Ядерная энергия и структура частиц icon

Ядерная энергия и структура частиц



НазваниеЯдерная энергия и структура частиц
Дата конвертации06.09.2012
Размер307.34 Kb.
ТипДокументы

[вернуться к содержанию сайта]


ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ И СТРУКТУРА ЧАСТИЦ

(напечатано в журнале "Инженер" №№4–5, 2010)


Все перемены в натуре случающиеся такого суть состояния, что сколько чего от одного тела отнимается, столько присовокупится к другому. Так, ежели где убудет несколько материи, то умножится в другом месте... Сей всеобщий естественной закон простирается и в самые правила движения: ибо тело, движущее своей силой другое, столько же оныя теряет, сколько сообщает другому, которое от него движение получает.

^ М.В. Ломоносов [1]


Нет ничего загадочней физики космоса и элементарных частиц. Если познанию космоса мешают большие масштабы, то пониманию микромира – крайне малые. И возможно, многое в этих областях впоследствии окажется ошибочным, особенно с учётом принятия там абсурдных гипотез. Ныне физика ядра и элементарных частиц напоминает не науку, а сказку с её волшебными превращениями, исчезновениями и появлениями объектов. Это отражено и в "научной" терминологии: "волшебный", "очарование", "странность", абсурдные "кварки" из бредового сна, и тому подобная мистика [2]. Здесь энергия магически обращается в массу, а масса – в энергию. Столь вздорные теории учёные приняли не от хорошей жизни, а от бессилия, полагая, что материалистическая, классическая наука не может объяснить ряд явлений. Но, как покажем, именно классика вносит ясность, объясняя все загадки микромира.

Рассмотрим сначала элементарные частицы. К настоящему времени их насчитывают несколько сотен. Такое изобилие ведёт к мысли, что элементарные частицы совсем не элементарны, а состоят из немногих видов более простых кирпичиков, равно как сотню химических элементов-атомов образуют три типа частиц – электроны, протоны и нейтроны. Элементарные частицы и атомы элементарны, неделимы, лишь пока не достигнуты энергии, достаточные для их деления, разрушения. Так же кирпичная стена выглядит монолитом, пока не ударишь так, что она рассыплется на кирпичи. Вот и атомы, что значит "неделимые", называют так в том смысле, что при земных температурах их можно считать элементарными частицами материи. Элементарность, неделимость – понятия условные, верные лишь в данном диапазоне энергий. Материя бесконечно делима – каждая частица может быть разбита на более простые, в свою очередь состоящие из других. В бесконечной делимости не больше странного, чем в бесконечной протяжённости пространства и времени. У мира нет пределов вширь, вдаль и вглубь! Эту материалистическую идею развил ещё Циолковский. Да и другой поборник материализма не зря сказал век назад, что электрон так же неисчерпаем, как атом.



Рис. 1.
Деление нейтрона на протон, электрон и остаточную частицу о, как считали, нейтрино.

Учёные, однако, верят, что частицы элементарны, хотя даже процессы распада, скажем, нейтрона на протон и электрон (рис. 1), доказывают, что частицы составные – отсюда и слово "распад". Но решили, что происходит не распад, а волшебное превращение одних частиц в другие, словно нет частиц более простых и каждая частица состоит из всех прочих. Эта абсурдная идея, названная теорией бутстрапа (частицы зашнурованы, замкнуты сами на себя [2]), совершенно ненаучна и сродни домыслам тёмных алхимиков, тоже считавших, что в химических реакциях вещества превращаются друг в друга, хотя в действительности шло лишь деление и слияние молекул. Это было простительно прежним алхимикам, не знавшим о дискретной структуре вещества. Но нынешним алхимикам-ядерщикам, верящим, что в ядерных реакциях частицы обращаются друг в друга, повторять их ошибку недопустимо.

Впрочем, желание физиков систематизировать элементарные частицы заставило их выдумать кварки, из которых якобы составлены частицы. Но, во-первых, ввели уже десятки кварков, а элементарных типов кирпичей должно быть мало. Во-вторых, кварки ввели формально, наделив нелепыми свойствами: дробным зарядом и гигантской массой. В-третьих, они до сих пор не найдены [2]. Поэтому кварки – та же мистика, что и превращение частиц.

На деле лучшие кандидаты в стройматериал – частицы с наименьшей массой и зарядом – электроны и позитроны [3-5]. Только этим частицам-кирпичикам присущ собственный элементарный заряд, масса и магнитный момент, лишь их наличие в составе придаёт эти характеристики другим частицам. Электрон и введён был как элементарный отрицательный заряд е-, а позитрон (антиэлектрон) – положительный е+. Из них сложены заряды всех тел и частиц, оттого заряд и кратен заряду электрона. Лишь поздней частицы стали наделять собственным зарядом, хотя неясно, с чего ему быть, как у электрона. Модель постройки частиц из электронов и позитронов наиболее проста и естественна, поскольку: 1) фундаментальных частиц всего две – е+ и е-; 2) заряд частицы равен сумме зарядов, образующих её е+ и е-; 3) магнитный момент частицы равен векторной сумме магнитных моментов е+ и е-; 4) масса частицы есть сумма масс её электронов и позитронов: оценочно их число равно массе частицы, измеренной в массах mе. Ведь масса – это количество материи, число однотипных частиц (е+ и е-), образующих тело. Наконец, и объём частицы равен сумме объёмов всех её е+ и е-. Не зря размер протона, сложенного из е+ и е-, порядка радиуса электрона – 1015 м.

Итак, из распада следует, что нейтрон n, к примеру, состоит из протона p и электрона e (см. рис. 1), равно как распад молекулы воды на водород и кислород при электролизе означает, что вода состоит из этих элементов. Однако учёные отрицают, что в нейтронах есть протоны или электроны, упирая на то, что магнитный момент электрона много больше, чем у нейтрона и протона: сумма моментов e и p не даёт момент нейтрона. Но если протон (и нейтрон) состоит из многих электронов и позитронов, их магнитные моменты могут гасить друг друга, обнуляя момент протона. Совсем как заряды е+ и е- нейтрализуются при слиянии, так же почти исчезают их магнитные моменты, направленные противоположно. Электрон вполне может быть частью нейтрона, если и протон – составная частица из сотен е+ и е- (рис. 2).



Рис. 2. Предполагаемая структура протона и нейтрона, сложенных из сотен электронов и позитронов, словно кристалл соли из ионов Na+ и Cl.

Надо также учесть, что при распаде нейтрона кроме протона и электрона возникает ещё одна частица со своим магнитным моментом. Это следует из того, что энергия электрона в β-распаде принимает разные значения, хотя по закону сохранения импульса энергия распада должна делиться между протоном и электроном в постоянной пропорции [6]. Поэтому Паули предположил образование неизвестной нейтральной трудноуловимой частицы, уносящей часть энергии. Полагали, что это нейтрино – нейтральная частица с массой, много меньшей массы электрона. Но если нейтрон сложен из элементарных кирпичиков е+ и е-, то осколки, на которые он делится, должны состоять из тех же кирпичей и иметь массу М>mе. Таковы электрон и протон, такова, значит, и вылетающая из нейтрона частица. Выходит, это не нейтрино, а, вероятно, другая, часто возникающая в распадах нейтральная и трудноуловимая частица – гамма-мезон, или гаммон Г, имеющий нулевой заряд и массу в 66 электронных.



Рис. 3. Строение пи-мезона и его распад с указанием масс частиц.

И точно, в тех реакциях, где, как считали, возникало нейтрино – при распаде пиона на мюон или мюона на электрон, рождались гаммоны (рис. 3, 4) [3]. Именно невидимые, трудноуловимые нейтральные гаммоны скрыто уносили в этих реакциях массу, кратную 66mе. Но у нейтрона масса почти равна массе протона: их разница составляет не 66mе, а лишь 2,5mе. Возможно, однако, что массу нейтрона нашли неверно. Ведь нейтральные частицы не взвесишь электромагнитными весами, их массы находят косвенно, из баланса энергий. При этом пользуются ложными формулами специальной теории относительности (СТО). Получается порочный круг: формулы СТО дают ошибочную массу нейтрона, которая даёт дефект массы, что снова подтверждает СТО. А ведь прежде, когда массу нейтрона измерили напрямую, исследуя скорости ядер после соударений с нейтронами, найденная масса оказалась равна 1,15 масс протона с максимальной ошибкой в 10 % [6, 7]. То есть даже в пределах ошибки прямой метод не дал согласия с массой нейтрона, найденной из СТО. Объяснить это расхождение не смогли, хотя его причина очевидна: СТО ошибочна, как и найденная из неё масса нейтрона.



Рис. 4. Строение мю-мезона и его распад с указанием масс частиц.

Если масса нейтрона около 1,15 масс протона, то нейтрон тяжелей на 0,15·1836=275mе. Но это масса π0-мезона, эквивалентного четырём гаммонам. Итак, во всех распадах, где предполагали рождение безмассовых нейтрино, на деле возникают гаммоны с массой 66mе. Они и уносят недостающую массу (см. таблицу 1). Было придумано аж три сорта нейтрино: электронное νe, мюонное νμ и таонное ντ [6]. Уже то, что под каждую реакцию выдумывали новый тип нейтрино, доказывает их искусственность, нереальность. Проще вместо трёх допустить одну частицу-гаммон. В реакциях с мюоном μ возникает один гаммон, с электроном e – три-четыре Г, а с таоном τ – десятки. Потому и опыты дали для масс "нейтрино" mμ)<me)<mτ) [6]. Гипотеза гаммонов объясняет и это, и взаимопревращения нейтрино.

неклассическая схема распада

классическая схема распада

теряемая масса (me)

π→μμ

π→μ

66

μеeμ

μе+O+3Г

206

τеeτ

τе+14O+51Г

3490

π0→γ+γ

π0→4Г

264

np++ee

np++e+(1÷4)Г

30÷300

Таблица 1. Схемы распадов и потеря массы.

Вывод о реальности гамма-мезонов – нейтральных частиц с массой в 66mе – в классике следует из реакции распада π--мезона. В камере Вильсона видно, как при распаде пиона из него вылетает мюон μ- с массой на 66 единиц меньшей (см. рис. 3). Он летит в ином направлении, чем π- (треки частиц идут под углом). Значит, по закону сохранения импульса возникает ещё одна частица. Физики сочли, что это нейтрино с почти нулевой массой. Но из классического закона сохранения массы, раз в реакции исчезает масса в 66mе, её и уносит эта частица: образуется не призрачное нейтрино, а весомый гамма-мезон. Аналогично при распаде μ--мезона видно, как вылетевший электрон меняет курс, значит, и здесь есть скрытая частица (см. рис. 4). Раз масса электрона на 206 единиц меньше массы мюона, то невидимая частица не пустое нейтрино, а тяжёлый конгломерат из трёх гаммонов и октона О, имеющих в сумме такой вес [3]. Полная пропажа массы при распаде пиона π0 – тоже иллюзия: пион просто делится на 4 гаммона. Соударяясь с ядрами, гаммоны переводят их в возбуждённое состояние, и те испускают γ-излучение, наблюдаемое в распадах π0. Нет пропажи массы и при аннигиляции – слиянии электрона и позитрона – образуется лишь нейтральная частица [5].

Итак, во всех реакциях масса сохраняется. Если мы не видим, куда она уходит или откуда берётся, это не значит, что она исчезла или возникла из пустоты, из энергии. Так и в химии прежде верили, что масса исчезает и рождается, не замечая, как она утекает или поступает в форме невидимых газообразных продуктов. Например, при нагреве свинцового прутка его масса растёт. Учёные трактовали это так, будто тепло (теплород или флогистон), поступившее в свинец, преобразовалось в массу, отчего вес прутка вырос. И лишь М.В. Ломоносов доказал, что рост массы свинца вызван поглощением частиц кислорода O из воздуха [1]. Соединяясь со свинцом и образуя окалину (окисел), частицы наращивают вес прутка. Если нагреть свинец в запаянной колбе, то хотя вес прутка и вырастет, вес колбы сохранится: поглощённый свинцом кислород поступил из воздуха, который стал легче, а общий вес прутка и воздуха не изменился. Открытый Ломоносовым закон сохранения массы справедлив всегда и всюду. Однако современные алхимики – физики-ядерщики, забыв уроки Ломоносова, снова верят, что масса рождается из энергии и исчезает, обратившись в энергию (этот аналог теплорода, флогистона), вместо того чтобы, припомнив уроки истории, поискать пропавшую массу в неуловимых нейтральных частицах. Тем более сами учёные признают их реальность, но считают невесомыми нейтрино, а не частицами с массой, равной исчезнувшей.

Ломоносов своим изречением утвердил и закон сохранения энергии, указав, что энергия – это не абстрактная субстанция (типа флогистона, теплорода), а движение, которое передаётся от одних тел другим, не исчезая и не возникая. Если масса – это мера количества материи, то энергия – мера движения материи. Ломоносов первым понял, что все виды энергии сводятся к кинетической энергии частиц, и интерпретировал тепловую энергию как хаотичное движение атомов [1]. В СТО законы сохранения массы, энергии отвергаются и заменяются законом превращения массы в энергию, чем объясняют энерговыделение в ядерных реакциях. Будто, если б СТО не работала, не могли бы работать и атомные станции и бомбы.

Это в корне неверно. Возникшая в ядерных реакциях энергия это не энергия уничтожения массы, а освобождённая внутренняя энергия связи составляющих частей ядра или элементарной частицы. Ядерные реакции подобны химическим, суть которых в соединении или распаде частиц вещества с отдачей или поглощением энергии связи в виде тепла, излучения. Исходная энергия реагентов превосходит суммарную внутреннюю энергию продуктов реакции – эта разница в полном согласии с законом сохранения и выделяется. Рассмотрим, к примеру, откуда берётся энергия в реакции деления урана. Когда ядро урана расколется от неустойчивости, его положительно заряженные осколки, расталкиваемые силой Кулона, получают огромные скорости. Внутренняя энергия электрического поля преобразуется в кинетическую энергию частиц-осколков – в тепло. Вылетающие из ядер осколки, нейтроны, ударяя в другие ядра, заставляют их делиться. Так возникает цепная ядерная реакция, отдающая энергию в виде ядерного взрыва или спокойного горения в ядерных печах-реакторах.



Рис. 5. Природа энергии альфа-распада: отталкивание кулоновской силой

К реакциям деления ядер можно отнести и α-распад (выброс ядром α-частицы – ядра гелия). Выясним природу энергии этих реакций на примере α-распада урана: 234U→230Th+4He. Ядро гелия He разгоняется кулоновским отталкиванием ядра тория Th (рис. 5). Полученная He кинетическая энергия равна энергии E электрического взаимодействия ядер He и Th на расстоянии, равном радиусу R ядра Th. По мере удаления α-частицы эта потенциальная энергия переходит в кинетическую – в энергию ядерной реакции. Энергия E=q1q2/4πε0R, где q1=2e – заряд ядра He, q2=90e – заряд ядра Th. Отсюда E=45e2/πε0R (Дж)=45e/πε0R (эВ). Подставив R=10-14 м, получим E=26 МэВ. Реальная же энергия этого и других α-распадов составляет около 5 МэВ – в пять раз меньше, что считают признаком неприменимости классической теории явления [6]. Но это несоответствие можно объяснить, во-первых, неточностью принятого значения R. Во-вторых, мы не учли ядерные силы, притягивающие ядро гелия и снижающие его энергию. В любом случае кулоновское отталкивание вполне достаточно для придания ядрам энергии без её нелепого преобразования из массы.

Ядерные реакции деления сходны с химическими. Взять, к примеру, взрывчатые вещества – нитроглицерин, гексоген, тротил. При делении их молекул выделяется много газа – оксида азота. Его резкое расширение и создаёт эффект взрыва. Запущенная реакция идёт сама по себе: молекулы оксида азота, ударяя в другие молекулы, ведут к их распаду. То есть и здесь идёт цепная реакция деления, в которой скрытая внутренняя энергия молекул преобразуется в энергию взрыва. Говорить о выделении энергии из массы в ядерном взрыве столь же глупо, как в обычном. И потеря массы мнимая: масса не исчезает, а лишь уходит с невидимыми продуктами реакции. В химической реакции это молекулы газа, а в ядерной – лёгкие нейтральные трудноуловимые частицы. Таковы и реакции ядерного, химического горения. Химическое топливо (дрова) по мере сгорания в печи "испаряется", превращаясь в золу. Так же постепенно выгорает, теряя массу, и ядерное топливо в реакторах. В обоих случаях масса не исчезает, а уносится частицами. Нехватка, дефект масс возник лишь в головах физиков, поверивших в СТО. О растворении, испарении материи в ядерных реакциях говорили в своих работах ещё Циолковский, Тесла [8], опять же подразумевая под этим не пропажу массы, а, подобно физико-химическому растворению, распад материи до микрочастиц. Недаром и открыты, исследованы были ядерные реакции без помощи СТО и её формулы Е=тс2 [9].

Рассмотрим теперь реакции синтеза. В них тоже нет сверхъестественной пропажи массы и рождения из неё энергии. К таким реакциям отнесём и аннигиляцию электрона с позитроном [5]. Те не исчезают, а образуют частицу массы 2mе. Выделяемая в виде γ-излучения энергия – это энергия электрического поля (работа кулоновской силы притяжения), освобождённая при сближении частиц. Другой пример – слияние ядер дейтерия и трития с образованием ядра гелия и нейтрона (см. рис. 6). И тут энергия выделяется, как в реакциях химического синтеза. Скажем, при взрыве гремучего газа (смеси водорода и кислорода) атомы H и O сливаются, образуя молекулу воды с выделением внутренней энергии в виде взрыва. Так и в реакции синтеза гелия в водородной бомбе выходит скрытая внутренняя энергия ядер. При этом реагентам надо сообщить начальное тепло. В химии эта энергия называется энергией активации. Такая энергия активации есть и в реакциях ядерного синтеза: чтоб ядра водорода слились и в игру вступили ядерные силы, ядра должны сойтись, преодолев кулоновское отталкивание. Для этого в ядерных снарядах водородное горючее поджигается запальным распадом плутония. Подобный запал (детонатор с гремучей ртутью) есть и в обычных снарядах.



Рис. 6. Слияние ядер дейтерия и трития в ядро гелия. Слиянию противостоят кулоновские силы отталкивания ядер.

Если в реакции распада энергия выделяется в виде кинетической энергии разлетающихся осколков ядра (разогнанных полем кулоновского отталкивания), а в реакции аннигиляции – в виде энергии γ-излучения (преобразованной энергии электрического притяжения е- и е+), то откуда берётся энергия в реакциях синтеза? Ведь ядра заряжены положительно и отталкиваются: их сближение требует затрат энергии. Не зря реакции синтеза идут не спонтанно, а лишь при нагреве до высоких температур, дабы ядра, обладая достаточной кинетической энергией, могли сойтись. Лишь на расстояниях порядка 1015 м в игру вступают ядерные, притягивающие силы, превышающие силы кулоновского отталкивания. Эти быстро спадающие с удалением силы тоже электрической природы [5]. Поэтому выделяемая при сближении в поле этих сил энергия – это тоже энергия электрического поля, а в конечном счёте кинетическая энергия реонов – частиц-переносчиков электрического воздействия.



Рис. 7. Силы притяжения частиц со структурой электрон-позитронного кристалла (ядерные силы) и аналогичное взаимодействие диполей.

Напомним, притяжение нуклонов, ядер возникает за счёт их электрон-позитронной структуры. Заряды е- и е+, расположенные, словно ионы в кристалле соли, периодично, в шахматном порядке, встают друг против друга. За счёт этого даже нейтральные частицы с такой структурой притягиваются (рис. 7). Это подобно притяжению двух диполей: они нейтральны, но при их ориентации возникает сила притяжения, быстро спадающая с удалением. Такая природа ядерных сил ведёт к тому, что они заметны лишь на дистанциях порядка расстояния между частицами в электрон-позитронной решётке, равного классическому радиусу электрона 1015 м [5]. Оттого такой радиус действия имеют ядерные силы. Физики не обращали внимания на это совпадение, поскольку не могли его объяснить. Когда ядерная сила превысит силу кулоновского отталкивания, ядра станут притягиваться. С этого момента энергия притяжения преобразуется в энергию ядерной реакции. Притяжение придаёт сходящимся ядрам скорость, кинетическую энергию, как при аннигиляции е- и е+.

Видим, что механизм выделения энергии в ядерных реакциях не имеет отношения к СТО и потере массы. Энергия и масса – разные понятия. Как открыл Ломоносов, отдельно сохраняется масса, отдельно энергия, они не исчезают и не возникают, а лишь передаются соответственно в виде частиц и их движения от одних тел другим. Почему же тогда работает формула СТО, и потеря массы m в ядерной реакции приводит к выделению энергии E=mc2? Мы видели, что "потеря" массы, как в химической реакции, связана с уходом трудноуловимых, незаметных частиц. Так, в реакции синтеза ядра, набрав большие энергии в ходе сближения, соударяются неупруго: вся их энергия идёт на выбивание из ядра мелких осколков. Эти осколки-частицы и уносят избыточную энергию ядра. Если же соударение упругое, то образованное ядро переходит в возбуждённое состояние – его части колеблются: после удара ядра отскакивают, затем снова сходятся и т.д., пока не истратят всю энергию на излучение, сопровождающее любые колебания зарядов. Это один из механизмов γ-излучения ядер.

Итак, "потеря" массы связана с уходом нейтральных частиц. Чем больше энергия ^ E соударения ядер, тем больший кусок они друг из друга выбьют. То есть, чем выше энерговыделение E реакции, тем больше теряемая ядрами масса m. Это подобно высеканию искры двумя кремнями: чем с большей силой и скоростью их сшибаешь, тем больше вылетает осколков-искр и тем они ярче, энергичней. Поскольку скорость V лёгких частиц, вылетающих из ядер, обычно близка к скорости света c, то их кинетическая энергия E=MV2/2 порядка mc2. Отсюда соответствие между массой и энергией E=mc2, хотя и не строгое. Но ведь и в опыте физики не могут точно измерить энергию одной ядерной реакции, имея дело с ансамблями частиц, число которых неизвестно, да и энергия не всегда точно измерима. Итак, в рамках классической физики тоже есть соответствие между выделяемой энергией E и теряемой массой m в виде соотношения E=mc2, но смысл его иной, чем в СТО, и оно не такое строгое.

В реакциях распада выделение энергии тоже сопровождается потерей массы. Ведь при делении ядра кроме двух дочерних ядер должны вылетать и совсем мелкие осколки. Если разбить кирпич ударом на две части, кроме них останется и мелкая крошка, осколки. Так же и при отрыве капель жидкости кроме основной капли в перетяжке всегда отделяется и крошечный шарик Плато (рис. 8). Поэтому, если уж следовать капельной модели ядра, физикам следовало принять, что такая же мелкая капля-частица образуется при делении ядер. Эта частица и уносит "пропавшую" массу. В одних случаях эта частица – нейтрон. Если его реальная масса выше принятой, ясно откуда иллюзия исчезновения массы в реакции. В случае α-распада таких частиц вообще не обнаружили, хотя из капельной модели ядра они должны быть. Понятно, почему масса теряемой частицы соотносится с энергией распада: чем больше энергия деления, чем мощней удар, делящий частицу, тем массивней вылетающие осколки.



Рис. 8. Деление капель (или ядер) с образованием шарика Плато (частицы) из перетяжки.

Впрочем, всё это относилось к реакциям, а ядра обладают определённой массой, независящей от того, каким путём – делением или синтезом – они получены. Теряемый в реакциях вес – дефект массы – это лишь разница масс исходных и конечных ядер. Значит, что-то задаёт устойчивую массу ядра, а при делении или синтезе ядро лишь сбрасывает лишнюю массу-балласт в виде частиц. Что же это за частицы? Вероятно, всё те же гаммоны. Ведь типичный дефект масс составляет около 0,04 масс протона (или кратную величину), то есть порядка 70me, но это близко к массе гаммона в 66me, тоже бесследно исчезающей в реакциях. Почему же теряется всегда одна и та же масса, а ядра имеют стандартный вес? Ответ прост: каждое ядро состоит из определённого числа стандартных частиц, имеющих постоянную массу. И точно, любое ядро состоит из нейтронов и протонов, однако сумма их масс никогда не равна массе образуемого ими ядра – эту разницу и назвали дефектом массы. По закону сохранения массы этого не может быть – частицы после слияния должны вместе весить столько же, сколько и до. Значит, в ядре есть и другие частицы. Действительно, мы выяснили, что ядро это не одни голые протоны и нейтроны: в ядре эти частицы уложены, как в кульке, в бипирамидальном остове, каркасе [4, 5], вероятно, тоже имеющем стандартный вес, который надо учитывать. Иными словами, масса ядра – это вес брутто (товар с упаковкой), а сумма масс протонов и нейтронов – это вес нетто (чистый вес, без тары).




число частиц-составляющих

масса изотопов (а.е.м.)




нейтронов n=1,005

остовов o=0,016

протонов p=0,992

Mрасч

Мизм из [7]

1H1

N=0

1

Z=1

1,008

1,008

2D1

N=1

1

Z=1

2,013

2,015

4He2

N=2

1

Z=2

4,010

4,004

12C6

N=6

1

Z=6

12,000

12,004

18O8

N=10

1

Z=8

18,004

18,004

20Ne10

N=10

1

Z=10

19,987

19,999

35Cl17

N=18

1

Z=17

34,974

34,980

40Ar18

N=22

1

Z=18

39,984

39,975

Таблица 2. Состав и масса (в атомных единицах массы, 1 а.е.м.= 1822 me) разных ядер-изотопов и их составляющих.

В таком случае масса ядра m=nN+o+pZ, где n – масса нейтрона, N – число нейтронов, o – масса остова, p – масса протона, Z – число протонов (рис. 9). Тогда масса ядра водорода Н=o+p, дейтерия D=n+o+p, гелия Не=2n+o+2p. Поэтому сумма масс двух ядер дейтерия D, каждое из протона и нейтрона, не равна массе ядра гелия Не. Оно чуть легче: при соединении двух ядер D один остов лишний, D+D=2n+2o+2p=He+o. Избыточный остов отделяется и улетает при слиянии ядер. Учёные же приписали этот дефект массы переходу её в энергию, поскольку пренебрегли массой остова o, приравняв вес кулька, тары к нулю. Тем же вызван дефект массы у других ядер. Из таблицы 2 видно, что дефект исчезает, если каждое ядро кроме протонов и нейтронов содержит ещё остов (микрорасхождения есть лишь у инертных газов). Найденные по методу наименьших квадратов массы n, o, p соответствуют не только массе ядер, но и найденной Чедвиком разнице масс нейтрона и протона (порядка массы гаммона), близкой к массе остова в 0,016·1822=30me. Если в ходе распада ядро лишилось остова, оно его восстановит: в вакууме всегда носится много мелких нейтральных частиц.



Рис. 9. Масса m ядра складывается из масс нейтронов n, остова o, протонов p, уложенных в остове, словно семечки, горошины в кульке.

Отметим, что свойства ядер заданы не только числом образующих их протонов и нейтронов, но и размещением их в остове. Аналогично в структурной химии давно открыто, что свойства молекул зависят как от числа атомов-составляющих, так и от их пространственного расположения в молекуле – от её структуры, как это впервые выяснил Бутлеров. Такие молекулы с идентичным атомным составом, но разным строением и свойствами называют изомерами. То же верно и для ядер. Есть много ядер-изомеров с одинаковым протон-нейтронным составом, но разными периодами полураспада [4]. Здесь проявляется организующая роль остова, где нуклоны образуют разные конфигурации. В квантовой модели ядра этому нет объяснения, как нет объяснения и магическим числам нуклонов, оболочечной модели. Ведь в ядре, в отличие от атома, нет силового центра, который задавал бы по квантовой механике систему уровней [6]. А в кристаллической модели ядра такая задающая уровни структура есть – это атомный остов. Не объясняет квантовая физика и магического числа 14 [4].

Итак, по открытому Ломоносовым закону сохранения масса ядра (частицы) всегда равна сумме масс компонентов. Любые расхождения, особенно большие, означают, что чего-то не учли – каких-то летучих нейтральных частиц, реальность которых вытекает из закона сохранения массы. Масса не исчезает и не возникает из энергии. Так, при рождении электрон-позитронных пар частицы не рождаются из вакуума, а выбиваются из ядер γ-лучами. Другой пример – рождение частиц в столкновениях, скажем, протонов в коллайдере. Масса m возникших частиц соотносится с энергией столкнувшихся протонов как E=mc2. Но это не значит, что частицы родились из энергии. Протоны, разогнанные в ускорителе до огромных скоростей, при столкновениях могут разбивать другие частицы, вырывая крупные осколки, порой тяжелее самих протонов. Чем выше энергия протона, тем больше кусок он отколет. Если все частицы состоят из связанных в кристаллы электронов и позитронов, то более энергичные протоны способны разорвать больше таких связей. Потому и масса отколотой частицы будет пропорционально выше. Поскольку энергия связи одного электрона и позитрона E=2mеc2 [5], то частица из N электронов потребует для своего отрыва энергии E=2Nmеc2, но 2Nmе это как раз масса m образующейся частицы, равная сумме масс составляющих её e- и e+. Потому масса образованной частицы и пропорциональна приложенной энергии E=mc2.

Два сталкивающихся протона играют роль молота и наковальни. Возможно, между ними оказывается не одна крупная частица (ядро), а много мелких, типа гаммонов, собранных протонами по пути при движении в кольце ускорителя. При соударении все эти частицы сковываются воедино, как металлические заготовки на наковальне кузнеца. Чем выше энергия протонов, тем больше частиц они смогут склепать, припечатать, тем массивней возникшая частица. Итак, рождённые в столкновениях частицы это не преображённая энергия, а лишь продукт синтеза или распада от ударов. Приведённая аналогия молота и наковальни, возможно, ещё глубже. Наковальня и молот имеют характерную для ядер форму бипирамиды (рис. 10). Кузницы почитались раньше как священные места, а кузнецы – как колдуны, способные управлять метаморфозами материи, соединять и дробить субстанции, перековывать (трансмутировать) одни объекты в другие. Возможно, символика кузниц – некий реликт прежних ядерных лабораторий и знаний о строении материи. Интересен в этом ключе миф о кузнеце Гефесте и Прометее (в Греции их часто отождествляли), принёсшем на Землю огонь, возможно атомный. Недаром один поэт написал такие строки "О, искра огня Прометея, к Олимпу из мрака прорыв, но, ею бездумно владея, мы вызвали атомный взрыв". Не поняв истинного смысла атомной энергии, мы и воспользовались ею глупо, как дети спичками.



Рис. 10. Молот и наковальня – иллюстрация к соударению ядер и их бипирамидальной форме.

Аналогично ядерным реакциям протекает распад-синтез элементарных частиц и выделение энергии. Деление частиц это не обращение в новые частицы, а распад на составляющие с сохранением их числа, как в ядерной реакции сохраняется число протонов и нейтронов. Частицы, представляющие собой кристаллические комплексы из e- и e+, скрепляются воедино электростатическими силами притяжения, аналогичными ядерным. У ядер и частиц устойчивость, стабильность определяются формой этих кристаллов [5]. Чем она более совершенна, симметрична, ближе к правильному телу с плоскими гранями, тем более устойчива, прочна частица. Ведь и в жизни прочнее компактные вещи, близкие к кубу, без выступов.

Почему же при делении частица всегда разбивается на одни и те же частицы – на осколки правильной формы, и распады идут известным путём? Если бить однотипные кирпичи, кубики стекла, их осколки каждый раз будут иметь разные массы и формы, притом неправильные, зато частицы разбиваются всегда на известные частицы с их строгой формой и массой. Всё дело в изотропных свойствах кирпичей и стекла, тогда как у частиц за счёт кристаллической структуры прочность в разных направлениях различная, отчего кристаллы при ударе разваливаются по плоскостям спайности. Вспомним, что частицы, построенные из зарядов e+ и e-, подобны кристаллам соли из ионов Na+ и Cl- (см. рис. 2). Так вот, если ударить молотком по кристаллу каменной соли, он развалится на куски правильной формы – на кубики и параллелепипеды [10]. То же и при распаде частиц. Вдобавок частица разбивается на предельно устойчивые части, ломаясь в местах наименьшей прочности. Частица может делиться и несколькими путями. Но в этом не больше странного, чем в способности молекул химически делиться двумя-тремя способами. Вероятность данного пути распада определяется прочностью образуемых фрагментов. Чем симметричней, устойчивей возникшие частицы – чем ниже их остаточная энергия и выше энерговыделение, тем вероятнее данный путь распада, что подтверждают и опыты. Потенциальная энергия системы стремится к минимуму.

Такой кристаллический подход к строению и распаду частиц мог быть развит ещё век назад первым исследователем радиоактивности – Пьером Кюри. Именно Кюри как химик и физик много сделал для понимания свойств кристаллов и вскрыл важную роль симметрии. Кроме того, как исследователь атомного магнетизма и коллега П. Вейсса, Кюри наверняка бы принял кристаллическую магнитную модель атома Ритца и мог однажды приложить эти знания к объяснению распадов ядер. Но Кюри погиб в 1906 г. от несчастного случая в возрасте 46 лет, а развитие структурного, кристаллического подхода к радиоактивности задержалось на век. Лишь сейчас к учёным постепенно приходит понимание огромной роли геометрической структуры частиц и ядер. А ведь ещё в Древней Греции Платон и Пифагор осознали большое значение геометрии и правильных геометрических тел для познании микромира [11]. На фоне нынешних учёных, одурманенных теорией относительности и квантовой физикой, даже эти греки выглядят не мистиками, а последовательными материалистами.

Остался вопрос, а что же вызывает распад и синтез частиц? Синтез ядер, как известно, идёт лишь в недрах звёзд за счёт их гигантской температуры. Зато распад как будто протекает сам собой, причём весьма странно: частица, ядро распадаются внезапно, в случайный момент времени, известна лишь вероятность распада. С точки зрения детерминизма и классической физики это невозможно. Из аналогии химических и ядерных реакций, раз реакция распада взрывчатого вещества не может начаться без толчка, запала, то и распад ядер не самопроизволен. Когда одного физика, объяснившего принцип ядерной бомбы, спросили, что же вызывает распад первого ядра, запускающего цепную ядерную реакцию, он ответил, что это великая загадка природы. Действительно, рассмотрим α-распад – вылет из атомного ядра положительно заряженной α-частицы. Конечно, α-частица ускоряется силой кулоновского отталкивания ядра, выделяя энергию реакции Er, но чтоб это произошло, нужно прежде инициировать реакцию распада – разорвать ядерные связи между α-частицей и ядром. То есть надо сообщить ядру энергию активации Ea, аналогичную энергии активации химических реакций и реакций ядерного синтеза (рис. 11). Самопроизвольно реакции ядерного распада идти не могут. Однако же идут! Квантовая механика объясняет это туннельным эффектом.



Рис. 11. Зависимость потенциальной энергии ^ U взаимодействия ядер от расстояния r между ними.

От неопределённости положения α-частица может ненадолго выйти за потенциальный барьер (туннелирует сквозь него). Тогда силы кулоновского отталкивания смогут одолеть ядерные, и частица станет всё быстрей удаляться от ядра. Но в классической физике, где царит детерминизм, это невозможно. А потому должен быть внешний источник, сообщающий частицам энергию активации. И такой источник есть – это космические лучи – приходящее из космоса электромагнитное и корпускулярное излучение, имеющее и мощную проникающую компоненту, для которой земные преграды не помеха. Излучение и вызывает распад радиоактивных веществ и создаётся сверхэнергичными нейтральными частицами, поток которых постоянен и весьма однороден по направлениям. Поэтому независимо от времени суток, температуры и других условий, от того, лежит ли распадающийся изотоп в свинцовом контейнере, или на воздухе, распад идёт всегда с постоянной скоростью. Частота распадов определяется вероятностью попадания в ядро частицы достаточной энергии – энергии активации. Удар частицы ведёт к возбуждению ядра и его делению, если эта энергия достаточна для разрыва ядерных связей. Чем прочнее частица или ядро, тем реже такое будет происходить – тем больше время жизни частицы и период полураспада изотопа. Наиболее прочные ядра, с большой энергией активации (меньше энергии налетающих частиц) стабильны.

Нейтральные частицы, идущие из космоса, имеют, в отличие от сверхэнергичных заряженных, естественное происхождение, рождаясь, вероятно, в недрах звёзд – этих природных ядерных реакторах. То, что ядерный распад – это процесс не спонтанный, а заданный внешними факторами, доказывают опыты С. Шноля [12]. Возможно, частицы, возбуждающие ядра, – это просто реоны и ареоны, ударяющие в заряды e+ и e- ядер и как раз обладающие огромной проникающей способностью с высоким постоянством потока [3]. К тому же и сам электрон испускает реоны и дёргается, дрожит за счёт отдачи при выстрелах реонами и от ударов других реонов. То есть, подобно тепловым колебаниям атомов в кристаллах, колеблются e+ и e- в решётке ядер. Когда размах этих колебаний случайно превысит ширину потенциального барьера, ядра делятся. Совсем как тепловое движение атомов вызывает порой их распад – отрыв электрона (ионизацию), так и тепловые колебания электронов в ядре приводят к распаду ядер – отделению их фрагментов. Эти колебания, тепловое дрожание частиц напоминают квантовую неопределённость положения, но имеют классическую природу.

Удары частиц могут и не сообщать энергию активации, их смысл в выводе ядер из равновесия, разрыв же производят кулоновские силы. Ведь ядерные силы, сдерживающие ядра, сильно зависят от упорядоченного расположения электронов и позитронов [5]. Их колебания, смещения под ударами частиц снижают эти силы, делая временно меньше кулоновских. Дрожание электронов в узлах решётки ведёт к делению не прямым, а окольным путём, более длинным, но с меньшим усилием. Связи e+ и e- рвутся постепенно, по одной, и для разрыва хватает меньшей силы. Так и усилие на сдвиг, разрыв кристалла меньше расчётного, поскольку от искажений, дислокаций связи рвутся поочерёдно [10]. Работа Eк кулоновской силы по отрыву ядер та же, но электрическое отталкивание превышает притяжение – высота барьера снижается. Ядро идёт и не в гору, и не сквозь барьер (не туннелирует), а в обход, через перевал (см. рис. 11). Итак, распад не бывает спонтанным, но связан с испусканием-поглощением реонов и других частиц – с электромагнитным и корпускулярным излучением.

Стоит отметить, что ещё Тесла считал радиоактивный распад не спонтанным, а индуцированным космическим излучением процессом [8]. Он даже разработал устройства для преобразования и использования энергии космических лучей. Предполагал Тесла и возможность применения космолучей, благодаря сверхсветовой скорости образующих их частиц, для межзвёздной связи [12] и разработал подобные устройства.

Идеи о возможности влиять на скорость распада частиц и ядер с помощью излучения из космоса отражены и в научной фантастике, скажем, в повести Б. Шоу "Путешествие в эпицентр". А в известных фильмах "Вспомнить всё", "5-й элемент", "Гудзонский ястреб" отражена гипотеза о связи пирамид и строения атома, о том, что в кристаллах, пирамидах кроется мощный источник энергии и способ трансмутации элементов. Природа устроена просто, а потому фантасты – эти художники пера, тонко ощущая реальность, порой понимают явления природы глубже учёных.

Познание тайн реакций распада и синтеза частиц позволит открыть более эффективные и простые способы получения ядерной энергии, скажем, осуществить холодный ядерный синтез. Ведь из химии следует, что в реакциях для сообщения энергии активации не обязателен нагрев. Благодаря веществам-катализаторам многие реакции интенсивно идут уже при комнатной температуре. Наглядный пример – организм человека – сложная химическая лаборатория, в которой миллионы реакций протекают при температуре тела за счёт природных катализаторов – ферментов. Так же и в ядерных реакциях, подобных химическим, однажды удастся найти частицы-катализаторы. Примером их могут быть нейтроны – именно они позволили осуществить первые искусственные ядерные процессы.

Такие катализаторы позволят осуществить и дешёвую трансмутацию элементов – получать золото и другие ценные элементы, как в химии научились синтезировать дефицитные природные вещества и молекулы. Знание структуры частиц позволит конструировать новые трансурановые элементы и частицы. Пока же, от ошибочности ядерной физики и незнания структуры частиц, их создание – это дорогое слепое тыканье, напоминающее получение новых веществ алхимиками. Те наугад брали разные вещества, смешивали, разогревали, меняли условия так и эдак. Вот и нынешние алхимики получают новые частицы грубым перебором условий: столкнуть какие-то частицы и посмотреть, что получится. Пора уже ядерной физике преодолеть тот рубеж, который век назад перешла химия, познав структуру молекул, синтезируемых теперь целенаправленно, дёшево и эффективно. Но для этого надо прежде отказаться от всех алхимических, мистических теорий – теории относительности и квантовой механики, иначе дальнейший прогресс будет невозможен, а наука и впредь будет пребывать в руках шарлатанов.


Источники:

1. Морозов А. Ломоносов. М.: МГ, 1950.

2. Шелест В.П. Новый круг (структура элементарных частиц). М.: Атомиздат, 1978.

3. Семиков С. План микромира // Инженер, №5, 2007.

4. Семиков С. Геометрия – ключ к микромиру // Инженер, №2, 2008.

5. Семиков С. Атомный кристалл-пирамида // Инженер, №3, 2009.

6. Сивухин Д.В. Атомная и ядерная физика. Т. V, ч. 2, М.: Наука, 1989.

7. Завельский Ф.С. Масса и её измерение. М.: Атомиздат, 1974.

8. Сейфер М. Никола Тесла. Повелитель Вселенной. М., 2008.

9. Содди Ф. История атомной энергии. М.: Атомиздат, 1979.

10. Шаскольская М.П. Очерки о кристаллах. М.: Наука, 1987.

11. Сизов А. Происхождение латентного тепла // Инженер, №1, 2009.

12. Семиков С. Космические лучи – путь к звёздам // Инженер, №4, 2008.


С.Семиков


Дата установки: 26.04.2010

Последнее обновление: 22.06.2010

[вернуться к содержанию сайта]




Похожие:

Ядерная энергия и структура частиц iconПод энергоресурсами понимаются материальные объекты, в которых сосредоточена возможная для использования энергия
Энергия количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться друг в друга, условно подразделяется по...
Ядерная энергия и структура частиц iconМасса и строение частиц (напечатано в журнале "Инженер" №11, 2006 г.)
Последовательная теория элементарных частиц, которая предсказывала бы возможные значения масс элементарных частиц и другие их внутренние...
Ядерная энергия и структура частиц iconСтруктура вакуума и метрический тензор общей теории относительности
Описаны свойства вакуума, свойства элементарных частиц, из которых он состоит. Определены свойства этих частиц. Обоснована формула...
Ядерная энергия и структура частиц iconДокументы
1. /1985 - Энергия/01 - Мы Вместе.txt
2. /1985...

Ядерная энергия и структура частиц iconЗанятие 5 Правописание частиц. Различение частиц не и ни
В гостях у родителей сидел молодой человек, н спускавший с красивой дамы застывшего в полном восторге взора
Ядерная энергия и структура частиц iconХронология баллистической теории предыстория
...
Ядерная энергия и структура частиц iconРабочей группы Межведомственной экспертной комиссии по космосу
Рабочая группа, образованная решением межведомственной экспертной комиссии по космосу от 18. 11. 92 г., провела рассмотрение и анализ...
Ядерная энергия и структура частиц iconУпругость эфира, состоящего из неупругих частиц антонов Владимир Михайлович
Упругость эфирной среде, состоящей из абсолютно твёрдых, несжимаемых, неупругих частиц (эфирных шариков), придают их движения
Ядерная энергия и структура частиц iconУрок по теме «Движение частиц вещества. Диффузия» (6 класс пропедевтика физики) Триединая дидактическая цель
Образовательная – познакомить учащихся с диффузий и броуновским движением, как явлениями, объясняющими положение мкт о движении частиц...
Ядерная энергия и структура частиц icon8 класс. Тепловые явления. (срок сдачи до 10 ноября)
Шайба скользит по горизонтальной ледовой площадке. Как при этом меняется кинетическая энергия шайбы? Внутренняя энергия?
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов