О строении ядер.

О строении ядер.
В.А.Лекомцев.
Данная работа является составной частью книги «Ядерная физика сверхнизких энергий»
( теоретические основы алхимии) и продолжением работы « О внутренней структуре
элементарных частиц) опубликованной на сайте http://www.sciteclibrary.ru/rus/
О ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРЕ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ
Для анализа ядерных превращений необходимо иметь представление о структуре ядер.
В настоящий момент рассматриваются две основных модели – это капельная модель, в
которой рассматривается поведение ядерной жидкости, состоящей из связанных протонов
и нейтронов без детализации природы ядерных сил. И оболочечная модель, в которой
предполагается относительное движение частиц по определенным орбитам под действием
ядерных сил, о которых можно получить информацию после определения структуры
элементарных частиц. [1,2,8].Использование этих моделей позволяет получить кое-какие
результаты, но дальнейшее развитие вызывает необходимость более детального описания
строений ядер. В данном случае предлагается использовать кластерную модель ядер, т.е.
без детализации природы ядерных сил будем считать, что протон и нейтрон способны
взаимодействовать с образованием устойчивого ядра дейтерия. В качестве частиц
организующих связи можно рассматривать частицы типа сектон или октон . (см. « О
внутренней структуре элементарных частиц») или любую другую нейтральную частицу
на связанных электрон-позитронных парах. Такое ядро способно последовательно
присоединять такие же частицы с образованием новых ядер, которые будут иметь свою
пространственную конфигурацию, и формировать новые ядра, аналогично тому, как это
происходит при формировании молекул. Основным взаимодействием между нуклонами
будет взаимодействие между протоном и нейтроном. Общие физические принципы
позволяют проанализировать эволюцию ядерных структур и получить информацию о
строении ядер. Итак, простейшим ядерным образованием является ядро дейтерия (np),
которое способно образовать два новых ядра легкого изотопа гелия и трития
3
2He
– (pnp)
1Н
3
- (npn)
Анализ структуры этих ядер показывает, что для легкого изотопа гелия возможно лишь
одно устойчивое состояние в виде линейного ядра, в котором силы кулоновского
отталкивания протонов компенсируются связями протон нейтрон. Для ядра трития
возможно три структурных состояния
3
1Н
3
1Н
3
1Н
- (npn) – симметричное расположение нейтронов относительно протона,
- (pnn) – несимметричное расположение нейтронов относительно протона,
- Δ - замкнутая цепочка нейтронов и протонов – самое устойчивое состояние ядра, в
котором кроме связи протон нейтрон образуется дополнительная связь между
нейтронами. При разрыве одной из связей ядро не распадается, а образует одну из своих
структурных модификаций. Два первых ядра можно считать промежуточными стадиями
существования основного ядра трития.
Можно привести несколько структурных модификаций и для ядра 2Не4, чтобы
представить себе сложности при определении структуры более сложных ядер.
- ( n 2Не3) -ядро гелия, которое образуется присоединением нейтрона к легкому изотопу.
- 1Н1Δ1Н3 - ядро гелия, которое образуется присоединением протона к замкнутому ядру,
трития, который образуется из ядра лития.
- □ 2Не4 - замкнутое кольцо цепочки последовательно соединенных протонов и
нейтронов. Самая устойчивая конфигурация ядра. Все предыдущие конфигурации можно
рассматривать как промежуточные стадии существования устойчивого ядра гелия.
Литий
Для лития следует начать перечень с линейной структуры присоединения протона к ядру
гелия 2Не3.
- ( p 2Не3) – легкое линейное ядро лития 3Li4.
- ( d 2Не3) – легкое линейное ядро лития 3Li5
- ( Т 2Не3) – линейное ядро лития 3Li6, может иметь три варианта из-за разных
модификаций ядер трития.
- p Δ1Н3 Δ1Н3 – ядро лития 3Li7, состоящее из двух замкнутых ядер трития и протона,
- d Δ1Н3 Δ1Н3 - – ядро лития 3Li8, состоящее из двух замкнутых ядер трития и дейтрона.
- Δ1Н3 Δ1Н3 Δ1Н3 – ядро лития 3Li9 содержащее три замкнутых ядра трития. Это ядро
можно считать ядерным аналогом металлического водорода. В принципе его можно
получить из жидкого гелия 2Не6 или жидкого трития при сверхвысоких давлениях.
Вопрос о времени жизни такого ядра остается открытым.
- p □ 2Не4 - ядро лития 3Li5, образовано протоном и замкнутым ядром гелия.
- d □ 2Не4 - ядро лития 3Li6, образовано дейтроном и замкнутым ядром гелия, самая
устойчивая конфигурация ядра 3Li6,
- t □ 2Не4 - ядро лития 3Li7, образовано тритием и замкнутым ядром гелия.
- Δ1Н3□ 2Не4 - самая устойчивая конфигурация ядра лития 3Li7.
- □1Н4□ 2Не4 - ядро лития 3Li8, полуфабрикат для порождения ядер Ве8,
- p □1Н4□1Н4 - ядро лития 3Li9 полуфабрикат для порождения ядер Ве9,
- d □1Н4□1Н4 - ядро лития 3Li10 полуфабрикат для порождения ядер В10,
- t □1Н4□1Н4 – ядро лития 3Li11 полуфабрикат для порождения ядер В11,
- □1Н4□1Н4□1Н4 - ядро лития 3Li12, полуфабрикат для порождения ядер С12,
Если рассматривать дальнейшую эволюция формирования ядер, видно, что основная
тенденция для четных ядер это последовательное присоединение замкнутой
конфигурации ядер гелия к каркасу. При этом устойчивость такого каркаса обеспечивают
нейтроны в центре этого каркаса. Поэтому для бериллия имеем ядра
Be8
- □□ , Ве9 - □ n □, Be9 - □dt.
Для углерода
C12
- □□□,
С13 - □□n□,
С14 - □ n □ n □.
На примере весьма устойчивого ядра углерода можно рассмотреть природу валентности
атома. Кристаллическая структура ядра имеет 4 протона в углах связанных альфа частиц,
которые будут экранироваться электронами. Эти электроны и будут определять
химические связи с другими атомами.
Наличие трех альфа частиц способно создать ориентационную модификацию весьма
устойчивого ядра углерода в виде трехгранной пирамиды, которое способно породить
дальнейшую модификацию всех ядер, создав параллельную цепочку формирования
ядерных структур.
C12
- (□□□)Δ
Для кислорода имеем 4 связанные альфа частицы
О16
- □□□□,
О17 - □□n□□,
О18 -□n□n□n□.
Для такой структуры ядра его химические свойства будут аналогичны ядру углерода, т.е.
такое ядро можно обнаружить в углеводородных соединениях по разнице в массе
вещества.
О16 - □(□□□)Δ
Последнее ядро является наиболее устойчивым и по структуре имеет 2 не симметричных
протона, поэтому атом кислорода с таким ядром двухвалентен. Линейную структуру
можно считать промежуточным продуктом ядерной структуры. Учитывая химические
свойства атомов кислорода ядра с такой структурой имеют максимальную концентрацию
и позволяют сделать вывод, что основным источником кислорода являются ядра углерода.
Наличие четырех альфа частиц способно создать ориентационную модификацию весьма
устойчивого ядра кислорода в виде куба, которое способно породить дальнейшую
модификацию всех ядер, создав параллельную цепочку формирования ядерных структур.
О16 - (□)□
Наличие трех структурных модификации ядра позволяет сделать вывод о механизме
реакций образования ядер.
Для неона
Ne20
Ne21 - □□□n□□,
-□□□□□,
Ne20 - □(□□□)Δ□
Ne22 -□□n□n□□.
Ne20 - □(□)□
Для нечетных ядер
3Li
7
- Δ□
10
5B
- d□□
11
5B
7
N14- - Δ□□□,
7
N14- - Δ(□□□)Δ
9
F19 - Δ□□□□,
9
- Δ□□
7
N15 - Δ□n□□
9
F20 - Δ□n□□□
F19 – Δ(□□□)Δ□
9
F19 – Δ(□)□
Таким образом происходит формирование ядер первой группы таблицы Менделеева.
Основным структурным элементом является замкнутый каркас ядра гелия или альфа
частицы для четных ядер и ее сочетание с замкнутым кольцом ядра трития для нечетных
ядер. Неустойчивые изотопы этих элементов порождаются присоединением к этим
устойчивым конфигурациям протонов, нейтронов, ядер дейтерия или трития, а также
неустойчивых изотопов гелия.
Особо следует рассмотреть ядро неона. Линейное структурное образование из альфа
частиц неустойчиво, легко присоединяет к себе нейтроны и распадается. Но если
рассмотреть симметричное расположение ядер в виде центрального каркаса с четырьмя,
окружающими его ядрами гелия, то можно предположить его большую устойчивость.
Видно, что при такой конфигурации возможно присоединение всего избыточных двух
нейтронов с образованием трех устойчивых изотопов неона
Ne20 - (□□□□□)+
- +
Ne21
- (□□n□□□)+ - n+
Ne22 - (□n□□□n□)+ - n + n
Такая конфигурация ядра является основой для формирования ядер второй группы
таблицы элементов.
Для ядер второй группы имеем устойчивые ядерные каркасы
23
11Na
- Δ+
23
11Na
- Δ□(□□□)Δ□
Na23 - Δ□(□)□
Видно, что дальнейшая эволюция углеродного каркаса приводит к формированию
несимметричных ядер, которые становятся неустойчивыми. Поэтому дальнейшую
цепочку присоединения альфа частиц к таким ядрам можно не рассматривать, а вместо
него использовать составное ядро из двух ядерных каркасов ядра углерода.
12
12
Mg24 - □+
Mg24 - □□(□)□
12
Mg25 - □(n+)
12
12
Mg26 - □(n+n)
Mg24 - (□□□)Δ(□□□)Δ
В подтверждении этих выводов можно привести результаты экспериментов по
возбуждению ядерных уровней магния протонами [ ], по которым можно определить
относительную концентрацию структурных модификаций ядер магния. Видно, что
количество таких модификаций превышает 7 или 8. Поэтому необходимо принимать во
внимания и модификации с одиночным каркасным ядром углерода.
13
Al27
- (Δ +□)+ - устойчивая трехмерная крестообразная конфигурация.
13
Al27
- Δ□□(□)□ – на ядерном каркасе кислорода
13
Al27
- Δ(□□□)Δ(□□□)Δ - на двойном ядерном каркасе углерода.
28
14Si
29
14Si
- (□+□)+ - устойчивая трехмерная крестообразная конфигурация.
- (□n+□)+
14Si
30
- (□n+n□)+
28
14Si
- □□□(□)□ – на ядерном каркасе кислорода.
28
14Si
- (□□□)Δ(□)□ – на ядерном каркасе углерода и кислорода.
- □(□□□)Δ(□□□)Δ - на двойном ядерном каркасе углерода.
28
14Si
К этому следует добавить и несколько модификаций на одиночном углеродном каркасе с
различной ориентацией альфа частиц по отношению к ядерному каркасу углерода.
Приведенный перечень структурных модификаций показывает принцип формирования
ядер. В процессе эволюции ядро достигает наиболее устойчивой конфигурации, которая
становиться основой для формирования более сложных ядер. Не приводя дальнейший
перечень структурных модификаций принцип построения которых понятен, необходимо
отметить ряд интересных ядерных структур, которые порождают новую ветвь
формирования ядер, взяв за основу крестообразную основу формирования ядер.
15Р
31
- Δ (□+□)+
16S
32
- □(□+□)+
16S
32
16S
33
- □(□n+□)+
34
16S
- □(□n+n□)+
- (□)□(□)□ – двойной ядерный каркас кислорода.
35
17Cl
- Δ (□+□)+□
36
18Ar
- □(□+□)+□
36
18Ar
35
17Cl
37
18Ar
- Δ (□n+□)+□
- □(□n+□)+□
37
17Cl
38
18Ar
- Δ (□n+n□)+□
- □(□n+n□)+□
40
18Ar
- □n(□n+n□)+n□
- (□□□)Δ(□□□)Δ(□□□)Δ – тройной ядерный каркас углерода.
Ядро аргона в отличии от неона имеет трехмерную крестообразную конфигурацию с
удлиненной формой лучей в виде последовательной цепочки из двух альфа частиц или
замкнутых каркасов ядер гелия. Видно, что наличие таких цепочек является ловушкой для
нейтронов, поэтому четные ядра насыщаются нейтронами. Ядро аргона является
каркасным основанием для формирования ядер третьей группы таблицы элементов.
По аналогии для третей группы имеем следующую последовательность устойчивых
конфигураций ядерных каркасов.
19К
39
– Δ(□(□+□)+□)+
40
20Са
45
21Sc
46
22Ti
– □(□(□+□)+□)+
44
20Са
– □(□n(□n+n□)+n□)+
- Δ(□n(□n+n□)+n□)+□
- □(□n(□n+n□)+n□)+□
22Ti
48
- □n(□n(□n+n□)+n□)+n□
Формирование ядер Ca и Ti происходит не наращиванием длины лучей крестообразной
конфигурации, а путем создания перемычек между лучами, формируя ядро сферической
геометрии. В одной плоскости это заполнение заканчивается на ядре железа для
обозначения структуры которого можно использовать знак Fe - ☼ , т.е. для обозначения
структуры ядра хрома можно использовать знак
Cr - (☼ - □□)) и соответственно
для титана Ti - (☼ - □□□).
В соответствии с этим
для ванадия V - Δ(☼ -□□),
для марганца Mn - Δ(☼ - □)
для кобальта Co - Δ☼ , т.е. ядро кобальта отличается от ядра железа только наличием
дополнительного кластера - ядра трития,
для никеля Ni - □☼ , ядро никеля отличается от ядра железа только наличием
дополнительного кластера ядра гелия, или альфа частицы,
для меди Cu - Δ☼□, а медь отличается от ядра железа только наличием двух кластеров
– ядра трития и альфа частицы,
для цинка Zn - □☼□, если к ядру железа присоединить две альфа частицы, то будем
иметь ядро цинка.
Процесс заполнения сферической оболочки заканчивается на цинке, поэтому для этого
ядра должно соответствовать максимальное количество нейтронов в устойчивом каркасе,
а именно 30Zn 66-68 . Увеличение количества нейтронов в ядре приводит к тому, что такое
ядро становиться менее устойчивым, чем ядро железа. Дальнейшее формирования ядер
элементов в этой группе происходит по аналогии с первой и второй, только в качестве
основы формирования ядер используется сферическое ядро цинка.
69
31Ga
- Δ(□☼□)
71
31Ga
72
32Ge
- □(□☼□)
74
32Ge
75
33As
- Δ(□☼□)□
76
34Se
- □(□☼□)□
79
35Br
– Δ(□(□☼□)□)
80
36Кr
– □(□(□☼□)□)
78
34Se
-- Δ(□n☼n□)
- □(□n☼n□)
- □(□n☼n□)□
80
34Se
- □n(□n☼n□)n□
И для четвертой группы имеем полную аналогию с третьей. На ядре последовательно
образуется крестообразная конфигурация, на которой образуется вторая сферическая
оболочка между лучами. Полное заполнение второй сферической оболочки,
формирование которой заканчивается на кадмии,
Cd - (□☼□)☼
т.е. уже для индия имеем структуру
- Δ(□☼□)☼
113
49In
114
50Sn
- □(□☼□)☼
121
51Sb
- Δ(□☼□)☼□
122
52Te
- □(□☼□)☼□
127
53I
– Δ(□(□☼□)☼□)
128
54Xe
– □(□(□☼□)☼□)
Для пятой группы –полная аналогия с третьей и четвертой группой. Формирование
третьей оболочки заканчивается на ртути
200
80Hg
- ((□☼□)☼)☼
203
81Tl
- Δ((□☼□)☼)☼
- □((□☼□)☼)☼
206-208
82Pb
209
83Bi
- Δ((□☼□)☼)☼□
192-218
84Po
- □((□☼□)☼)☼□
196-219
85At
– Δ(□((□☼□)☼)☼□)
200-226
54Rn
– □(□((□☼□)☼)☼□)
Видно, что сферическая конфигурация с третьей оболочкой приводит к большой
насыщенности ядра нейтронами. Ядра становятся неустойчивыми и распадаются с
выбросом альфа частиц.
Лантаноиды.
Формирование сферической структуры ядра предполагает длительное пребывание
ядерного каркаса в среде насыщенной ядрами гелия при температурах 5-6 МэВ. В
реальных ситуациях возможно формирование составных ядер, когда одно из ядер имеет
не заполненную сферическую оболочку, а другое ядро имеет избыточную альфа частицу
вне сферической оболочки. В качестве примера можно привести ядро никеля и ядро
германия.
60-64
28Ni
- □☼
72-74
32Ge
- □(□☼□)
В результате их соединения образуется составное ядро неодима c большим недостатком
нейтронов, которое переходит в устойчивое ядро церия
132-138
60Nd
- (□☼□)(□☼□)
132-138
58Се
- (☼□)(□☼□), которое в свою очередь можно рассматривать как составное
ядро, содержащее ядро цинка и никеля, с большим избыточным содержанием нейтронов.
Скрещивание ядер попарно позволяет получить весь ряд ядер элементов от лантана до
лютеция. Следует отметить, что такое скрещивание возможно и с элементами следующей
группы, у которых не полностью заполнена вторая оболочка, т.е. аналогом никеля в
следующей группе является палладий, который может присоединить к себе ядро кремния
102-110
46Pd
- (□☼)☼
28-30
14Si
- (□+□)+
В результате, получаем структурную модификацию ядра неодима c большим недостатком
нейтронов, которое после серии присоединений к себе дионов и квадронов переходит в
устойчивое ядро церия.
- (□☼□)☼(+□)+
130-140
60Nd
-(□☼□)☼(+□)+, которое в свою очередь можно рассматривать как составное
ядро, содержащее ядро кадмия и магния, с большим избыточным содержанием
нейтронов. При распаде такого ядра получаться именно такие элементы. При
рассмотрении формирования такого ядра возможно большое сочетание различных
ядерных каркасов, которые несут информацию о последовательных механизмах
формирования данной ядерной структуры. Изучая процессы деления можно получить
информацию о процентном соотношении той или иной структурной модификации ядра и
о соотношении элементов в месте зарождения этого элемента. Вполне возможно
химическое разделение этих структурных модификаций, так как химические соединения
будут вести себя аналогично в первом случае соединениям никеля, во-втором случае –
соединениям магния или бария.
130-140
58Се
Актиноиды.
По аналогии с лантаноидами в актиноидах происходит формирование составных ядер из
ядерных каркасов элементов четвертой и пятой группы. Действуя по аналогии, вместо
никеля используем палладий, а вместо германия его аналог олово. В результате получаем
102-110
46Pd
96Cm
- (□☼)☼
216-234
50Sn
114-124
- □(□☼□)☼
- (□☼□)☼(□☼□)☼
После серии распадов получаем, составное ядро тория,
216-234
90Th
- (☼)☼(☼)☼,
которое будет распадаться на два ядра кадмия или близкие ему по атомным весам.
Присоединения к тяжелому изотопу этого ядра альфа частицы, дает устойчивый изотоп
ядра урана.
238
92U
- □(☼)☼(☼)☼,
для которого также возможны структурные модификации. Распад этого изотопа будет
давать два осколка деления близкие по массам к ядру кадмия.
Для элементов пятой группы находим, что аналогом палладия является платина, к ядру
которого способно присоединится ядерный каркас ядра серы
192-198
78Pt
- ((□☼□)☼-□)☼
16S
32-36
- □(□+□)+
В результате получаем легкое ядро изотопа плутония
224-234
94Pu
- ((□☼□)☼)☼(□+□)+
которое после нескольких распадов также превращается в изотоп тория
224-234
90Th
- ((☼)☼)☼(□+□)+
Способный распадаться на ртуть и кремний или магний, т.е. возникает структурный
аналог с полностью заполненной третьей оболочкой, который способен породить
устойчивый изотоп урана
238
92U
- □((☼)☼)☼(□+□)+
Это каркасное ядро будет делиться на тяжелое ядро свинца и легкое ядро кремния.
И еще одну структурную модификацию можно получить путем скрещивания ядер
лантаноидов с ядрами элементов третьей группы.
132-138
58Се
- (☼□)(□☼□)
72-74
32Ge
- □(□☼□)
В результате получаем легкий изотоп ядра тория.
204-212
90Th
- (□☼□)(□☼□)(□☼□) - (□☼□)Δ
которое можно представить как каркас из трех составных ядер цинка. Видно, что такая
конфигурация ядер может иметь кольцевую структуру составных ядер и быть хорошей
ловушкой для нейтронов. Такое ядро будет распадаться на три осколка. Приведенные
примеры показывают, что возможно множество сочетаний составных ядер из различных
ядерных каркасов. В данном случае рассмотрены наиболее устойчивые структурные
образования. В качестве подтверждения этих выводов можно привести данные по
распаду популярного в определенных кругах легкого изотопа 92U235 под воздействием
тепловых нейтронов
Видно, что максимум осколков приходится на ядерные каркасы с массовым числом 95 и
145, что соответствует ядрам стронция и цезия, ядрам с самой слабой упаковкой ядерного
каркаса, обладающих наименьшей плотностью. Разделение изотопов по плотности
приводит к увеличению концентрации ядерных структур со слабыми связями. Видно, что
диапазон структурных модификаций лежит между ядрами лантаноидов и ядром брома.
Самыми устойчивыми структурами или обладающие максимальной плотностью являются
ядра с атомным весом 115, что соответствует ядрам близким к кадмию. В данном случае
это распределение характеризует либо самую сильную связь в ядре, либо минимальную
концентрацию таких ядер в системе, связанную с процессом разделения ядер по
плотности. В качестве еще одного примера можно привести аналогичное распределение
осколков для других тяжелых ядер элементов.
Видно, что практически для всех этих элементов ядерные каркасы остаются примерно
одинаковые. Штриховыми линиями показано существующее предположение о
заполнение ядерных оболочек, что не соответствует результатам распада. Можно считать
эти кривые экспериментальным подтверждением о полном заполнении оболочек для
элементов с атомным весом 70 и 115, т.е. для цинка и кадмия. Для тяжелых элементов
самым устойчивым каркасом является составное ядро из каркасных ядер ксенона. При
рассмотрении самых тяжелых осколков деления можно заключить, что для образования
тяжелых ядер актиноидов основанием служат более тяжелые лантаноиды. Если для
данных кривых не происходил отбор изотопов по плотности, то кривые позволяют
оценить разницу между энергией взаимодействия тяжелых каркасов и взаимодействием
между альфа частицами в составных каркасных ядрах цезия и стронция.
Составные ядра.
По аналогии с актиноидами и лантаноидами для всех тяжелых ядер возможны
структурные модификации в виде составных ядер. Рассмотрение целесообразно начать с
уникального ядра золота. Это самое устойчивое сферическое тяжелое ядро имеет
заполненную третью ядерную оболочку, поэтому химически инертно, и имеет
единственный устойчивый изотоп. Его аналогами являются ядро серебра с полностью
заполненной второй оболочкой и медь, с полностью заполненной первой оболочкой. Если
попытаться создать составное ядро на базе аналогов, то для серебра дополнительным
каркасным ядром является ядра изотопов германия.
47Ag
107-109
- (Δ☼□)☼
70-72
32Ge
- □(□☼□)
В результате получаем структурную модификацию серебряного золота
179
79Au
- (Δ☼□)☼□(□☼□)
В виде составного ядра серебра и цинка связанного альфа частицей. Плотность такого
вещества будет немного меньше, чем у золота с заполненной третьей оболочкой. Будет
хуже теплопроводность и электропроводность из-за не симметрии ядра. Будет отличаться
и температура плавления, что можно использовать в качестве одного из методов
разделения. По структуре ядра такое ядро золота напоминает ядро 92U235, т.е. способно
делиться под действием тепловых нейтронов и может быть использовано в качестве
безопасного ядерного горючего, не дающего радиоактивных изотопов.
Еще одним элементом четвертой группы способным породить структурную модификацию
ядра золота является палладий, для которого дополнительным каркасным ядром является
мышьяк.
46Pd
104
- (□☼)☼
75
33As
- Δ(□☼□)□
В результате получаем структурную модификацию палладий - мышьякового золота
179
79Au
- (Δ☼□)☼(□☼□)□
в виде составного ядра сильно связанных ядер серебра и цинка со свободной альфа
частицей. По физическим свойствам такое ядро будет похоже на ядро свинца или висмута.
Для меди каркасным дополнением для создания структурной модификации ядра золота
является олово.
65
29Cu
- (Δ☼□)
114
50Sn
- □(□☼□)☼
В результате получаем структурную модификацию медно - оловянного золота
179
79Au
- (Δ☼□)□(□☼□)☼
в виде составного ядра меди и кадмия с полностью заполненными оболочками, связь
между которыми осуществляется с помощью альфа частицы. Плотность такого вещества
будет немного меньше, чем у золота с заполненной третьей оболочкой. Будет хуже
теплопроводность и электропроводность из-за не симметрии ядра. Будет отличаться и
температура плавления, что можно использовать в качестве одного из методов
разделения. По структуре ядра такое ядро золота напоминает ядро 92U235, т.е. способно
делиться под действием тепловых нейтронов и может быть использовано в качестве
безопасного ядерного горючего, не дающего радиоактивных изотопов. По аналогии
можно реализовать еще одно ядро с такой же атомной массой, взяв за основу ядро
кобальта и теллура
59
27Co
120
52Te
- Δ☼
- □(□☼□)☼□
В результате получаем структурную модификацию
- (Δ☼□)(□☼□)☼□
179
79Au
В таком ядре организована достаточно сильная связь между двумя каркасными ядрами
меди и кадмия со свободной несимметричной альфа частицей. Физические свойства
такого ядра будут близки к ядрам свинца или висмута.
Еще одной структурной модификацией может быть составное ядро, образующееся из
никеля и сурьмы
28Ni
58
121
51Sb
- □☼
- Δ(□☼□)☼□
В результате получаем структурную модификацию никель - сурмяного золота
179
79Au
- (Δ☼□)(□☼□)☼□
которое весьма похоже на предыдущий вариант. Продолжая дальнейшее рассмотрение
можно подобрать еще по две пары из элементов третьей и четвертой группы, это родий
селен, и рутений –бром, а также интересную пару железо - иод.
56-58
26Fe
127-129
53I
- ☼
– Δ(□(□☼□)☼□)
В результате получаем структурную модификацию железо – иодного золота.
183-187
79Au
- ☼Δ(□(□☼□)☼□)
которая близка к структуре составного ядра кобальта с теллуром, но в отличии от
предыдущего при распаде будет давать именно эти элементы. Эта структура имеет
вакантное место для заполнения, которое можно заполнить ядерным каркасом, например,
кремния, как самого распространенного элемента. В результате получаем составное ядро
радиоактивного элемента нептуния
211-215
93Np
- (□+□)+☼ (Δ(□(□☼□)☼□))
которое будет распадаться на цирконий и иод, или после длительных процессов
превращения протонов в нейтроны, трансформируется в какой-нибудь легкий
радиоактивный элемент. Известно, что месторождения золота расположены в местах
добычи и радиоактивных элементов.
Все перечисленные составные ядра имеют значительный недостаток нейтронов, поэтому
после серии распадов превращаются в составные ядра лантаноидов. Все эти структурные
модификации являются вариантами редкоземельных элементов и по свойствам могут
напоминать золото, но не являются действительными ядрами золота. Следует отметить,
что во всех месторождениях золота можно найти ядерные каркасы этих структурных
модификаций. Возможно, и для любого состава золота можно найти эти примеси в
настоящем золоте. Если предположить, что в средние века алхимики могли получать
золото, то, по-видимому, они получали именно такие структурные модификации, которые
вполне можно было бы принять за золото.
Настоящее золото с заполненной третьей оболочкой можно получить либо
последовательным заполнением этой оболочки альфа частицами начиная от гафния или
тантала. Последним этапом в этом процессе будет превращение платины в золото. Либо
ядерным разложением ртути, свинца или висмута.
Сверхтяжелые элементы.
Приведенные рассуждения позволяют прогнозировать возможность существования
составных ядер сверхтяжелых элементов. Наиболее простым способом получения таких
ядер – это попытка организации ядерной связи между ядром железа и свинца.
56-58
26Fe
- ☼
206-208
82Pb
- □((□☼□)☼)☼
В результате можно получить составное ядро для 108 элемента.
262-266
108Hs
- ☼□((□☼□)☼)☼
Попытки получения таких ядер в ускорителях при встречных взаимодействиях тяжелых
ионов приводит к тому, что ядро имеет большую кинетическую энергию и при
столкновениях с любой нейтральной частицей распадается на фрагменты, ядро ртути и
железа с высвобождением альфа частицы. Но если это ядро организовать в результате
распада составного ядра циркония, содержащего ядерные каркасы железа и кремния.
90
40Zr
- (□+□)+☼
При облучении такого ядра электронами или протонами низких энергий в результате
распада образуется ядерные каркасы ядер кремния и железа сравнительно небольших
энергий, но способных инициировать ядерные реакции с ядром свинца с образованием
сравнительно устойчивых ядер
245-246
96Cm
- (□+□)+□((□☼□)☼)☼
262-266
108Hs
- ☼□((□☼□)☼)☼
Малые энергии продуктов реакции, возможно, позволят получить большое время жизни
сверхтяжелых элементов, по сравнению с ускорительными методами их получения.
В данном случае рассмотрена возможность получения тяжелых составных ядер из
элементов 3 и пятой группы. Если рассмотреть фрагменты распада известных тяжелых
радиоактивных изотопов, то можно сделать вывод, что в основном при синтезе таких
составных ядер в природе используются элементы четвертой группы.
Представляет интерес создание тяжелых элементов из элементов четвертой и пятой
группы. Аналогом железа в пятой группе является осмий, который способен участвовать в
создании составных ядер из элементов четвертой группы. Поэтому можно
прогнозировать ряд устойчивых элементов с зарядом ядра 76 + (49- 53) = 125-129. Такие
элементы проще всего получать в сплаве радиоактивных ядер тория, урана или плутония с
благородными металлами – осмием, иридием или платиной. При облучении тепловыми
нейтронами такого сплава продукты распада будут образовывать составные ядра с
ядрами благородных металлов. Таким методом можно организовать промышленное
производство сверхтяжелых элементов.
Самыми тяжелыми элементами можно прогнозировать будут элементы, созданные из
каркасных ядер элементов пятой группы. Наиболее вероятными ядрами для таких
составных ядер будут ядро осмия и свинца. В результате получаем ядро
206+188=394
158Mhn
- ((☼)☼)☼ □((□☼□)☼)☼
Процесс получения таких ядер можно организовать путем разложения ядер, полученных в
предыдущем процессе в сплаве с благородными металлами.
Вопрос устойчивости таких ядер, а также их практическая ценность остается открытым.
В рассматриваемой структуре ядер возникает вопрос о состоянии и нахождении большого
количества избыточных нейтронов в ядрах тяжелых элементов. Решению этого вопроса
посвящены следующие рассуждения, связанные с неупругим рассеянием нейтронов на
ядрах и анализом месбауровских спектров излучения ядер.
Определение энергии связи нейтронов по мессбауровским спектрам ядер.
Полное сечение взаимодействия нейтронов с железом в диапазоне энергий 1-100кэВ.
Резонансное взаимодействие нейтронного кластера 2n с самым популярным
месбауровским уровнем 14.4кэВ. В связи с эти все параметры процесса достаточно
хорошо изучены. Ядро железа 26Fe56 захватывает нейтрон и превращается в ядро более
тяжелого изотопа 26Fe57 c излучением кванта 14.4кэВ, который поглощается на другом
ядре 26Fe57 с высвобождением нейтрона. Сдвиг по частоте из-за отдачи ядра при
излучении кванта компенсируется импульсом, передаваемым ядру при соударении.
Нейтрон снова захватывается ядром 26Fe56 с высвечиванием кванта 14.4 кэВ. Это
соответствует процессу резонансной диффузии. Известно время жизни возбужденного
состояния, т.е. задержка импульса переизлучения после прихода резонансного импульса
излучения от внешнего источника. (Период полураспада уровня). Это время равно
97.81нс. Но его можно трактовать как время свободного состояния нейтрона. За это время
он способен преодолеть расстояние d = vt = 1.38 108 E1/2 97.81 10-9 = 37см при энергии
нейтронов 10кэВ в случае свободного пролета или λ = 1/(nσ) = 2мм с учетом
столкновений в твердом веществе. Этот процесс можно зарегистрировать в виде
аномального распространения резонансного излучения через толстые стальные мишени
или в виде появления резонансных нейтронов в тонких мишенях. Учитывая поглощение
излучения с энергией 14.4 кэВ в объеме металла, такой процесс имеет сильный
затухающий характер и едва заметен на фоне упругого рассеяния нейтронов в виде
небольшого пика на кривой полного сечения нейтрона в районе 10 кэВ. При больших
концентрациях ядер 26Fe57 происходит захват второго нейтрона с образованием кластера
2n связанного с ядром железа 26Fe56 с образованием изотопа 26Fe58. При энергии
нейтронов больше энергии связи кластера 2n с ядром железа равной 29 кэВ происходит
его отрыв. Имея большую массу, такой кластер быстрее теряет энергию и поглощается
ядрами 26Fe56 с образованием ядер 26Fe58 и высвечиванием кванта с энергией близкой к
30 кэВ. Такие кванты имеют большую длину пробега в металле, поэтому процесс
поглощения более заметен. Кроме того такие кванты способны инициировать отрыв
нейтронов от ядер 26Fe57 интенсифицируя процесс. В результате в объеме происходит
накопление ядер 26Fe57 и 26Fe58. Можно привести природное соотношение этих изотопов
в железе 2.2% и 0.28%, которое накапливается в результате облучения фоновыми
нейтронами. Рассматривая этот процесс в дальнейшей последовательности, следует
рассмотреть присоединение кластера 2n к ядру 26Fe58 с образованием ядер 26Fe60 с
периодом полураспада 3 105 лет и слабым процессом β излучения с энергией частиц
близкой к 100кэВ. Можно предположить, что энергия отрыва кластера 4n равна 60кэВ.
Хорошо известна вторая линия месбауровского спектра поглощения 137 кэВ на ядрах
57
60
26Fe , которую можно связать с излучением ядер 26Fe при последующей возможности
отрыве кластера 8n от ядра с образованием
52
26Fe
(8.2 часа + 5.6 суток, e+( 0.8) γ(0.165, 2х 0.511, 0.74)) 24Cr52
В отсутствии внешнего источника излучения процесс идет естественным путем распада и
приводит к появлению в объеме ядер 27Со60 ( 5.27года, e(1.48), γ(1.173, 1.332)) и далее
устойчивого ядра 28Ni60. Возможность протекания такого процесса обеспечивается
источником гамма квантов с энергией 150-200кэВ. Можно предположить, что при
наличии такого источника будет происходить разрушение нейтронных кластеров до
свободных нейтронов с интенсификацией процессов. Для регистрации свободных
кластеров можно использовать источник с энергией квантов 14.4 кэВ. В этом случае
процесс будет проистекать с наработкой только тяжелых изотопов. Основным
механизмом появления нейтронов будет их резонансное высвобождение из ядер 26Fe57, и
эффективность трансмутации будет определяться концентрацией таких ядер в металле.
Рассматривая этот процесс можно сделать следующие выводы.
1. Избыточные нейтроны в ядре находятся в виде связанных нейтронных кластеров.
2. В связанном состоянии такие кластеры имеют устойчивую форму.
3. Энергию связи кластеров с ядром можно определить по месбауровским спектрам
поглощения гамма квантов.
4. Энергия связи одного нейтрона равна примерно 10 -15 кэВ.
5. Энергия связи нейтронного кластера 2n равна примерно 30 кэВ.
6. Энергия связи нейтронного кластера 4n равна примерно 60 кэВ.
7. Энергия связи нейтронного кластера 6n равна примерно 90 кэВ.
8. Энергия связи нейтронного кластера 8n равна примерно 120-140 кэВ.
9. Процессы присоединения и отрыва кластеров происходят с излучением и
поглощением резонансных гамма квантов соответствующих энергий.
10. Ядерные каркасы четных ядер состоят из связанных альфа частиц с энергией связи
более 6 МэВ и связями нейтронов 7-8МэВ.
11. Изомерные ядра определяются различным сочетанием в них нейтронных кластеров.
12. Процессы распада ядер определяются процессами распада нейтронов в нейтронных
кластерах.
Все приведенные рассуждения для ядра 26Fe57можно перенести на тяжелые изотопы
четных ядер 4Be9, 6С13, 8О13, 10Ne21, 12Mg25, 14Si29, 16S33, 18Ar37, 20Ca41, 22Ti45.
Мессбауровские уровни четных ядер.
Парадокс бериллия.
Можно привести основные данные, которые используются для анализа ядерных
процессов в бериллии. Известно, что бериллий является самым лучшим материалом для
размножения в различных источниках нейтронов.
9
4Be
+ n(>1.85) = 4Be8 +2n
8
4Be
= 2 2Не4 (5-6 МэВ)
9
4Be
9
4Be
+ 2Не4 = 6С12 + n + 5.7MэВ
(l = 37мкм)
+ γ( >1.66) = 2 2Не4 + n
Для начала рассмотрим процесс взаимодействия резонансных нейтронов 15 кэВ с ядрами
9
4Be . Предположим, что ядро бериллия имеет в своей структуре связанный нейтрон. Для
малых энергий нейтронов процесс идет в виде поглощения с образованием ядра 4Be10 (
106 лет, е(0.555)), 4Be11(13.8сек, е(11.5) γ( 4.67)) 5В11. Для энергий 30 кэВ, необходимой
для отрыва кластера 2n имеем наработку того же изотопа бора и ядра
12
12
4Be (0.012с 2е(11.7, 13,37) 6С . Энергии частиц в этих процессах весьма высоки и
быстрые частицы уходят из объема. В таких процессах бериллий выглядит обычным
поглотителем нейтронов и источником частиц с энергией больше 10 МэВ, которые
разваливают ядро на альфа частицы. Появление свободных альфа частиц вызывает
ядерную реакцию с образованием ядра углерода и нейтронов с энергией больше 5МэВ,
которые покидают объем инициировав несколько реакций деления ядер бериллия, т.е
бериллий в таком процессе является преобразователем нейтронов низких энергий в
нейтроны высоких энергий с коэффициентом умножения 2-3. Использование
резонансного источника гамма излучения с энергией 15 кэВ приводит к появлению
нейтронов низких энергий, которые просто поглощаются ядрами бериллия с образованием
долгоживущих ядер 4Be10. Появление двух альфа частиц в результате распада ядра
должно привести к ядерным реакциям появления углерода и нейтронов высоких энергий.
Обнаруженный экспериментально порог появления нейтронов только для гамма квантов
высоких энергий позволяет сделать заключение, что ядро бериллия не имеет связанного
нейтрона, а состоит из связанных ядер (2Не4, 1Н3, 1Н2). Поэтому порог выхода нейтронов
при взаимодействии с нейтронами и гамма квантами имеет близкие значения к порогу
выхода нейтронов из этих ядер. Аналогом ядра 26Fe57 можно считать ядро 4Be10, но если в
этом ядре находится незаполненное связанное ядро дейтерия, то энергия связи нейтрона с
таким ядром будет такой же как в ядре трития, и структура такого ядра будет выглядеть
как комбинация ядер (2Не4, 1Н3, 1Н3). Время жизни такого ядра определяется временем
распада ядра трития в связанном состоянии, которое оказывается значительно выше
времени жизни свободного трития. Таким образом, у бериллия нет месбауровского уровня
связи свободного нейтрона.
Месбауровские уровни углерода.
Ядра 6С13(1.1%) и 6С14(5570лет) (e(0.156) являются классическими месбауровскими
ядрами с нейтроном и нейтронным кластером 2n связанными с каркасным ядром из
альфа частиц. Энергии отрыва нейтронов соответственно 15 и 30 кэВ. Сечение
взаимодействия нейтрона с ядром с появлением нейтрона 0.5 10-27см2. Время свободного
состояния нейтрона 3 10-3с Время свободного существования 2n 0.9 10-3c. Период
полураспада 6С14 определяет время жизни нейтронного кластера 2n в связанном
состоянии. Взаимодействие ядра 6С14 с резонансными гамма квантами с энергией 30 кэВ
должно приводить к появлению свободных 2n кластеров с образованием ядер 6С16,
которые в результате двойного бета -распада должны привести к образованию ядер
кислорода 8О16. Но зарегистрирован распад 6С16( 0.74сек) с высвобождением нейтрона и
излучением высокоэнергетичных частиц в результате распада 6С15(2.5сек). Возможно, это
является зафиксированным процессом распада кластера 4n в связанном состоянии на
нейтрон и кластер 3n c последующим преобразованием его в ядро трития в связанном
состоянии. Вопрос о причине инициирования такого процесса остается открытым.
Идеальный материал для замедлителя нейтронов, имеющий всего один радиоактивный
долгоживущий изотоп 6С14, который на самом деле является скрытой причиной
возможных аварий на АЭС. При длительной эксплуатации реактора происходит
накопление этого изотопа. При возникновении импульсного повышения концентрации
нейтронов и гамма квантов он распадается с образованием кластеров 4n и наработкой ядер
16
15
6С ( 0.74сек) и 6С (2.5сек) с высвобождением нейтронов. Полное время увеличения
концентрации нейтронов составляет 3 -3.5 сек. Средства защиты не успевают сработать и
происходит сильный саморазогрев ядерного топлива с расплавлением элементов
конструкции. Можно предположить, что именно этот процесс явился причиной аварии на
Чернобыльской АЭС. Для устранения этого процесса необходимо контролировать
уровень бета излучения с энергией 0.156 МэВ в объеме графитовой сборки, использовать
графит с низким содержанием ядер 6С14, ограничивать срок использование графита с
заменой его на свежий, либо отработать технологию дезактивации графита импульсным
облучением нейтронами от внешнего источника в ультразвуковом поле в отсутствии
топлива в реакторе.
Месбауровские уровни кислорода.
Ядра 8О17(0.037%) и 8О18(0.2%) являются классическими месбауровскими ядрами с
нейтроном и нейтронным кластером 2n связанными с каркасным ядром из альфа частиц.
Энергии отрыва нейтронов соответственно 15 и 30 кэВ. Сечение взаимодействия
нейтрона с ядром с появлением нейтрона 0.5 10-27см2. Время свободного состояния
нейтрона 3 10-3с. Время свободного существования 2n 0.9 10-3c. Взаимодействие ядра
18
8О с резонансными гамма квантами с энергией 30 кэВ должно приводить к появлению
свободных 2n кластеров с образованием ядер 8O20(14cек + 11сек, e ( 5.41) γ(1.06, 1.63)),
которые в результате двойного бета -распада должны привести к образованию ядер неона
20
10Ne . В отличии от ядер углерода для тяжелых изотопов кислорода именно так и
происходит. Большая энергия электрона позволяет сбросить энергию образования
связанной альфа частицы из кластера 4n. Аналогично распадается ядро 8O19(29сек, e ( 4.6)
γ(0.13,1.06, 1.63) после присоединения нейтрона к 8О18 с образованием ядра фтора. В
данном случае три связанных нейтрона превращаются в связанное ядро трития. Ядра 8О17
и 8О18 используются в каротажной нейтронной диагностике скважин по остаточной
активности именно изотопов 8О19 и 8О20, но следует учесть, что время жизни этих
изотопов достаточно мало, поэтому регистрация их излучения через большой
промежуток времени будет свидетельствовать о наличии нейтронов или нейтронных
кластеров. Диагностика нейтронных кластеров может быть построена именно по
излучению этих изотопов. Вторым важным источником информации по реакциям с
ядрами 8О17 и 8О18 являются эксперименты, связанные с разработкой радиоизотопных
источников энергии на ядрах 94Pu238 при использовании в качестве горючего
высокотемпературные окислы. Наличие нейтронов в таких источниках является
нежелательным эффектом, поэтому возникает необходимость уменьшения их
концентрации. Как выяснилось в результате экспериментов, основной причиной
увеличения концентрации нейтронов является наличие ядер 8О17 и 8О18 в топливе. Можно
привести результаты этих экспериментов в виде таблицы соотношения выхода нейтронов
от концентрации ядер 8О17 и 8О18 в двуокиси плутония.
17
8О
0.003
0.01
0.02
0.06
%
18
8О
0.0016
0.027
0. 1
0.2
%
N н/сек г
2500
3700
4200
13000
15000
Увеличение концентрации нейтронов связывается с реакцией (α,n), но скорее всего это
связано с размножением нейтронов, т.е. эти ядра являются отличными размножителями
нейтронов и, возможно, нейтронных кластеров. Учитывая, что окислы металлов наиболее
распространенное состояние вещества в природе, то ядерные реакции ядер кислорода
одни из самых важных в любой цепочке реакций.
Месбауровские уровни магния.
Магний имеет типичные изотопы со связанными нейтронами n и 2n. Основной
особенностью этих изотопов является их рекордная концентрация в природных минералах
25
26
12Mg ( 10.11%) и 12Mg ( 11.29 %). Присоединение к ним кластеров 2n приводит к
образованию распадных изотопов 12Mg27(9.46 мин, е(1.75) γ(0.18, 0.84, 1.016) 13Аl27,
28
28
12Mg (21.2 часа + 2.31 мин, 2е(0.46, 2.85 ) γ(0.031, 0.4, 0.95, 1.35) γ(1.78) 14Si . Наличие
линии гамма квантов с энергией 31кэВ свидетельствует, что часть ядер распадается с
появлением кластера 2n и возвращение ядра в прежнее состояние 12Mg26. Именно этот
процесс и объясняет большую концентрацию ядер 12Mg25 и 12Mg26 в природной смеси
изотопов. Магний, поэтому, является самым лучшим источником нейтронных кластеров
2n для организации ядерных процессов с другими ядрами. Добавка магния к железу
соответствует условному увеличению концентрации ядер 26Fe58 до 10%, т.е. к значительно
более эффективному процессу наработки никеля, т.е. повышению скорости трансмутации
элементов. Можно рассмотреть процесс получения энергии в системе ВеМg c внешним
источником альфа частиц (Ро, Рu), гамма квантов (Na, Mn, Sb, Co, Sr, Cs) или нейтронов.
Наличие магния приводит к увеличению выхода нейтронов и появлению нейтронных
кластеров 2n,точно так же как это происходит с тяжелыми изотопами кислорода, но с
концентрацией таких изотопов в системе на 2 порядка большей, что по сути соответствует
работе источника на ВеD или BeO c тяжелыми изотопами кислорода.. Магний позволяет
обеспечить этот процесс без дополнительных операций наработки дейтерия и его
выделения. Отрыв кластеров от ядер гамма квантами и альфа частицами обеспечивает их
энергию для инициирования реакций ядер дейтерия с бериллием. Это соответствует
дополнительно усилить выход нейтронов и повысить интенсивность протекания реакций.
Использование магния позволяет увеличить концентрацию нейтронов в системе до
1010н/см3 и тепловыделение до уровня 1010107 103 1.6 10-19 = 1- 10 Вт/см3, т.е. до
тепловыделения, имеющего практический интерес. Такой реактор по уровню и составу
внешней радиации ( n(5, 14 МэВ) γ(4.5 МэВ)) будет полностью соответствовать
параметрам предполагаемого термоядерного реактора, на котором можно отрабатывать
радиационные меры защиты и окончательно решить вопрос, нужен ли нам такой источник
энергии.
Интересно рассмотреть возможность создания реактора на естественной концентрации
тяжелых ядер в составе окиси магния c внешним источником альфа частиц (Ро, Рu), гамма
квантов (Na, Mn, Sb, Co, Sr, Cs) или нейтронов. В таком реакторе размножение нейтронов
будет происходить в результате наработки радиоактивных изотопов магния и кислорода.
Концентрация в отсутствии размножения нейтронов альфа частицами будет
поддерживаться на уровне 106-108н/см3. Энергия нейтронов будет не превышать 30кэВ.
Тепловая энергия будет определяться в основном распадом радиоактивных внешних
источников и в процессе длительной работы при значительном увеличении концентрации
тяжелых изотопов может достичь 1 Вт/см3. Такой источник можно использовать только в
качестве источника нейтронов низких энергий со сравнительно небольшой энергией
излучения гамма – квантов. Большой тепловой выход можно ожидать при использовании
обогащенного по тяжелым изотопам магния и кислорода или при добавлении
размножителей нейтронов в виде D2O или ТiD. В природе минералом, содержащим
магний, является серпентин смесь окислов магния и кремния – основной минерал отвалов
никелевых месторождений. Следовательно никель является конечной стадией
трансмутации окислов магния и кремния.
Месбауровские уровни кремния.
Интерес к кремнию связан с тем, что это самый распространенный элемент в земной коре.
Имеет два устойчивых тяжелых изотопа 14Si29 ( 4.6%) и 14Si30 ( 3.1%), которые являются
потенциальными источниками нейтронов и нейтронных кластеров 2n, аналогично
изотопам кислорода и магния, которые при присоединении нейтронов образуют два бета
активных изотопа 14Si31 ( 157.3мин, e( 1.48) γ( 0.07, 1.26)) 15Р31 и
32
32
32
14Si ( 330 лет, e( 0.21) γ( 0.07, 1.26)) 15Р (14.2 дня, e( 1.71)) 16S
Большое время жизни ядра 14Si32 позволяет использовать его в качестве источника
нейтронного кластера 4n. Наличие в спектре 14Si31 γ( 0.07) свидетельствует о распаде ядра
32
14Si с образованием свободного кластера 4n. Такой кластер является ядерно активным
аналогом альфа частицы для организации трансмутации элементов при низких энергиях.
Следует отметить низкий уровень излучения, возникающий при ядерных реакциях
нейтронов с ядрами кремния. В сочетании с кислородом наличие такого кластера
приводит к быстрому образованию ядра 8O20(14cек + 11сек, e ( 5.41) γ(1.06, 1.63)) и
превращению его в устойчивое ядро 10Ne20 с уходом из объема. Добавка окислов кремния
к окиси магния приводит к значительному снижению уровня радиации в источнике
энергии на основе окиси магния за счет быстрого превращения радиоактивных изотопов
магния и кислорода в кремний и неон, т.е. делает такой источник экологически более
чистым, аналогичным минералу серпентину.
Месбауровские уровни серы.
Интерес к сере связан с тем, что это единственный из легких элементов в котором
экспериментально обнаружено появление альфа частиц при взаимодействии тепловых
нейтронов с ядрами. Это связано с тем, что сера имеет уже три устойчивых тяжелых
изотопа 16S33 (0.75%) 16S34 (4.21%) 16S36 (0.02%). Это полностью соответствует
рассуждениям, приведенным для ядер кремния. В отличие от кремния в сере значительно
легче провести процесс обогащения путем испарения легких изотопов. В вулканах это
происходит естественным путем, т.е. одним из основных элементов ответственных за
извержение вулканов являются тяжелые изотопы серы, которые годами накапливаются в
недрах и при случайном увеличении концентрации нейтронов, например, из потока
космических лучей инициируют цепочку трансмутации элементов с выделением энергии.
Извержение вулканов можно считать экспериментальным подтверждением выводов,
приведенных выше. Ядерные процессы с нейтронными кластерами проистекают
аналогично кремнию. Уход активных продуктов из объема обеспечивается конечным
продуктами ядрами 18Ar36 и 10Ne20. Причем аргон является самым лучшим источником
нейтронных кластеров 4n, так как в естественной смеси изотопов содержание 18Ar40
достигает 99.6%.
Месбауровские уровни кальция и титана.
Для кальция и титана достаточно привести лишь соотношение устойчивых тяжелых
изотопов в естественных минералах.
42
20Са (
0.647%) ,
43
20Са (
0.135%),
44
20Са (
2. 086%), 20Са46( 0.004%), 20Са48( 0.187%)
46
47
48
49
50
22Ti (8%), 22Ti (7.3%), 22Ti (73.8%), 22Ti (5.5%), 22Ti (5.4%).
Приведенный перечень показывает, что эти два элемента являются потенциальными
источниками нейтронных кластеров 4n, 6n, 8n c энергией связи близкими к 60 кэВ, 90кэВ,
120кэВ. Кластеры 6n и 8n соответствуют ядерно активным ядрам углерода и бериллия.
Идеальный элемент для организации трансмутации ядер. Малая концентрация тяжелых
изотопов кальция делает его главным поглощающим элементом таких кластеров.
Месбауровские уровни цинка.
Вторым элементом после серы, в котором экспериментально обнаружено появление
альфа частиц при взаимодействии с тепловыми нейтронами является цинк. Поэтому
приведем его состав в естественном соотношении изотопов.
64
30Zn (
48.6%), 30Zn66( 27.9%) , 30Zn67( 4.1%), 30Zn68( 18.8%), 30Zn70( 0.6%)
Действительно уникальный элемент в качестве источника кластеров 4n, 6n, 8n и 10n с
гораздо большей эффективностью, чем титан. С ним могут сравниться лишь ядра
криптона, циркония, палладия, олова и молибдена. Вот основной перечень элементов
пригодных для проведения реакций трансмутации элементов.
В качестве примера рассмотрим процесс трансмутации железа в присутствии ядер цинка
при небольшом фоне тепловых нейтронов. В процессе протекания ядерных реакций
будут возникать радиоактивные изотопы бета распада, которые инициируют отрыв
нейтронных кластеров допустим 8n от ядер тяжелых изотопов цинка. Нейтронные
кластеры присоединяясь к ядрам 26Fe56 образуют коротко живущие тяжелые изотопы,
которые успевают в расплавленном состоянии в сильном ультразвуковом поле про
взаимодействовать с соседним ядром с образованием составного ядра.
56
26Fe
+ 8n + 26Fe56 =
120
52Te
– устойчивый изотоп.
116
– устойчивый изотоп.
56
26Fe
+ 8n + 24Cr52 =
56
26Fe
+ 10n + 25Mn55=
51Sb
56
26Fe
+ 12n + 27Со59 =
123
53I
50Sn
121
– устойчивый изотоп
– устойчивый изотоп.
И так далее. Реакции обратимы. Процесс внутриядерной перестройки будет связан с
излучением большого количества гамма квантов с высвобождением энергии связи ядер.
Изучение таких реакций является конечной целью проведенных исследований. На
начальной стадии необходимо рассмотреть возможность проведения реакций с более
простыми природными веществами такими как SiO2 и СаО, серпентином в сочетании с
TiO2 и ZnS с естественными природными ископаемыми рутилом и цинковой обманкой.
Выпишем возможные полезные реакции в таких процессах.
24-26
12Mg
28-30
14Si
16
8O
+ n = 12Mg24 + 2n
+ 2n + 8O16 =
+ 2n +
16
8O
=
42-46
22Ti
16S
34
28-30
14Si
+2n + 6С12 =
40-44
20Са
42-46
22Ti
+ 2n + 8O16 =
30Zn
40-44
20Са
58-62
( 29Cu62 ,
28Ni
62
)
+2 n + 8O16 = 28Ni56- 58 ( 26Fe56 )
Эти реакции являются основными при формировании природных месторождений цинка,
никеля, железа из кремния и кальция. Для ускорения процесса к кремнию и кальцию
целесообразно добавлять окись титана и ZnS – цинковую обманку.
Месбауровские уровни нечетных ядер.
Основным отличием нечетных ядер является наличие в них связанного ядра трития,
аналогично ядру 3Li7 ( 2He4, 1H3) (92.5%), который как известно является основным
источником наработки этих ядер в результате ядерной реакции
3Li
7
+ (d,р,γ,α) = 2He4 + 1H3 + (d,р,γ,α)
Для тепловых нейтронов имеем распад лития
3Li
7
+ n = 22He4(0.176cек, 1.6 МэВ) +e(13МэВ)
Благодаря этой реакции в природе не появляются ядра 4Be8.
Соответственно ядро 3Li6 (2He4, 1H2)(7.5%) можно рассматривать как связанное с альфа
частицей ядро дейтерия. Реакцию
3Li
6
D +n = 22He4 + n
Можно привести в качестве примера реализации т.я. (DT) реакции с дейтроном в
связанном состоянии. Реакция является основной для реализации простейшего т.я.
взрыва. Источником нейтронов для ее реализации является взрыв ядерной бомбы.
Особенностью ядра бора является то, что в отличии от лития в нем имеются две связанные
альфа частицы, которые связанны с ядром дейтерия или трития 5B10 (22He4D)(20%) и
11
4
5B (22He Т)(80%). Первое ядро является хорошим поглотителем нейтронов , а второе при
поглощении нейтронов дает иногда три альфа частицы, но в основном переходит в ядра
углерода с выбросом весьма энергичных частиц 5B12(0.02с, e(13МэВ) γ(4.43)) 6С12.
Характерная реакция для всех нечетных ядер. К счастью для нас азот имеет малую
концентрацию тяжелых изотопов 7N14 (32He4D) (99,6%) 7N15 (32He4T) (0.4%), поэтому
является хорошим поглотителем нейтронов. А фтор имеет сто процентную концентрацию
тяжелого изотопа 9F19 (42He4T ) (100%) и нестабильный изотоп 9F18 (42He4D ) (е. з.) 8O18.
Его нестабильность связана с тем, что ядро становиться несимметрично и протон в ядре
дейтерия отталкивается кулоновскими силами каркасного ядра до электронных орбит
атома. Это приводит к захвату электрона с орбиты с образованием связанного
нейтронного кластера 2n. Также характерная реакция для нечетных ядер. В результате у
следующих элементов остается лишь по одному устойчивому ядру 11Na23( 52He4T )(100%),
27
4
31
4
13Al ( 6 2He T )(100%), 15Р ( 72He T )(100%). И только у хлора появляется месбауровский
уровень с нейтронным кластером 2n 17Cl35 ( 82He4T )(75.77%) 17Cl37 ( 82He4T 2n )(24.23%).
А вот здесь стоит остановиться поподробнее, так как лучшее термоядерное горючее
живых организмов 11Na23 17Cl37 D2 8O18, т.е. раствор поваренной соли в самой тяжелой из
тяжелых вод. При появлении фоновых тепловых нейтронов три ядра из четырех являются
источниками кластеров 2n низких энергий
( 52He4T ) ( 82He4T 2n )( 2 1Н2)( 4 2He42n) +n = 11Na23 17Cl35 Н2 8O16 + 6 (2n)
Которые способны инициировать следующие реакции
23
11Na
+ 2n = 11Na25(59.6 cек, e(3.83)γ(0.39, 0.58,0.98)) 12Mg25 –основная реакция для
наработки тяжелого изотопа магния. Аналог td – реакции на связанном тритии и
нейтронном кластере.
37
17Cl
+ 2n = 17Cl39( 55.6 мин e(3.45) γ(0.246, 1.27, 1.52)) 18Ar39(269лет, e(0.565))
18
8O
+ 2n = 8O20(14cек + 11сек, e ( 5.41) γ(1.06, 1.63)) 10Ne20 – аналоги dd- реакции на
двух нейтронных кластерах.
2
1Н
+2n = 2He4 + e (4-5МэВ) + γ( ?) - аналог dd – реакции на нейтронном кластере.
Кроме того происходит размножение нейтронов на быстрых частицах и нейтронных
кластеров, которые частично поглощаются с увеличением концентрации тяжелых
изотопов. Такая среда является природным источником и размножителем кластеров 2n
способных инициировать ядерные реакции в других ядрах. При концентрации нейтронов
на уровне 104 -106 н/см3 тепловой выход реакции может составить
106 5 106 1.6 10-19 = 10-7Вт/см3, т.е. едва заметен на фоновой концентрации нейтронов. Для
живых организмов это может оказаться достаточным. Как известно магний является
основным элементом в хлорофилле, т.е. в отсутствии достаточного количества магния
растения, по-видимому, способны накапливать его в результате ядерного преобразования
из натрия. При повышении концентрации нейтронов от внешнего источника до 10 10 н/см3
эти процессы могут быть использованы в качестве промышленных источников тепловой
энергии. Эти ядерные процессы, возможно, являются процессами формирования
месторождений титана и магния на известковых меловых морских отложениях.
Условием работы такого реактора является размножение нейтронных кластеров 2n, т.е.
они должны освобождаться из ядер с энергией большей 30 кэВ. Для нейтронных
источников с ядрами бериллия на гамма квантах известно, что энергия гамма квантов
должна быть больше 1.8МэВ. Эта величина хорошо известна [ ] и рассчитывается из
условий сохранения энергии и импульса. Для кластера 2n энергия гамма кванта должна
быть больше
E2n = En (m2n/mn)1/2 = 1.4 En = 2.52 МэВ.
Для кластера 4n E4n = 2 En = 3.6 МэВ. Но учитывая, что кластер 4n состоит из двух
кластеров 2n, то энергии квантов 2.5 МэВ будет достаточно для размножения кластеров.
В качестве ядер способных излучать такие кванты можно взять ядра 11Nа24(γ(2.757)) и
56
25Mn (γ(2.88)), которые будут нарабатываться в растворе в случае добавки в него KMnO4
при облучении его от внешнего источника тепловых или быстрых нейтронов. Работа
такого реактора будет выглядеть следующим образом. В начальной стадии энергия
выделяется из нейтронных или радиоизотопных источников, погруженных в такую среду.
При наработке в такой системе концентраций свободных нейтронных кластеров 2n до
1014 см-3 и накопления излучающих ядер Na и Mn до уровня 1016 см-3 внешние источники
излучения можно удалить и система будет работать в самоподдерживающемся режиме с
энерговыделением на уровне 1-10 Вт/см3. Источником энергии в такой системе будет
служить индуцированный распад связанных ядер трития в ядрах нечетных элементов,
которые взаимодействуют с нейтронными кластерами 2n, т.е. будет реализован процесс
т.я. синтеза DT реакции при низких энергиях. Конечными продуктами в полной цепочке
ядерных реакций будут ядра неона и аргона, которые будут уходить из раствора
естественным путем. Основным недостатком такого реактора будет большой поток гамма
квантов с энергией 2-3 МэВ, неизбежный спутник протекания ядерных реакций, при
практически нулевой плотности нейтронного потока, в отличие от существующего
проекта т.я. реактора. Гамма кванты таких энергий имеют такую же большую ценность
как и тепловые нейтроны, поэтому целесообразно рассмотреть возможность их
использования для трансмутации элементов. В качестве перспективного материала
радиационной защиты можно рассмотреть сплав Cu Zn Sn Рb ( сплав Л59 + ПОС), в
котором роль горючего будет исполнять ядра меди, которые являются также источником
кластеров 4n. Цинк и олово также является поставщиком тяжелых нейтронных кластеров.
Основной полезной ядерной реакцией будет
30Zn
64+4
(48.6%) + 50Sn124 ( 5.79%) =
192
80Hg
=
78Pt
192
Причем любой из изотопов цинка и олова будет давать одно из ядер благородных
металлов. Свинец является хорошей защитой от гамма излучения. Кроме того, отрыв
нейтронных кластеров от ядер свинца должен приводить также к появлению ядер
благородных металлов. Можно подобрать сочетание материалов для наработки
редкоземельных металлов, например цирконий или палладий с железом или
трансурановых элементов, тех же циркония и палладия с оловом. В процессе работы такой
защиты будет выделяться тепловая энергия. Следует отметить, что все ядерные процессы
в рассмотренных веществах протекают на естественной смеси изотопов. В процессе
работы такого реактора будет накапливаться доля тяжелых из-за процессов захвата
нейтронных кластеров легкими изотопами, т.е. в процессе работы такого реактора
интенсивность выхода продуктов будет увеличиваться. Приведенный процесс
моделирует наработку благородных металлов на медно-цинковых и оловянно свинцовых
месторождениях. Примерно так должен выглядеть ядерный реактор 21 века.
В отличие от хлора калий имеет три устойчивых изотопа.
(92He4T) (93.26%)
40
4
6
19К (92He T n) (1.277 10 лет, e(1.34) ) (0.0117%)
41
4
19К (92He T 2n) (6.73%)
19К
39
Эти изотопы способны инициировать такую же цепочку реакций, т.е. калий в сочетании с
хлором является еще более полезным элементом для живых организмов для
инициирования таких реакций с наработкой тяжелых изотопов кальция 20Са42 и 20Са43
примерно с такими же энергиями быстрых частиц распада.
Для ядра 19К41 хорошо известен мессбауровский уровень отрыва кластера 2n c энергией
29.6кэВ и временем полураспада 2.5нс.
В ядре скандия возникают процессы аналогичные ядру фтора, но уже со связанным ядром
трития, т.е. увеличение заряда ядра приводит к усилению не симметрии ядра. Протон
связанного ядра трития сталкиваясь с электроном орбиты генерирует гамма квант с
распадом на электрон и позитрон. Позитрон покидает ядро, а электрон аннигилирует в
протоне с позитроном с образованием нейтрона, т.е.
р + γ (e+, e-) = n + e+ + 2γ(0.511)
в результате имеем неустойчивое ядро
43
4
21Sc (102He T)
(3.89 часа, e+(1.2) γ(0.375, 0.511)) 20Ca43 (102He43n)
и единственное устойчивое ядро 21Sc45(102He4 Т 2n) со слабо связанным нейтронным
кластером 2n. Это является причиной малой концентрации элемента скандия в природе.
Нейтронный кластер компенсирует не симметрию ядра. По этой причине все нечетные
элементы являются хорошими источниками позитронов при отрыве нейтронного кластера
от ядра, который имеет энергию связи 30кэВ. По этой схеме распадаются все легкие
изотопы нечетных элементов.
Следующий элемент с нечетным зарядом 23V51(112He4T 4n) ( 99.75%) имеет уже
устойчивое ядро только с нейтронным кластером 4n c энергией связи 60кэВ и редкий
долгоживущий неустойчивый изотоп 23V50(112He4T 3n) ( 0.25%)( γ(0.783, 1.55)).
Аналогично устроено и ядро 25Мn55(122He4T 4n) (100%) и 27Со59(132He4T 4n) (100%).
Увеличение массы кластера позволяет уравновесить не симметрию ядра. Все эти ядра
являются источниками позитронов при отрыве нейтронных кластеров. Можно
рассмотреть источники на основе РоSc или РоV с выходом примерно 108 -1010 позитронов
в секунду на 1 кюри распада полония. Фокусировка позитронных пучков во встречном
сильноточном пучке электронов может позволить получать электрон позитронную плазму
с плотностью 1014 -1015 позитронов/см3 и реализовать тепловыделение на аннигиляции с
плотностью энергии 1015106 1.6 10-19 = 100 Вт/см3. Но более целесообразно использовать
позитроны для разрушения нейтронных кластеров непосредственно в ядрах элементов с
нечетным зарядом с образованием ядер связанных ядер трития и гелия в связанном
состоянии. Это приведет к позитронному распаду ядер с наработкой дополнительных
позитронов, т.е. к организации цепной реакции на позитронах с выделением значительно
больших энергий при меньших концентрациях позитронов. В таком процессе энергия
будет выделяться в виде гамма квантов с энергией не выше 1 МэВ. Ядра тяжелых
металлов хорошо трансформируют такие кванты в более мягкие, которые хорошо
поглощаются с выделением тепловой энергии. В результате имеем экологически чистый
позитронный ядерный реактор без нейтронов для быстрой трансмутации элементов.
Возможно, именно такой механизм трансмутации реализуется в металлах в отсутствии
явных размножителей нейтронов – бериллия или ядер дейтерия.
Продолжая рассматривать структуру нечетных ядер, следует остановиться на ядрах меди,
которая имеет два устойчивых изотопа 29Cu63 (142He4T 4n) (69.17%) и
65
4
29Cu (142He T 6n) (30.83%). Вопрос о том присоединяется ли к ядру нейтроны в виде
кластера 6n или в виде двух кластеров 2n и 4n остается открытым. Скорее всего в виде
двух кластеров. Однако наличие в ядре цинка кластеров 6n и 8n допускает и первое
предположение. Кроме того с увеличением размеров кластера его энергия связи с ядром
увеличивается. Для более тяжелых нечетных элементов эта тенденция сохраняется, т.е. с
увеличением заряда ядра увеличивается и размеры нейтронных кластеров. Так для ядра
золота имеем 79Au197 (392He4T 36n) возможный кластер 36n, который наверняка разбит на
кластеры меньших размеров размещенных равномерно по поверхности ядра. Для меди
целесообразно рассмотреть следующие реакции. Отрыв нейтронного кластера 2n и 4n от
легкого ядра.
63
4
29Cu (142He T
4n) + γ = 29Cu61 (142He4T 2n) ( 3.4ч, e+(1.22) γ(0.067,0.284,0.38))28Ni61 +2n
DT - реакция на связанном тритии и нейтронном кластере 2n.
63
4
29Cu (142He T
4n) + γ = 29Cu59 (142He4T) ( 81.5c, e+(3.7) γ(0.511,0.88, 1.3)) 27Co59 +4n
Для больших энергий гамма квантов > 3.6 MэВ или нейтронов с энергией больше 60кэВ
энергии нейтронного кластера достаточно для процесса размножения. Появление
позитрона с такой энергией даже для гамма квантов небольших энергий приводит именно
к такому процессу, т.е. к размножению нейтронных кластеров с наработкой больших
концентраций позитронов и нейтронных кластеров, которые инициируют процесс захвата
с появлением более тяжелых изотопов меди.
63
4
29Cu (142He T
4n) +4n = 29Cu67 (142He4T 8n) (61.9часа,e(0.57) γ(0.092, 0.184)) 30Zn67
Два гамма кванта с характерной энергией отрыва кластера 6n и 12n, по-видимому
относятся к более тяжелому изотопу меди 29Cu65 (142He4T 6n)(30%) , который также
может присоединять нейтронный кластер 4n.
65
4
29Cu (142He T
6n) +4n =
69
4
29Cu (142He T
69
30Zn (55.6мин,
e(0.9)) = 31Ga69
10n) (3мин, e(2.5) γ(0.531, 0.834, )) 30Zn69
65
4
29Cu (142He T
6n) +6n = 29Cu71 (142He4T 12n) (3мин, e(2.61) γ(0.39, 1.12) 31Ga71
Приведенный перечень реакций показывает, что медь является весьма полезным
элементом для проведения реакций с нейтронными кластерами. В результате реакций
образуются элементы Со, Ni и Zn, а также возможно образование нейтронных кластеров
2n, 4n, 6n, 8n, 10n и 12n. Для отрыва последнего необходимы гамма кванты с энергией
больше 0.184МэВ. Появление позитронов и электронов высоких энергий приводит к
появлению кластеров 2n и 4n способных к размножению. Высокие уровни излучения в
системе приводят к индуцированному распаду радиоактивных изотопов и значительному
сокращению их времени жизни.
Аналогичные реакции можно реализовать с ядрами Ga с получением ядер германия и
мышьяка, который имеет единственный устойчивый изотоп с нейтронным кластером 8n.
Его отрыв приводит к появлению позитронов с энергией 5 МэВ, т.е добавка мышьяка в
реакторную среду повышает коэффициент размножения нейтронных кластеров. А арсенид
галлия на порядок превосходит медь в процессе трансмутации элементов.
В качестве рабочего материала реактора можно рассмотреть любое сочетание нечетных
тяжелых элементов, например СsI или AsВr, HgCl3, КBr, и их различное сочетание, но их
использование приведет к увеличению спектра веществ, получающихся в результате
ядерных реакций и к усложнению анализа. В данном случае для простоты целесообразно
ограничиться приведенным перечнем и в практических целях использовать вещества
наиболее распространенные в природе.
О времени жизни нейтронных кластеров в связанном состоянии.
Известно время жизни одиночного нейтрона 637сек, который распадается с образованием
протона и электрона.
n
= p + e- + ν-
Известны значения масс нейтрона и протона, разница между которыми составляет
1.29Мэв. При распаде имеем спектр электронов именно с такой максимальной энергией.
В связанном состоянии нейтрон имеет бесконечное время жизни. Пример - ядро дейтерия.
Но если такое ядро поместить в поле гамма излучения с энергией больше пороговой, то
ядро распадется в соответствии с реакцией
2
1H
+ (>2.13Mev) = 1H1 +n.
Для обратной реакции поглощения нейтрона ядром водорода имеем
1
1H
+ n= 1H2 + (2.26Mev)
Это позволяет оценить энергию связи между протоном и нейтроном равную примерно
13кэВ. Аналог кластера 2n. Можно предположить, что такой кластер в свободном
состоянии имеет бесконечное время жизни, но по аналогии с ядром дейтерия будет
распадаться при взаимодействии с гамма квантом примерно такой же энергии, т.е.
2n + (>2.13Mev) = n + n
Процесс образования свободного кластера 2n из нейтронов должен происходить с
высвечиванием гамма кванта именно такой энергии. При взаимодействии с квантами
меньшей энергии кластер 2n способен превратится в ядро дейтерия в результате распада
одного нейтронов.
2n + (>1.29Mev) = 1H2 + е
Известен выход энергии в реакции присоединения нейтрона к ядру дейтерия
2
1H
+ n= 1H3 + (6.19Mev)
В случае нейтронного кластера 3n этот процесс можно записать в виде двух реакций
2n + n = 3n ( ~ 4.4 МэВ)
3n + (>1.29Mev) = 1H3 + е
Это позволяет оценить энергию связи нейтрона в кластере 3n. Видно, что увеличение
количества нейтронов в кластере повышает устойчивость кластеров и их распад
определяется распадом одного из связанных нейтронов с образованием изотопического
ядра аналога. Процесс образования нейтронных кластеров идет с большим выделением
энергии с высвечиванием жестких гамма квантов и может быть использован в качестве
источника энергии при больших концентрациях холодных нейтронов аналогично
реакциям термоядерного синтеза. Основным продуктом этих реакций является ядро гелия.
Гелий является аналогом кластера 4n. Такой кластер в классической терминологии
получил название тетранейтрон. Можно рассмотреть три реакции его образования из
свободных нейтронных кластеров
2n + 2n = 4n – аналог DD реакции
3n + n = 4n - аналог Tn реакции
3n + 2n = 4n + n - аналог DT реакции
Выход энергии в этих реакциях примерно равен реакциям заряженных частиц минус
энергия вылета электронов из нейтронных кластеров.
Приведенные реакции идут при низких температурах. В этой связи необходимо
пересмотреть концепцию осуществления реакции управляемого синтеза. Нет никакой
необходимости нагрева частиц для преодоления кулоновского потенциала. Нейтронные
кластеры притягиваются друг к другу! Для реализации т.я. реакций достаточно иметь
источник нейтронов большой интенсивности и удерживать эти нейтроны в ограниченном
объеме. На последнем этапе будут образовываться ядра с захваченными нейтронными
кластерами, которые будут трансформироваться в ядра гелия в связанном состоянии.
Использование энергии таких распадов и будет являться задачей реализации энергетики
т.я. синтеза. Можно считать, что такая энергетика прошла начальную стадию развития в
виде радиоизотопных источников энергии в 60 годах 20 века. Основной задачей
дальнейших исследований является задача управления скоростью распадов
долгоживущих изотопов и совершенствование способов использования энергии,
выделяющейся в результате этих распадов.
Время жизни нейтронных кластеров в связанном состоянии достаточно хорошо известно
по времени жизни тяжелых изотопов легких элементов.
Известно время жизни кластера 2n в связанном состоянии с протоном. Это ядро трития.
3
1Н (р
2n) (12.33года, e(0.0186)) 2Не3(Dр) – вета распад кластера 2n в связанном
состоянии.
Аналог кластера 3n.
Основной причиной такого распада является взаимодействие нейтронного кластера с
фоновыми гамма частицами или нейтронами, а также с частицами возникающими в
результате этих распадов.
Известны времена жизни кластера 2n и 4n в связанном состоянии в ядре 2Не4.
6
4
2Не (2Не
2n) ( 0.8сек, e(3.5)) 3Li6(2Не4 D) - вета распад кластера 2n.
Аналог кластера 6n.
8
4
2Не (2Не
4n) ( 0.122сек, e(?), γ(0.98)) 3Li8(0.842c, e(13)) 2 2Не4 - распад кластера 4n с
промежуточным образованием ядра 3Li8(2Не4 D 2n) и реакцией D2n.
Аналог кластера 8n.
Возможным механизмом такого распада является взаимодействие нейтронов с
орбитальными электронами. Присоединение нейтронного кластера к ядру вызывает его
не симметрию. Ядро выходит за размер орбиты ближайшего электрона и, сталкиваясь с
ним, инициирует процесс отрыва электрона от нейтрона. Это в свою очередь инициирует
протекание внутриядерной реакции.
Для следующего изотопа лития имеем
(2Не4 T 2n) (0.176c, e(13.6) или n(0.76)) 4Ве9(2Не4 T D) – вета распад кластера 2n или
внутриядерная реакция Т2n c образованием альфа частицы и вылетом нейтрона.
3Li
9
(2Не4 T 4n)(0.0085с, 2е(?) или n ) 5B11 или 22Не4 +n (61%) - внутриядерная реакция
Т2n c образованием альфа частицы и вылетом нейтрона.
3Li
11
7
4
3
4Ве (2Не 2Не )
9
4
4Ве (2Не
( 53 дня, е.з.) 3Li7(2Не4 T)
T D) - стабилен.
10
4
4Ве (22Не
состоянии.
2n)(106лет, е(0.555)) 5B10(22Не4 D) - вета распад кластера 2n в связанном
Аналог кластера 10n.
11
4
4Ве (2Не
T D2n)(13.8c, е(11.5) γ(2.14, 4.67)) 5B11(22Не4T ) – внутриядерная реакция D2n
без вылета альфа частицы или 3Li7(2Не4 T) + 2Не4(0.77).
12
4
4Ве (22Не
4n)( 0.0114c+ 0.02с , е(11.7, 13.7) γ( 4.43)) 6С12 или 3 2Не4(1.5%) - распад
кластера 4n
Аналог кластера 12n.
В качестве примеров распадов четных и нечетных ядер можно привести распады самых
популярных радиоактивных изотопов ядерной физики
90
38Sr
(19Не4 14n)(28.4года,e(0.545)) Y90 ( 64.2 часа)(e(0.526)γ(2.26,1.734)) 40Zr90(20He4 10n)
( преобразование связанного кластера 4n в связанную альфа частицу)
и Со60( 13He4 T 5n)(5.27года)(e(0.317) γ(1.332,1.17, 2.15) 28Ni60(14He4 4n)
(реакция связанного ядра трития с нейтроном с образованием связанной альфа частицы)
Эти распады являются типичными для всех четных и нечетных ядерных изомеров.
Приведенные примеры распадов показывают, что существующая концепция
идентификации этих распадов как обычный вета распад можно считать следствием
отсутствия понимания реальных внутриядерных процессов. С введением понятия
нейтронных кластеров возникает достаточно понятные процессы перестройки ядер. Два
последних примера показывают, что процесс альфа распада достаточно просто
объясняется теми же самыми процессами. При увеличении заряда ядра появление новой
альфа частицы в ядре с энергией выше энергии связи приводит к ее вылету из ядра. Такой
процесс наблюдается и для некоторых сравнительно легких ядер, таких как ядра тяжелых
изотопов серы и цинка. При увеличении заряда ядра этому способствует еще и
электростатическое отталкивание альфа частицы от ядра, поэтому для ядер с Z> 83 такие
процессы приводят к вылету альфа частиц. Основными причинами этих процессов
являются процессы взаимодействия ядер с фоновыми гамма квантами или нейтронами, а
также возникающих в результате этих распадов. Поэтому явление туннельного перехода
можно рассматривать в качестве исторической модели, описывающий вполне
детерминируемый процесс альфа распада, который является следствием конкретной
внутриядерной реакции. Приведенные рассуждения подтверждаются многочисленными
экспериментами кластерного распада ядер [ 1-11], которые до сих пор объяснялись в
рамках существующих моделей ядра и теории альфа распада, поэтому теоретические
выводы о вероятности таких распадов не соответствуют результатам наблюдения таких
распадов.
1. Широков Ю.М., ЮдинН.П. Ядерная физика. М.: Наука, 1972.
2. МигдалА.Б. Теория конечных ферми-систем и свойства атомных ядер. М.: Наука,
1984.
3. Кадменский С.Г., Фурман В.И. Альфа-распад и родственные ядерные реакции. М.:
Энергоатомиздат, 1985.
4. Замятин Ю.С., Кадменский С.Г., Фурман В.И. и др. Кластерная радиоактивность достижения и перспективы // Физика элементар. частиц и атом. ядра. 1990. Т. 21,
вып. 2. С. 537-594.
5. Кадменский С.Г., Бугров В.П. Протонный распад и форма нейтронодефицитных
ядер // Ядер, физика. 1996. Т. 59. С. 424-427.
6. Чувильский Ю.М. Кластерная радиоактивность. М.: Изд-во МГУ, 1997. 166 с.
7. Замятнин Ю.С., Михеев Б.Л., Третьякова С.П. и др. Кластерная радиоактивность достижения и перспективы: Эксперимент и теория // Физика элементар. частиц и
атом. ядра. 1990. Т. 21, вып. 2. С. 537.
8. Соловьев В.Г. Теория атомного ядра: Ядерные модели. М.: Энергоатомиздат, 1981.
296 с.
9. Кадменский С.Г., Кургалин С.Д., Фурман В.И., Чувилъский Ю.М. Оптические
потенциалы составных частиц и классификация распадов с испусканием тяжелых
кластеров //Ядер, физика. 1990. Т. 51, вып. 1. С. 50-61.
10. Кадменский С.Г., Кургалин С.Д., Фурман В.И., Чувилъский Ю.М.
Полуэмпирический метод анализа относительных вероятностей спонтанной
эмиссии тяжелых кластеров // Там же. 1993. Т. 56, вып. 8. С. 80.
11. Замятнин Ю.С., Кадменский С.Г., Кургалин С.Д. и др. Где искать новые примеры
кластерного распада? // Там же. 1994. Т. 57, вып. 11. С. 1981-1995.