источнике энергии условия взаимодействия будут выполняться, благодаря чему будет происходить высвобождение данной энергии и преобразование ее в полезные виды энергии.

Коэффициент полезного действия данного источника будет определяться тем, какая доля генерируемых нейтрино будет принимать участие в описанных реакциях. Если эта доля будет приближаться к 1, т.е. каждое нейтрино будет инициировать рождение одного электрона, то к.п.д. будет близок к теоретическому значению, равному отношению масс электрона и нейтрино.

Подчеркну, что дополнительная энергия будет браться из энергии магнитного взаимодействия нейтрино и нуклонов: именно энергия этого взаимодействия является той энергией, которая используется для достижения в данном источнике положительного энергетического выхода.

В процессе работы данного источника рабочее вещество будет оставаться, в среднем, неизменным, а продуктами работы источника будут являться пары электрон-позитрон. Вследствие этого, в данном источнике будет практически полностью отсутствовать радиоактивные отходы: по степени экологичности данный источник приближается к возобновляемым источникам энергии.

Еще одним достоинством является отсутствие в рабочем цикле свободных нейтронов: это делает невозможным использование данного источника энергии для производства ядерного оружия.

II. С целью лучшего понимания механизма работы предлагаемого источника энергии, рассмотрим более подробно следующие вопросы:

1. основные отличия данного источника от известных источников ядерной энергии,

2. основные возражения, против данного источника,

3. основные трудности, стоящие на пути создания источника.

1. Наиболее характерное отличие данного источника от известных 2-х типов источников ядерной энергии заключается в том, что в данном источнике ядра рабочего вещества будут осуществлять циклическое изменение, тогда как в известных источниках используется либо деление, либо синтез ядер. Циклические изменения ядер рабочего вещества будут состоять в переходах ядер из одного изобарного состояния в другое и обратно.

Еще одно отличие данного источника от известных источников состоит в физической природе вырабатываемой энергии. В известных источниках ядерной энергии прирост энергии возникает благодаря уменьшению энергии связи нуклонов, составляющих ядра рабочего вещества (за счет деления, или объединения ядер). В данном источнике энергия будет вырабатываться в процессе преобразования ядер рабочего вещества. Одна из стадий этих преобразований (а именно, реакция обратного бета-распада) будет совершаться за счет магнитного взаимодействия нуклонов с нейтрино. Энергия данного взаимодействия и представляет собой тот запас энергии, из которого будет сформирован энергетический выход данного источника.

2. Главное возражение заключается в том, что нейтрино обладает чрезвычайно высокой проникающей способностью и не способно вызвать реакции обратного бета-распада в том количестве, которое требуется для практического применения.

Данное возражение было бы справедливо, если бы использовались нейтрино, скорость которых близка к скорости света. Однако в данном источнике будут использоваться нейтрино, скорость которых совпадает со скоростью нуклонов в ядрах рабочего вещества. Такие нейтрино способны осуществлять реакцию обратного бета-распада посредством магнитного взаимодействия, благодаря наличию у них анапольного момента. Сечение данного взаимодействия можно сделать достаточно большим, если скорость нейтрино будет достаточно точно совпадать со скоростью нуклонов.

Еще одно возражение: анапольный момент нейтрино в настоящее время не обнаружен. Однако все проведенные эксперименты предполагали наличие у нейтрино дипольного магнитного момента, тогда как анапольный момент может быть обнаружен только в экспериментах, где будут созданы условия, подобные тем, которые будут иметь место в данном источнике энергии.

3. Основная трудность создания данного источника заключается в том, чтобы научиться осуществлять процесс обратного бета-распада с достаточно высокой интенсивностью.

В данном источнике эта трудность будет преодолена благодаря тому, что в реакции будут участвовать нерелятивистские нейтрино, которые способны взаимодействовать с ядрами рабочего вещества резонансным образом. Это позволит сделать рабочий объем данного источника энергии относительно небольшим.

Создание предлагаемого источника энергии требует включения в конструкцию источника принципиально нового устройства: источника низкоэнергетичных (нерелятивистских) нейтрино. Основное требование к генерируемым нейтрино состоит в том, чтобы скорость нейтрино совпадала со скоростью нуклонов в атомных ядрах (пучок нейтрино должен быть «монохроматичными», причем должна иметься возможность модулировать скорость нейтрино).

Еще 2 условия реализации данного источника энергии - это использование низких температур и сильных магнитных полей, чтобы соответствующим образом поляризовать ядра рабочего вещества.

После выполнения всех перечисленных условий, можно будет приступать к экспериментам по обнаружению у нейтрино анапольного момента, и созданию прототипа данного источника энергии.