Внешний фактор радиоактивного распада

on 08 May 2008.

 

Овладение человечеством ядерной энергией - самое значительное событие двадцатого века. Быть может, и конец человечества будет связан с этим событием.

Но, как бы то ни было, в процесс жизнедеятельности оказалась вовлечена огромная энергия. Ослабла зависимость развития от ископаемых энергоносителей, произошел пересмотр стратегических политических интересов, произведен уклон экономики в сторону наукоемких и интеллектуальных технологий.

Можно делить историю человечества на этапы завоеваний различными империями жизненных пространств, а можно прослеживать ее по этапам освоения энергии.

Последнее, по мнению автора, предпочтительней, потому что качество жизни находится в прямой зависимости от той энергии, которая приходится на душу населения.

Автор предлагает Вашему вниманию тему, решение которой могло бы  повлиять на использование ядерной энергии.

Гипотеза, которую развивает автор, звучит так:

Процесс радиоактивного распада вызывается внешним фактором.  

Собственно, факторов таких можно назвать несколько.

На роль кандидатов в факторы инициации радиоактивного распада подходят космические частицы. Конечно же, наличие подобных частиц не может не влиять на процесс, но и без них распад проходит. Несмотря на то, что некоторые виды космического излучения обнаруживают себя и в глубоких шахтах и под водой (например, мезоны) интенсивность их так мала, что вряд ли может быть запускающим фактором  распада. Регистрация одной-двух частиц в течение нескольких секунд скорее опровергает, чем  доказывает факт инициации этими частицами распада.

Мы знаем, что космические лучи могут инициировать распад некоторых веществ. Мы можем, следовательно, сделать вывод, что увеличение потока таких лучей (например, поместив пробное вещество на вершине горы или на спутнике) приведет к уменьшению времени распада. Но мы не можем со 100 процентной уверенностью сказать, какая именно частица или квант оказались инициаторами распада и не можем объяснить громадное различие времен распада.  То есть термин "космические лучи" необходимо детализовать. Очевидно, что корпускулярный фактор не может быть инициирующим фактором. Излучение же как известной природы, так и гипотетической представляет собой интересный объект для исследования.

Вполне подходящим фактором распада может быть нейтрино. На один квадратный метр поверхности каждую секунду должен приходить поток  нейтрино 7х1014 (Дагаев М.М., Чаругин В.М. Астрофизика, М., Просвещение,  1988 г., с.48). В процессе распада многих радиоактивных веществ было давно обнаружена "потеря" некоторого количества энергии. Эту недостающую энергию уносит, как было предположено, нейтрино. Как предполагается,  оно излучается не ядрами, а продуктами распада. Если бы после излучения нейтрино происходило резонансное поглощение другими ядрами, то процесс радиоактивного распада зависел бы от количества взятого радиоактивного вещества. До сих пор, как известно автору, не установлена зависимость скорости распада от количества и геометрии образца.

Продукты распада будут поглощаться в толще самого вещества. Поэтому только малый поверхностный слой являлся  объектом анализа. Между тем ясно, что излученные частицы могут явиться  фактором инициации распада соседних ядер (какова бы ни была вероятность  этого события, но она пропорциональна размеру образца и его геометрии).  Поэтому следует ожидать, что размеры взятого образца являются фактором, в  некоторой степени влияющим на скорость распада.

Уран, плутоний и торий - ядерное горючее - делятся, поглощая нейтроны. У этих веществ как раз скорость реакции зависит и от массы, и от геометрии образцов, потому что в ходе деления опять испускаются нейтроны, вызывающие последующие деления. Именно эти вторичные нейтроны определяют скорость реакции, поэтому и важно их не потерять.

Предположим, есть возможность изменить время распада радиоактивных элементов, если поместить их в зону, где поток излучения нейтрино значительно  превышает фоновый.  Такие условия есть в непосредственной близости от ядерных  реакторов. Если удастся найти ряд веществ, распад которых инициируется  именно нейтрино, то наши возможности по детектированию нейтринного излучения  значительно расширятся. А возможность получить энергию при этом распаде открывает очень заманчивые перспективы. И лучше всего, если это вещество будет радиоактивным, чтобы по степени изменения скорости распада можно было судить о ходе реакции. В 1955 году Рейнес и Коуэн обнаружили, что в непосредственной близости от реактора проходит реакция протон + антинейтрино = позитрон + нейтрон. Хотя эта реакция идет с очень малым сечением, но она идет! Причем возможна и другая реакция: нейтрон + нейтрино= протон + электрон.И протон, и нейтрон входят в состав ядра, следовательно, нейтрино действительно является катализатором-инициатором реакций распада.

Б. Понтекорво предложил когда-то способ обнаружения нейтрино по регистрации атомов аргона, образующихся при взаимодействии хлора с нейтрино. Выявить несколько десятков атомов на сотни литров раствора, избавиться от влияния космического излучения, обработать полученные данные - все это делает подобные опыты достаточно дорогостоящими, а результаты иногда сомнительными. Зарегистрированных реакций от солнечного излучения, например, не хватает, чтобы  объяснить механизм энерговыделения на Солнце (или свойства нейтрино отличаются от ожидаемых).

По крайней мере, мы обоснованно предполагаем, что некоторые вещества претерпевают процесс радиоактивного превращения под действием нейтрино. Сейчас  эти вещества  используются в нейтринных телескопах для регистрации солнечного излучения. Достаточно ли обосновано предположение, что нейтрино влияет на все вещества, что оно является фактором радиоактивного распада, может решить только опыт.

Если бы не было громаднейших различий у изотопов в периодах распада, то,  очевидно, не возникали бы и контрдоводы против гипотезы о влиянии нейтрино на  процесс распада.

Автор может объяснить подобные различия в периодах распада таким образом.Предположим, что в некоторых ядрах возникают структуры, резонансно поглощающие нейтрино. Предположим также, что вероятность создания таких структур различна у ядер с разным количеством нейтронов и протонов.  Количество сочетаний, в которые могут вступить нуклоны ядер с большим атомным весом достаточно многообразны. Если вероятность  события

(встречи нейтрино с резонансной структурой) велика, то, следовательно, и распад ядра будет происходить с большей скоростью. Если же вероятность создания некоторого сочетания нуклонов в данном месте ядра достаточно мала, то и время распада будет очень велико. Какое это именно сочетание, и нуклоны ли виноваты в нем - это представляется достаточно сложным вопросом. Тот факт, что из многих радиоактивных ядер выбрасываются альфа-частицы подсказывает, что именно такое сочетание нуклонов является резонансно поглощающей структурой. Кроме того, ядра с четным количеством протонов и нейтронов (четно-четные) являются более стабильными, чем четно-нечетные или нечетно - нечетные. Можно объяснить это тем, что множество идентичных структур успевают передать друг другу нейтрино и, в конце концов, переизлучить его в другом направлении без распада. Если ядро гелия (альфа частица) действительно есть резонансно поглощающая нейтрино структура, то в объеме гелия должно нарушаться Максвелловское распределение по скоростям, должны быть обнаружены частицы с аномальной энергией. Поддержание гелия в условиях строгой термоизоляции должно выявить  необъяснимое поступление энергии из пространства.

Подобный опыт может быть проделан вообще со всеми стабильными веществами с целью выявить резонансные структуры. В ходе опыта, возможно, придется искать также и резонансные температуры, когда образец выявляет аномальные свойства - выделяет тепла больше, чем к нему поступает. Ясно, почему для этого опыта необходимо брать стабильные вещества: надо быть уверенным, что поступление тепла не связано с радиоактивным распадом.

Можно настроить тысячи контуров на рядом находящуюся радиостанцию, заставить полученную энергию работать на активную нагрузку, то есть выделять тепло, залить эти контура эпоксидной смолой и написать "образец №"- непременно будет зафиксировано повышение температуры образца в условиях строгой термоизоляции. Почему тогда мы не можем при многообразии приемников (различных веществ) попытаться найти резонансные структуры, поглощающие космическое излучение?

Современные средства могут позволить обнаружить контраст температур образцов при их строгой термоизоляции в десятитысячные доли градуса (и менее). Успех в этом направлении исследований просто неизбежен, то есть, по мнению автора у некоторых образцов будет зафиксирована температура, превышающая равновесную со средой (фоновую).

 Известно, что многие вещества распадаются с такой скоростью, что трудно объяснить их распад с помощью того количества нейтрино, который мы ожидаем получить от всех космических источников.  Объяснение, по мнению автора, состоит в том, что возможна цепная реакция распада. То есть, продукты распада одного ядра являются  все же запускающим фактором для распада другого.

Возможно также, что есть и другие факторы, вызывающие распад.

К таким факторам может быть отнесен  гравитационный квант.

Изменение массы ядер и те громадные ускорения, которые они получают в ходе  распада, должны сопровождаться излучением такого кванта.  Количество таких квантов в пространстве должно быть столь колоссально, что может объяснить любой, самый быстрый распад. Как предсказывает теория, этот квант должен менять метрику пространства.  Нестабильное ядро, попавшееся такому кванту на пути, испытает деформацию,  растяжение, поэтому ядерные силы на некоторый момент будут ослаблены, что и  может вызвать ускоренный распад.

Теряет ли при этом квант свою энергию или нет - это неизвестно. Можно  предположить, что проникающая способность гравитационных квантов аналогична  проникающей способности нейтрино- некоторые ученые даже отождествляют их.

Гравитационный квант,  излученный некоторым ядром в момент его распада, может и поглотиться аналогичным ядром и вызвать его распад, в ходе которого опять излучится квант и т.д., то есть он может выступать катализатором распада, не исчезая в ходе реакции.

Если, действительно, в ходе ядерных реакций излучается подобный квант, то нет места лучше, чем под реактором, для его регистрации. Поток  квантов должен быть настолько значителен, что есть надежда зарегистрировать его и с помощью датчиков Вебера (это массивный цилиндр с нанесенными на него пьезоэлементами - деформация цилиндра вызовет всплеск напряжения на  пьезоэлементах), и другими инструментами.

При суммарном воздействии квантов должна меняться макро-метрика пространства, должны проявиться эффекты анизотропии пространства, в одних направлениях свойства пространства  должны отличаться от свойств в других направлениях.

Процесс течения времени в условиях гравитационного излучения должен  измениться. А это повлечет за собой изменение многих физических явлений. Можно лишь догадываться, каковы будут проявления этих эффектов. Автор предполагает, что в некоторых направлениях будет изменяться, например,  частота света. Самым замечательным явлением будет изменение скорости света  в различных направлениях от реактора. Интерферометр Майкельсона, например, под ядерным реактором может зафиксировать эту анизотропию

Гравитационные кванты должны вызывать флуктуации свойств пространства. Ничто не представляется автору столь интересным, как изучение подобных  эффектов. От свойств пространства зависит ход многих процессов.  В пространстве с несколько другими свойствами, чем наше, не только будет проще  провести фантастические эксперименты, но, быть может, некоторые явления только и  возможны, как в пространстве с измененными свойствами.

Представим себе, например, что (в соответствии с признанными теориями) действительно происходит изменение метрики пространства. Расстояние между  некоторыми двумя точками пространства может изменяться - увеличиваться (и  тогда возможен распад ядер), но ведь может и уменьшаться также (и тогда возможно слияние протонов или дейтронов). Возможность проведения термоядерных реакций при  пониженных температурах есть значительнейшая тема для анализа. Признается ведь возможным мезонный катализ  термоядерного синтеза, когда мезон образует с  протоном (или дейтроном) своеобразный атом, размеры которого во много раз  меньше атома с электроном; при сближении двух таких атомов возможно слияние  их ядер при комнатной температуре, потому что расстояния между ними соответствуют действию ядерных сил.

Тем более вероятен синтез в  плазме, через которую проходит поток  гравитационных квантов. Вопреки кулоновским силам отталкивания воздействие подобного кванта сблизит реагирующие ядра до таких расстояний, когда начинают действовать ядерные силы. Вероятность подобного процесса, очевидно, будет зависеть как от величины потока гравитационных квантов, так и от температуры плазмы. Чем выше температура, тем ближе сойдутся частицы. Это предварительное сближение завершится  слиянием при воздействии гравитационного кванта.

Вопрос, есть ли такие кванты в природе, и почему их никто не искал у ядерного реактора (тот же Вебер, например), можно объяснить крайней неясностью всего того, что связано с гравитацией.

Если признавать, что материальное тело, движущееся с ускорением, должно  излучать гравитационные волны (кванты), то неизбежен вывод, что при тех  колоссальных ускорениях, которые наблюдаются при распаде частиц в реакторе, этих квантов  должно быть более, чем достаточно. Именно в микромире процессы протекают с такими ускорениями, которые никогда не могут быть достигнуты в макромире. При этом должны излучаться гравитационные кванты.

Несмотря на то, что  величина (энергия) подобного кванта будет мала, но огромное число таких квантов может вызывать действие на вещество, аналогичное действию высокоэнергичного кванта. Таков, например,  известный эффект многофотонной ионизации, когда одновременное воздействие большого количества фотонов, каждый из которых не может в отдельности ионизовать атом, приводит все же к ионизации атома, к отрыву электрона.

Любое макротело состоит из атомов и молекул. Гравитационное излучение макротела состоит из минипорций излучений этих атомов или молекул. Интерферируют ли эти волны (кванты), суммируется ли их действие, или же они не подчиняются известным законам - пока не ясно. Но известно, что макротело ведет себя как одна огромная частица: совокупность действия огромного числа гравитационных квантов проявляется как действие одного кванта (или когерентного излучения). Все атомы в движущемся макротеле движутся совокупно с одним и тем же ускорением,  то есть макротело излучает монохроматический поток квантов, поэтому и действие их должно проявляться как суммарное.

И так же, как и в случае нейтрино, можно попытаться найти структуры, резонансно поглощающие гравитационные кванты. Проверке  должны быть подвергнуты все стабильные вещества, твердые, газообразные или жидкие при различных давлениях и температурах. Эффект, очевидно, будет проявляться в превышении температуры образца над фоновой. В  таком случае появляется возможность черпать энергию из поступающего излучения, получать ее из космоса. Для ядерного реактора применение подобных резонансных веществ может позволить повысить К.П.Д., увеличить отбираемую от реактора мощность.

Доказано, что ни температура, ни воздействие магнитных или электрических полей не влияют на процесс распада. Однако доступные человечеству поля смехотворно малы по сравнению с полями в ядре. Наличие гравитационных квантов может вызывать сомнение. Способность нейтрино инициировать распад всех радиоактивных веществ экспериментально не подтверждена.

Но есть один параметр, который возможно создать такой величины, что он станет фактором распада. Это ускорение.

Представим себе  энергичный луч ионов радиоактивного вещества, который бомбардирует какую-то мишень. В ходе торможения возникают ускорения и силы, сравнимые с самыми сильными взаимодействиями в ядре (превосходящие их!). Громадные инерционные силы не могут не оказать влияние на процесс распада нестабильных ядер. Встряска ядра, взбалтывание его содержимого неизбежно приведет к тому, что некоторые структуры его, более прочные, чем окружающие их поля, вылетят из ядра. Для некоторых веществ такой процесс может сопровождаться значительным выделением энергии, многократно превышающим энергозатраты на ускорение. Существование изомеров (то есть совершенно идентичных веществ  с разными периодами распада) косвенно подтверждает подобную гипотезу. Возбужденное ядро изомера оказывается более нестабильным, чем его невозбужденный аналог. Энергия возбуждения при этом порядка мегавольта, что вполне достижимо на  современных ускорителях.  Значительные ускорения могут быть получены и в обращенной схеме, когда пучок каких либо ионов бомбардирует нестабильное вещество.

Если нестабильные ядра действительно распадаются в ходе возникающих ускорений (а в этом не может быть никаких сомнений, потому что вся физика высоких энергий как раз и базируется на изучении столкновений ускоряемых частиц с мишенями, и нет ни одной частицы, ни одного вещества, которое бы не претерпевало каких либо изменений в ходе бомбардировки), то подобный реакторбудет, быть может, самым простым энергопоставщиком. Он позволит вовлечь в процесс производства энергии громадные объемы радиоактивных отходов (или, по крайней мере, избавиться от них).

Происходит ли процесс радиоактивного распада "сам", без воздействия внешнего  фактора, или же этот фактор необходим, может быть проверено только в ходе  эксперимента.

В реактор загружаются сотни тонн ядерного горючего. В ходе реакций образуется множество различных изотопов, каждый из которых имеет свой характерный вид распада, со своим специфическим рядом превращений. То, что происходит в  реакторной зоне, красиво выглядит лишь в учебниках. Но полной ясности о процессах мы  не получим, быть может, никогда.

         Автор говорил о том, что на процесс радиоактивного распада оказывает влияние внешний фактор. Тогда многократно этот фактор увеличит свое воздействие при скорости частиц, приближающихся к световой (за счет Доплер эффекта). Луч релятивистских радиоактивных частиц представляет собой самый простой ядерный реактор для получения энергии.  Радиоактивные частицы, ускоренные до релятивистских скоростей, должны распадаться быстрее!  

      Причем мы, быть может, никогда и не узнаем, что это за фактор! Доплер эффект увеличит частоту встречи быстродвижущейся частицы с эти фактором. Поля ли это, кванты, частицы - кто знает? Быть может, это частицы самого Времени...

И ведь как просто это проверить!

Процесс получения энергии - это требование экономики, а не науки. Но для того мы и пытаемся умнеть, чтобы использовать большие силы природы в своей жизнедеятельности и меньше тратить своих сил. Строительство как промышленных, так и научных реакторов и ускорителей представляется  насущной необходимостью.

Там, где происходит процесс выделения огромной энергии, не только меняются свойства пространства, что влечет за собой изменение проявления всех физических законов - там находится дверь в  будущее, которое, конечно же, светло и прекрасно.