Kernreaktionen in Glühbirnen und Bakterien

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Die Wissenschaft hat ihre eigenen verbotenen Themen, ihre eigenen Tabus. Heutzutage wagen es nur wenige Wissenschaftler, Biofelder, ultraniedrige Dosen, die Struktur von Wasser …

Die Bereiche sind schwierig, bewölkt, schwer nachzugeben. Als Pseudo-Wissenschaftler verliert man hier leicht seinen Ruf, und über ein Stipendium muss nicht gesprochen werden. In der Wissenschaft ist es unmöglich und gefährlich, über die allgemein anerkannten Konzepte hinauszugehen, in Dogmen einzudringen. Aber es sind die Bemühungen von Draufgängern, die bereit sind, sich von allen anderen zu unterscheiden, die manchmal neue Wege des Wissens ebnen.

Wir haben mehr als einmal beobachtet, wie Dogmen im Laufe der Entwicklung der Wissenschaft ins Wanken geraten und allmählich den Status unvollständiger Vorkenntnisse erlangen. Also, und mehr als einmal, war es in der Biologie. Dies war in der Physik der Fall. Ähnliches sehen wir in der Chemie. Vor unseren Augen ist die Wahrheit aus dem Lehrbuch "Zusammensetzung und Eigenschaften eines Stoffes hängen nicht von den Methoden seiner Herstellung ab" unter dem Ansturm der Nanotechnologie zusammengebrochen. Es stellte sich heraus, dass ein Stoff in Nanoform seine Eigenschaften radikal verändern kann – zum Beispiel wird Gold kein Edelmetall mehr sein.

Heute können wir feststellen, dass es eine ganze Reihe von Experimenten gibt, deren Ergebnisse aus der Sicht allgemein anerkannter Ansichten nicht erklärt werden können. Und die Aufgabe der Wissenschaft ist es nicht, sie zu verwerfen, sondern zu graben und zu versuchen, der Wahrheit auf die Spur zu kommen. Die Position „das kann nicht sein, weil es nie sein kann“ist natürlich bequem, kann aber nichts erklären. Darüber hinaus können unverständliche, ungeklärte Experimente die Vorboten von Entdeckungen in der Wissenschaft sein, wie es bereits geschehen ist. Eines dieser heißen Themen im wörtlichen und übertragenen Sinne sind die sogenannten Niedrigenergie-Kernreaktionen, die heute als LENR - Low-Energy Nuclear Reaction - bezeichnet werden.

Wir haben nach einem Doktor der Physik und Mathematik gefragt Stepan Nikolaevich Andreevvom Institut für Allgemeine Physik. AM Prokhorov RAS, um uns mit dem Wesen des Problems und einigen wissenschaftlichen Experimenten bekannt zu machen, die in russischen und westlichen Labors durchgeführt und in wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht wurden. Experimente, deren Ergebnisse wir noch nicht erklären können.

Reaktor "E-Сat" Andrea Rossi

Mitte Oktober 2014 war die wissenschaftliche Weltwelt von der Nachricht begeistert - ein Bericht von Giuseppe Levi, Professor für Physik an der Universität Bologna, und Co-Autoren über die Ergebnisse der Erprobung des E-Сat-Reaktors, erstellt von der italienische Erfinder Andrea Rossi.

Denken Sie daran, dass A. Rossi 2011 die Installation der Öffentlichkeit präsentierte, an der er viele Jahre lang in Zusammenarbeit mit dem Physiker Sergio Fokardi arbeitete. Der Reaktor mit dem Namen "E-Сat" (kurz für Energy Catalizer) produzierte eine ungewöhnliche Menge an Energie. E-Сat wurde in den letzten vier Jahren von verschiedenen Forschergruppen getestet, als die wissenschaftliche Gemeinschaft auf Peer-Review drängte.

Der längste und detaillierteste Test, bei dem alle notwendigen Parameter des Prozesses aufgezeichnet wurden, wurde im März 2014 von der Gruppe von Giuseppe Levi durchgeführt, zu der unabhängige Experten wie Evelyn Foski, theoretische Physikerin vom italienischen Nationalinstitut für Kernphysik in Bologna, gehörten, Physikprofessor Hanno Essen von der Königlich Technischen Hochschule in Stockholm und übrigens ehemaliger Vorsitzender der Schwedischen Gesellschaft der Skeptiker, sowie die schwedischen Physiker Bo Hoystad, Roland Petersson, Lars Tegner von der Universität Uppsala. Experten bestätigten, dass das Gerät (Abb. 1), in dem ein Gramm Kraftstoff mit Strom auf eine Temperatur von ca. 4084).

Reis. eins. Der E-Cat-Reaktor von Andrea Rossi im Einsatz. Der Erfinder offenbart nicht, wie der Reaktor funktioniert. Es ist jedoch bekannt, dass im Keramikrohr eine Brennstofffüllung, Heizelemente und ein Thermoelement angeordnet sind. Die Oberfläche des Rohres ist zur besseren Wärmeableitung gerippt.

Der Reaktor war ein Keramikrohr von 20 cm Länge und 2 cm Durchmesser. Innerhalb des Reaktors befanden sich eine Brennstofffüllung, Heizelemente und ein Thermoelement, dessen Signal der Heizungssteuerung zugeführt wurde. Die Stromversorgung des Reaktors erfolgte aus einem elektrischen Netz mit einer Spannung von 380 Volt über drei hitzebeständige Drähte, die während des Reaktorbetriebs glühend heiß wurden. Der Brennstoff bestand hauptsächlich aus Nickelpulver (90%) und Lithiumaluminiumhydrid LiAlH₄(10%). Beim Erhitzen zersetzt sich Lithiumaluminiumhydrid und setzt Wasserstoff frei, der von Nickel aufgenommen werden und mit ihm eine exotherme Reaktion eingehen kann.

Der Bericht gab an, dass die Gesamtwärme, die das Gerät über 32 Tage im Dauerbetrieb erzeugte, etwa 6 GJ betrug. Elementare Schätzungen zeigen, dass der Energiegehalt eines Pulvers mehr als tausendmal höher ist als der von beispielsweise Benzin!

Als Ergebnis sorgfältiger Analysen der elementaren und isotopischen Zusammensetzung haben Experten zuverlässig festgestellt, dass im abgebrannten Brennelement Veränderungen der Verhältnisse von Lithium- und Nickelisotopen aufgetreten sind. Wenn der Gehalt an Lithiumisotopen im Ausgangsbrennstoff mit dem natürlichen übereinstimmt: ⁶Li - 7,5%, ⁷Li - 92,5%, dann beträgt der Gehalt im abgebrannten Brennelement ⁶Li stieg auf 92% und der Inhalt ⁷Li sank auf 8%. Ebenso stark waren Verzerrungen der Isotopenzusammensetzung für Nickel. Zum Beispiel der Gehalt des Isotops Nickel ⁶²Ni in der "Asche" betrug 99%, obwohl es nur 4% im Ausgangsbrennstoff war. Die festgestellten Veränderungen der Isotopenzusammensetzung und die ungewöhnlich hohe Wärmefreisetzung deuteten darauf hin, dass im Reaktor nukleare Prozesse stattgefunden haben könnten. Es wurden jedoch weder während des Betriebs des Geräts noch nach dem Abstellen des Geräts Anzeichen einer für Kernreaktionen charakteristischen erhöhten Radioaktivität festgestellt.

Die im Reaktor ablaufenden Prozesse konnten keine Kernspaltungsreaktionen sein, da der Brennstoff aus stabilen Stoffen bestand. Auch Kernfusionsreaktionen sind ausgeschlossen, denn aus Sicht der modernen Kernphysik ist die Temperatur von 1400 °C vernachlässigbar, um die Kräfte der Coulomb-Abstoßung von Kernen zu überwinden. Deshalb ist die Verwendung des aufsehenerregenden Begriffs „kalte Fusion“für solche Verfahren ein irreführender Irrtum.

Wahrscheinlich haben wir es hier mit Manifestationen einer neuen Art von Reaktionen zu tun, bei denen kollektive niederenergetische Umwandlungen der Kerne der Elemente, aus denen der Brennstoff besteht, stattfinden. Die Energien solcher Reaktionen werden auf etwa 1–10 keV pro Nukleon geschätzt, d. h. sie nehmen eine Zwischenstellung zwischen „normalen“hochenergetischen Kernreaktionen (Energien über 1 MeV pro Nukleon) und chemischen Reaktionen (Energien in der Größenordnung von 1 eV pro Atom).

Bisher kann niemand das beschriebene Phänomen befriedigend erklären und die von vielen Autoren aufgestellten Hypothesen halten der Kritik nicht stand. Um die physikalischen Mechanismen des neuen Phänomens aufzuklären, ist es notwendig, die möglichen Erscheinungsformen solcher niederenergetischer Kernreaktionen in verschiedenen experimentellen Umgebungen sorgfältig zu untersuchen und die erhaltenen Daten zu verallgemeinern. Darüber hinaus hat sich im Laufe der Jahre eine beträchtliche Menge solcher ungeklärter Fakten angesammelt. Hier sind nur einige davon.

Elektrische Explosion eines Wolframdrahtes - Anfang des 20. Jahrhunderts

1922 veröffentlichten Mitarbeiter des Chemical Laboratory der University of Chicago Clarence Irion und Gerald Wendt eine Arbeit über die Untersuchung der elektrischen Explosion eines Wolframdrahtes im Vakuum (GL Wendt, CE Irion, Experimental Attempts to Decompose Tungsten at High Temperatures. Journal der American Chemical Society, 1922, 44, 1887-1894; Russische Übersetzung: Experimentelle Versuche, Wolfram bei hohen Temperaturen zu spalten).

An einer elektrischen Explosion ist nichts Exotisches. Dieses Phänomen wurde Ende des 18. Jahrhunderts nicht mehr oder weniger entdeckt, aber im Alltag beobachten wir es ständig, wenn bei einem Kurzschluss Glühbirnen (natürlich Glühbirnen) durchbrennen. Was passiert bei einer elektrischen Explosion? Wenn die Stromstärke durch den Metalldraht groß ist, beginnt das Metall zu schmelzen und zu verdampfen. Plasma bildet sich nahe der Oberfläche des Drahtes. Die Erwärmung erfolgt ungleichmäßig: An zufälligen Stellen des Drahtes treten „Hot Spots“auf, an denen mehr Wärme freigesetzt wird, die Temperatur Spitzenwerte erreicht und es zu einer explosionsartigen Zerstörung des Materials kommt.

Das Auffälligste an dieser Geschichte ist, dass Wissenschaftler ursprünglich erwartet hatten, die Zersetzung von Wolfram in leichtere chemische Elemente experimentell nachzuweisen. Irion und Wendt stützten sich in ihrer Absicht auf die folgenden bereits damals bekannten Tatsachen.

Erstens gibt es im sichtbaren Spektrum der Strahlung der Sonne und anderer Sterne keine charakteristischen optischen Linien, die zu schweren chemischen Elementen gehören. Zweitens beträgt die Temperatur der Sonnenoberfläche etwa 6.000 °C. Daher, so argumentierten sie, können Atome schwerer Elemente bei solchen Temperaturen nicht existieren. Drittens, wenn eine Kondensatorbank auf einen Metalldraht entladen wird, kann die Temperatur des während einer elektrischen Explosion gebildeten Plasmas 20.000 ° C erreichen.

Auf dieser Grundlage schlugen amerikanische Wissenschaftler vor, dass, wenn ein starker elektrischer Strom durch einen dünnen Draht aus einem schweren chemischen Element wie Wolfram geleitet und auf Temperaturen erhitzt wird, die mit der Temperatur der Sonne vergleichbar sind, die Wolframkerne in einem instabiler Zustand und zerfallen in leichtere Elemente. Sie haben das Experiment sorgfältig vorbereitet und mit sehr einfachen Mitteln brillant durchgeführt.

Die elektrische Explosion eines Wolframdrahts wurde in einem kugelförmigen Glaskolben (Abb. 2) durchgeführt, wobei ein Kondensator mit einer Kapazität von 0,1 Mikrofarad und einer Spannung von 35 Kilovolt darauf geschlossen wurde. Der Draht befand sich zwischen zwei Befestigungs-Wolframelektroden, die von zwei gegenüberliegenden Seiten in den Kolben eingelötet waren. Außerdem besaß der Kolben eine zusätzliche "spektrale" Elektrode, die dazu diente, in dem nach der Elektroexplosion gebildeten Gas eine Plasmaentladung zu zünden.

Reis. 2. Schema der Entladungs-Explosionskammer von Irion und Wendt (Experiment von 1922)

Einige wichtige technische Details des Experiments sollten beachtet werden. Während seiner Herstellung wurde der Kolben in einen Ofen gestellt, in dem er 15 Stunden lang kontinuierlich auf 300 ° C erhitzt wurde, und während dieser Zeit wurde das Gas daraus evakuiert. Zusammen mit dem Erhitzen des Kolbens wurde ein elektrischer Strom durch den Wolframdraht geleitet, der ihn auf eine Temperatur von 2000°C erhitzte. Nach dem Entgasen wurde ein Glasrohr, das den Kolben mit einer Quecksilberpumpe verband, mit einem Brenner geschmolzen und verschlossen. Die Autoren der Arbeit argumentierten, dass die getroffenen Maßnahmen es ermöglichten, 12 Stunden lang einen extrem niedrigen Restgasdruck im Kolben aufrechtzuerhalten. Daher gab es beim Anlegen einer Hochspannungsspannung von 50 Kilovolt keinen Durchbruch zwischen den "spektralen" und den Fixierelektroden.

Irion und Wendt führten einundzwanzig Experimente mit elektrischen Explosionen durch. Als Ergebnis jedes Experiments wurden etwa 10¹⁹ Teilchen eines unbekannten Gases. Die Spektralanalyse zeigte, dass es eine charakteristische Linie von Helium-4 enthielt. Die Autoren vermuteten, dass Helium durch den Alpha-Zerfall von Wolfram entsteht, der durch eine elektrische Explosion induziert wird. Denken Sie daran, dass Alpha-Teilchen, die beim Alpha-Zerfall auftreten, die Kerne eines Atoms sind ⁴Er.

Die Veröffentlichung von Irion und Wendt stieß damals auf große Resonanz in der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Rutherford selbst hat auf diese Arbeit aufmerksam gemacht. Er äußerte tiefe Zweifel, dass die im Experiment verwendete Spannung (35 kV) hoch genug sei, damit Elektronen Kernreaktionen im Metall auslösen könnten. Um die Ergebnisse amerikanischer Wissenschaftler zu überprüfen, führte Rutherford sein Experiment durch - er bestrahlte ein Wolfram-Target mit einem Elektronenstrahl mit einer Energie von 100 keV. Rutherford fand keine Spuren von Kernreaktionen in Wolfram, worüber er in der Zeitschrift Nature ziemlich scharf berichtete. Die wissenschaftliche Gemeinschaft stellte sich auf Rutherfords Seite, die Arbeiten von Irion und Wendt wurden als fehlerhaft erkannt und für viele Jahre in Vergessenheit geraten.

Elektrische Explosion eines Wolframdrahts: 90 Jahre später

Erst 90 Jahre später nahm ein russisches Forscherteam unter der Leitung von Leonid Irbekovich Urutskoyev, Doktor der Physikalischen und Mathematischen Wissenschaften, die Wiederholung der Experimente von Irion und Wendt auf. Die mit modernen experimentellen und diagnostischen Geräten ausgestatteten Experimente wurden am legendären Sukhumi Physics and Technology Institute in Abchasien durchgeführt. Physiker nannten ihre Haltung „HELIOS“zu Ehren des Leitgedankens von Irion und Wendt (Abb. 3). Im oberen Teil der Anlage befindet sich eine Quarzexplosionskammer, die an ein Vakuumsystem angeschlossen ist - eine Turbomolekularpumpe (blau eingefärbt). Vom Kondensatorbankentlader mit einer Kapazität von 0,1 Mikrofarad, der sich links neben der Anlage befindet, führen vier schwarze Kabel zur Strahlkammer. Für eine elektrische Explosion wurde die Batterie auf 35–40 Kilovolt aufgeladen. Die in den Experimenten verwendete diagnostische Ausrüstung (in der Abbildung nicht gezeigt) ermöglichte es, die spektrale Zusammensetzung des Plasmaglühens, das während der elektrischen Explosion des Drahtes gebildet wurde, sowie die chemische und elementare Zusammensetzung der Produkte von. zu untersuchen sein Verfall.

Reis. 3. So sieht die HELIOS-Installation aus, in der die Gruppe von L. I. Urutskoyev die Explosion eines Wolframdrahtes im Vakuum untersuchte (Experiment von 2012)

Die Experimente der Gruppe von Urutskoyev bestätigten die wichtigste Schlussfolgerung der Arbeit vor neunzig Jahren. Tatsächlich wurde durch die elektrische Explosion von Wolfram ein Überschuss an Helium-4-Atomen gebildet (etwa 10¹⁶ Partikel). Wurde der Wolframdraht durch einen Eisendraht ersetzt, bildete sich kein Helium. Beachten Sie, dass die Forscher bei den Experimenten mit dem HELIOS-Gerät tausendmal weniger Heliumatome registrierten als bei den Experimenten von Irion und Wendt, obwohl der „Energieeintrag“in den Draht ungefähr gleich war. Was der Grund für diesen Unterschied ist, bleibt abzuwarten.

Bei der elektrischen Explosion wurde das Drahtmaterial auf die Innenfläche der Explosionskammer gesprüht. Die massenspektrometrische Analyse zeigte, dass dem Wolfram-180-Isotop diese festen Reste fehlen, obwohl seine Konzentration im ursprünglichen Draht der natürlichen entsprach. Diese Tatsache kann auch auf einen möglichen Alpha-Zerfall von Wolfram oder einen anderen Kernprozess während der elektrischen Explosion eines Drahtes hinweisen (L. I. Urutskoev, A. A. Rukhadze, D. V. Filippov, A. O. Biryukov usw. Untersuchung der spektralen Zusammensetzung optischer Strahlung bei der elektrischen Explosion von ein Wolframdraht, „Brief Communications on Physics FIAN“, 2012, 7, 13–18.

Alpha-Zerfall mit einem Laser beschleunigen

Kernreaktionen mit niedriger Energie umfassen einige Prozesse, die spontane Kernumwandlungen radioaktiver Elemente beschleunigen. Am Institut für Allgemeine Physik wurden auf diesem Gebiet interessante Ergebnisse erzielt. A. M. Prokhorov RAS im Labor unter der Leitung von Georgy Airatovich Shafeev, Doktor der Physikalischen und Mathematischen Wissenschaften. Wissenschaftler haben einen überraschenden Effekt entdeckt: Der Alpha-Zerfall von Uran-238 wurde durch Laserstrahlung mit einer relativ geringen Spitzenintensität von 10. beschleunigt¹²–10¹³ W / cm² (AV Simakin, GA Shafeev, Influence of laser Bestrahlung von Nanopartikeln in wässrigen Lösungen von Uransalz auf die Aktivität von Nukliden. „Quantum Electronics“, 2011, 41, 7, 614–618).

Reis. 4. Mikroskopische Aufnahme von Gold-Nanopartikeln, die durch Laserbestrahlung eines Gold-Targets in einer wässrigen Lösung von Cäsium-137-Salz erhalten wurden (Experiment von 2011)

So sah das Experiment aus. In eine Küvette mit einer wässrigen Lösung von Uransalz UO₂Cl₂ Mit einer Konzentration von 5–35 mg/ml wurde ein Goldtarget platziert, das mit Laserpulsen mit einer Wellenlänge von 532 Nanometern, einer Dauer von 150 Pikosekunden und einer Repetitionsrate von 1 Kilohertz für eine Stunde bestrahlt wurde. Unter solchen Bedingungen schmilzt die Zieloberfläche teilweise und die damit in Kontakt kommende Flüssigkeit kocht sofort. Der Dampfdruck sprüht Goldtröpfchen in Nanogröße von der Zieloberfläche in die umgebende Flüssigkeit, wo sie abkühlen und zu festen Nanopartikeln mit einer charakteristischen Größe von 10 Nanometern werden. Dieses Verfahren wird Laserablation in Flüssigkeit genannt und wird häufig verwendet, wenn es erforderlich ist, kolloidale Lösungen von Nanopartikeln verschiedener Metalle herzustellen.

In Shafeevs Experimenten 10¹⁵ Gold-Nanopartikel in 1 cm²³ Lösung. Die optischen Eigenschaften solcher Nanopartikel unterscheiden sich grundlegend von den Eigenschaften einer massiven Goldplatte: Sie reflektieren das Licht nicht, sondern absorbieren es, und das elektromagnetische Feld einer Lichtwelle in der Nähe von Nanopartikeln kann um den Faktor 100–10.000 verstärkt werden und erreicht intraatomare Werte!

Die Kerne des Urans und seiner Zerfallsprodukte (Thorium, Protactinium), die sich zufällig in der Nähe dieser Nanopartikel befanden, wurden mehrfach verstärkten elektromagnetischen Laserfeldern ausgesetzt. Dadurch hat sich ihre Radioaktivität deutlich verändert. Insbesondere die Gammaaktivität von Thorium-234 hat sich verdoppelt. (Die Gamma-Aktivität der Proben vor und nach der Laserbestrahlung wurde mit einem Halbleiter-Gamma-Spektrometer gemessen.) Da Thorium-234 aus dem Alpha-Zerfall von Uran-238 entsteht, deutet eine Zunahme seiner Gamma-Aktivität auf einen beschleunigten Alpha-Zerfall dieses Uranisotops hin. Beachten Sie, dass die Gamma-Aktivität von Uran-235 nicht zunahm.

Wissenschaftler des GPI RAS haben entdeckt, dass Laserstrahlung nicht nur den Alpha-Zerfall, sondern auch den Beta-Zerfall eines radioaktiven Isotops beschleunigen kann ¹³⁷Cs ist einer der Hauptbestandteile radioaktiver Emissionen und Abfälle. In ihren Experimenten verwendeten sie einen grünen Kupferdampflaser, der in einem wiederholt gepulsten Modus mit einer Pulsdauer von 15 Nanosekunden, einer Pulswiederholungsrate von 15 Kilohertz und einer Spitzenintensität von 10. arbeitete⁹ W / cm²… Laserstrahlung wirkte auf ein Goldtarget in einer Küvette mit einer wässrigen Salzlösung ¹³⁷Cs, dessen Inhalt in einer Lösung mit einem Volumen von 2 ml ungefähr 20 Pikogramm betrug.

Nach zweistündiger Zielbestrahlung stellten die Forscher fest, dass sich in der Küvette eine kolloidale Lösung mit 30 nm Gold-Nanopartikeln bildete (Abb. 4) und die Gamma-Aktivität von Cäsium-137 (und damit seine Konzentration in der Lösung) um 75%. Die Halbwertszeit von Cäsium-137 beträgt etwa 30 Jahre. Dies bedeutet, dass eine solche Aktivitätsabnahme, die in einem zweistündigen Experiment erzielt wurde, unter natürlichen Bedingungen in etwa 60 Jahren eintreten sollte. Wenn wir 60 Jahre durch zwei Stunden teilen, stellen wir fest, dass sich die Zerfallsrate während der Laserbelichtung um das 260.000-fache erhöht hat. Solch eine gigantische Zunahme der Beta-Zerfallsrate hätte eine Küvette mit einer Cäsium-Lösung zu einer starken Quelle von Gammastrahlung machen müssen, die den üblichen Beta-Zerfall von Cäsium-137 begleitet. In Wirklichkeit geschieht dies jedoch nicht. Strahlungsmessungen zeigten, dass die Gamma-Aktivität der Salzlösung nicht ansteigt (E. V. Barmina, A. V. Simakin, G. A. Shafeev, Laser-induziertes Cäsium-137-Zerfall. Quantum Electronics, 2014, 44, 8, 791–792).

Diese Tatsache legt nahe, dass der Zerfall von Cäsium-137 unter Lasereinwirkung nicht nach dem wahrscheinlichsten (94,6%) Szenario unter normalen Bedingungen mit der Emission eines Gammaquants mit einer Energie von 662 keV verläuft, sondern auf eine andere Art und Weise - nicht strahlend. Dies ist vermutlich ein direkter Beta-Zerfall unter Bildung eines Kerns eines stabilen Isotops ¹³⁷Ba, die unter normalen Bedingungen nur in 5,4% der Fälle realisiert wird.

Warum es bei der Reaktion des Betazerfalls von Cäsium zu einer solchen Umverteilung der Wahrscheinlichkeiten kommt, ist noch unklar. Es gibt jedoch andere unabhängige Studien, die bestätigen, dass eine beschleunigte Deaktivierung von Cäsium-137 sogar in lebenden Systemen möglich ist.

Zum Thema: Kernreaktor in einer lebenden Zelle

Niedrigenergie-Kernreaktionen in lebenden Systemen

Seit mehr als zwanzig Jahren beschäftigt sich die Doktorin der Physikalischen und Mathematischen Wissenschaften, Alla Aleksandrovna Kornilova, mit der Suche nach niederenergetischen Kernreaktionen in biologischen Objekten an der Fakultät für Physik der Moskauer Staatlichen Universität. M. V. Lomonosov. Gegenstand der ersten Versuche waren Kulturen der Bakterien Bacillus subtilis, Escherichia coli, Deinococcus radiodurans. Sie wurden in ein an Eisen verarmtes Nährmedium gegeben, das jedoch das Mangansalz MnSO. enthielt₄und schweres Wasser D₂O. Experimente haben gezeigt, dass dieses System ein mangelhaftes Eisenisotop produziert - ⁵⁷Fe (Vysotskii V. I., Kornilova A. A., Samoylenko I. I., Experimentelle Entdeckung des Phänomens der niederenergetischen Kerntransmutation von Isotopen (Mn⁵⁵nach Fe⁵⁷) in wachsenden biologischen Kulturen, Proceedings of 6th International Conference on Cold Fusion, 1996, Japan, 2, 687–693).

Laut den Autoren der Studie ist das Isotop ⁵⁷Als Ergebnis der Reaktion trat Fe in wachsenden Bakterienzellen auf ⁵⁵Mn + d = ⁵⁷Fe (d ist der Kern eines Deuteriumatoms, bestehend aus einem Proton und einem Neutron). Ein eindeutiges Argument für die vorgeschlagene Hypothese ist die Tatsache, dass, wenn schweres Wasser durch leichtes Wasser ersetzt oder Mangansalz aus der Zusammensetzung des Nährmediums ausgeschlossen wird, das Isotop ⁵⁷Fe-Bakterien reicherten sich nicht an.

Nachdem sichergestellt wurde, dass nukleare Umwandlungen stabiler chemischer Elemente in mikrobiologischen Kulturen möglich sind, wandte AA Kornilova ihre Methode auf die Deaktivierung langlebiger radioaktiver Isotope an (Vysotskii VI, Kornilova AA, Transmutation of stable isotopes and deactivation of radioactive waste in Growing Biological Systems. Annals of Nuclear Energy, 2013, 62, 626-633). Diesmal arbeitete Kornilova nicht mit Monokulturen von Bakterien, sondern mit der Superassoziation verschiedener Arten von Mikroorganismen, um deren Überleben in aggressiven Umgebungen zu erhöhen. Jede Gruppe dieser Gemeinschaft ist dem gemeinsamen Leben, der kollektiven gegenseitigen Hilfeleistung und dem gegenseitigen Schutz maximal angepasst. Als Ergebnis passt sich die Superassoziation gut an eine Vielzahl von Umgebungsbedingungen an, einschließlich erhöhter Strahlung. Die typische maximale Dosis, der gewöhnliche mikrobiologische Kulturen widerstehen, entspricht 30 Kilorad, und Superassoziationen halten mehrere Größenordnungen mehr aus, und ihre metabolische Aktivität wird fast nicht geschwächt.

Gleiche Mengen der konzentrierten Biomasse der oben genannten Mikroorganismen und 10 ml einer Lösung von Cäsium-137-Salz in destilliertem Wasser wurden in Glasküvetten gegeben. Die anfängliche Gammaaktivität der Lösung betrug 20.000 Becquerel. In einigen Küvetten wurden zusätzlich Salze der lebenswichtigen Spurenelemente Ca, K und Na zugesetzt. Die verschlossenen Küvetten wurden bei 20 °C gehalten und ihre Gamma-Aktivität alle sieben Tage mit einem hochpräzisen Detektor gemessen.

Während hundert Tagen des Experiments in einer Kontrollzelle, die keine Mikroorganismen enthielt, nahm die Aktivität von Cäsium-137 um 0,6% ab. In einer Küvette, die zusätzlich Kaliumsalz enthält - um 1%. Am schnellsten nahm die Aktivität in der Küvette ab, die zusätzlich das Calciumsalz enthielt. Hier ist die Gammaaktivität um 24% zurückgegangen, was einer 12-fachen Verkürzung der Halbwertszeit von Cäsium entspricht!

Die Autoren stellten die Hypothese auf, dass aufgrund der lebenswichtigen Aktivität von Mikroorganismen ¹³⁷Cs wird umgewandelt in ¹³⁸Ba ist ein biochemisches Analogon von Kalium. Ist im Nährmedium wenig Kalium, dann erfolgt die Umwandlung von Cäsium in Barium beschleunigt, bei viel Kalium wird der Umwandlungsprozess blockiert. Die Rolle von Kalzium ist einfach. Aufgrund seiner Anwesenheit im Nährmedium wächst die Population von Mikroorganismen schnell und verbraucht daher mehr Kalium oder sein biochemisches Analogon - Barium, dh es treibt die Umwandlung von Cäsium in Barium voran.

Wie steht es um die Reproduzierbarkeit?

Die Frage der Reproduzierbarkeit der oben beschriebenen Experimente bedarf einiger Klärung. Der durch seine Einfachheit bestechende E-Cat Reactor wird von Hunderten, wenn nicht Tausenden begeisterten Erfindern auf der ganzen Welt nachgebaut. Es gibt sogar spezielle Foren im Internet, in denen „Replikatoren“Erfahrungen austauschen und ihre Leistungen demonstrieren. Der russische Erfinder Alexander Georgievich Parkhomov hat in diese Richtung einige Fortschritte gemacht. Es gelang ihm, einen Wärmeerzeuger zu konstruieren, der mit einer Mischung aus Nickelpulver und Lithium-Aluminiumhydrid arbeitet, die eine überschüssige Energiemenge liefert (AG Parkhomov, Testergebnisse einer neuen Version des Analogons des Hochtemperatur-Wärmeerzeugers Rossi. "Journal aufkommender Wissenschaftsrichtungen", 2015, 8, 34–39) … Im Gegensatz zu Rossis Experimenten wurden jedoch keine Verzerrungen der Isotopenzusammensetzung im abgebrannten Brennelement gefunden.

Experimente zur elektrischen Explosion von Wolframdrähten sowie zur Laserbeschleunigung des Zerfalls radioaktiver Elemente sind technisch wesentlich komplizierter und können nur in seriösen wissenschaftlichen Laboratorien reproduziert werden. Dabei wird die Frage nach der Reproduzierbarkeit eines Experiments durch die Frage nach seiner Wiederholbarkeit ersetzt. Für Experimente zu niederenergetischen Kernreaktionen ist eine typische Situation, wenn unter identischen experimentellen Bedingungen der Effekt entweder vorhanden ist oder nicht. Tatsache ist, dass es nicht möglich ist, alle Parameter des Prozesses zu kontrollieren, einschließlich des anscheinend noch nicht identifizierten wichtigsten. Die Suche nach den benötigten Modi ist nahezu blind und dauert viele Monate und sogar Jahre. Experimentatoren mussten bei der Suche nach einem Kontrollparameter mehr als einmal das schematische Diagramm des Aufbaus ändern – den „Knopf“, der „gedreht“werden muss, um eine zufriedenstellende Wiederholbarkeit zu erreichen. Momentan beträgt die Wiederholbarkeit bei den oben beschriebenen Experimenten etwa 30%, dh bei jedem dritten Experiment wird ein positives Ergebnis erhalten. Es ist viel oder wenig, was der Leser beurteilen kann. Eines ist klar: Ohne ein adäquates theoretisches Modell der untersuchten Phänomene zu erstellen, ist es unwahrscheinlich, dass dieser Parameter radikal verbessert werden kann.

Versuch einer Interpretation

Trotz überzeugender experimenteller Ergebnisse, die die Möglichkeit von Kernumwandlungen stabiler chemischer Elemente sowie die Beschleunigung des Zerfalls radioaktiver Stoffe bestätigen, sind die physikalischen Mechanismen dieser Prozesse noch unbekannt.

Das Haupträtsel der niederenergetischen Kernreaktionen besteht darin, wie positiv geladene Kerne Abstoßungskräfte überwinden, wenn sie sich einander nähern, die sogenannte Coulomb-Barriere. Dies erfordert in der Regel Temperaturen im Bereich von Millionen Grad Celsius. Es ist offensichtlich, dass solche Temperaturen in den betrachteten Experimenten nicht erreicht werden. Dennoch besteht eine Wahrscheinlichkeit ungleich null, dass ein Teilchen, das nicht über genügend kinetische Energie verfügt, um die Abstoßungskräfte zu überwinden, dennoch in der Nähe des Kerns landet und mit ihm eine Kernreaktion eingeht.

Dieser als Tunneleffekt bezeichnete Effekt ist rein quantenmechanischer Natur und steht in engem Zusammenhang mit der Heisenbergschen Unschärferelation. Nach diesem Prinzip kann ein Quantenteilchen (zum Beispiel der Kern eines Atoms) nicht gleichzeitig genau vorgegebene Werte von Koordinaten und Impuls haben. Das Produkt aus Unsicherheiten (unvermeidbare zufällige Abweichungen vom exakten Wert) von Koordinate und Impuls wird nach unten durch einen zur Planckschen Konstanten h proportionalen Wert begrenzt. Das gleiche Produkt bestimmt die Wahrscheinlichkeit des Tunnelns durch eine Potentialbarriere: Je größer das Produkt der Unsicherheiten von Koordinaten und Impuls des Teilchens, desto höher diese Wahrscheinlichkeit.

In den Arbeiten des Doktors der Physikalischen und Mathematischen Wissenschaften, Professor Vladimir Ivanovich Manko und Co-Autoren wird gezeigt, dass in bestimmten Zuständen eines Quantenteilchens (den sogenannten kohärenten korrelierten Zuständen) das Produkt der Unsicherheiten die Planck-Konstante überschreiten kann um mehrere Größenordnungen. Folglich steigt für Quantenteilchen in solchen Zuständen die Wahrscheinlichkeit, die Coulomb-Barriere zu überwinden (V. V. Dodonov, V. I. Manko, Invarianten und Evolution instationärer Quantensysteme. "Verfahren von FIAN". Moskau: Nauka, 1987, v. 183, p. 286).

Befinden sich mehrere Kerne verschiedener chemischer Elemente gleichzeitig in einem kohärenten korrelierten Zustand, so kann in diesem Fall ein bestimmter kollektiver Prozess ablaufen, der zu einer Umverteilung von Protonen und Neutronen zwischen ihnen führt. Die Wahrscheinlichkeit eines solchen Prozesses ist umso größer, je kleiner die Differenz zwischen den Energien der Anfangs- und Endzustände eines Kernensembles ist. Dieser Umstand bestimmt offenbar die Zwischenstellung niederenergetischer Kernreaktionen zwischen chemischen und "gewöhnlichen" Kernreaktionen.

Wie werden kohärente korrelierte Zustände gebildet? Was bringt Kerne dazu, sich zu Ensembles zu vereinen und Nukleonen auszutauschen? Welche Kerne können und welche nicht an diesem Prozess teilnehmen? Auf diese und viele andere Fragen gibt es noch keine Antworten. Theoretiker unternehmen nur die ersten Schritte zur Lösung dieses höchst interessanten Problems.

Daher sollte in dieser Phase die Hauptrolle bei der Untersuchung von Kernreaktionen mit niedriger Energie den Experimentatoren und Erfindern zufallen. Es bedarf systemischer experimenteller und theoretischer Studien zu diesem erstaunlichen Phänomen, einer umfassenden Analyse der gewonnenen Daten und einer breiten Expertendiskussion.

Das Verständnis und die Beherrschung der Mechanismen niederenergetischer Kernreaktionen wird uns bei der Lösung einer Vielzahl angewandter Probleme helfen - der Schaffung billiger autonomer Kraftwerke, hocheffizienter Technologien zur Dekontamination von Atommüll und der Umwandlung chemischer Elemente.