Гипотеза микроускорительного механизма работы реактора ядерного синтеза E-Cat
Дата: 03/02/2015
Тема: Атомная наука


Федор Михайлов,  ведущий инженер ЗАО "ТЕХЕНЕРГО", г. Львов, Украина

Продолжительные исследования феномена избыточного энерговыделения в металлах насыщенных водородом дают обнадеживающие результаты. Наибольших успехов достиг итальянский инженер Андреа Росси с последней версией его реактора HT E-cat с рабочей температурой ядра реактора 1000-1200 0С и удельной мощностью энерговыделения более 2 кВт/г топлива. Опубликованы результаты независимого тестирования реактора в течении 32 суток.  За время эксперимента было произведено  1,5 МВт ч избыточной тепловой энергии. Проведенный анализ отработанного топлива показал значительное изменение его изотопного состава за время работы реактора, что дает возможность говорить о энерговыделении в результате прохождения ядерных реакций.


Конструктивно реактор представляет собой трубку из немагнитной нержавеющей стали диаметром 2 см и длинной 20 см заглушенную с двух сторон. Топливо содержит 1 г порошка никеля с размером зерен 5-10 мкм с природным соотношением изотопов и незначительными добавками углерода, порошка железа,  LiAlH4 служащего источником водорода. Трубка запрессована во внешний корпус из оксида алюминия. Подогрев реактора осуществляется  электронагревателями от трехфазного источника тока с регулированием при помощи тиристорных ключей. Предусмотрено периодическое внешнее воздействие на топливную загрузку электромагнитным импульсом при пропускании разряда через катушку электронагревателя, а также воздействие высокочастотным радиоволновым электромагнитным излучением (1). При внешней простоте конструктивного исполнения реактора, для описания принципов его работы необходимо использовать целый ряд физических явлений.

Разогрев ядра реактора электрическими нагревателями вызывает выделение водорода из LiAlH4. В процессе насыщения никеля водородом происходит физическая адсорбция водорода из газовой фазы, диссоциация молекул водорода на поверхности металла, переход атомов водорода в протонированную форму с частичной передачей электронного заряда в зону проводимости металла (2.-с.17). Водород в металле находится не в виде голого протона, а на нем сохраняется примерно 0,1-0,6 заряда электрона на атом. Протоны размещаются в октаэдрических пустотах кубической гранецентрированной решетки никеля и имеют большую диффузионную подвижность (3.-с.13). При комнатной температуре протон совершает 2х1012 перескоков в секунду, что обусловлено малой величиной диффузионной энергии активации водорода 0,05 ev. В процессе диффузии протон совершает перескоки между соседними октопорами через тетраэдрические пустоты. В результате насыщения никеля водородом  образуется высокоподвижный межрешеточный протонный газ большой плотности, при использовании незначительного количества энергии на разогрев никеля.

В процессе разогрева реактора до точки Кюри равной 356 0С для никеля, пропусканием импульсов тока от батареи конденсаторов  через катушку нагревателя, производится  магнитострикционное воздействие на зерна топлива (4-с3-6). Под действием магнитострикционного сжатия-растяжения решетки никеля возбуждаются неравновесные волны диффузионного перемещения межрешеточного протонного газа.

В кристаллической решетке металла имеются точечные дефекты-вакансии. В процессе диффузии, при попадании протонов из октаэдрических пустот в вакансии, протоны переходят сначала в атомарную, а затем молекулярную форму. Размер атома водорода 0,1 нм (1А) на пять порядков превосходит размер протона 10-6 нм (10-5А), размер молекулы водорода 0,212 нм.  Молизация атомов водорода приводит к большому повышению давления и температуры в вакансии, происходит деформация кристаллической решетки, повышается твердость и хрупкость металла.  Превышение растягивающих напряжений выше предела прочности вызывает появление микротрещин в никеле. На свежей микротрещине образуются мозаично заряженные поверхности. Электроны и протоны, эмитируемые с поверхности в поле нескомпенсированных зарядов, ускоряются до высоких энергий (выше 103 ev) .

Под действием ускоренных электронов и протонов происходит массовая генерация точечных радиационных дефектов-вакансий в кристаллической решетке никеля, возникает явление блистеринга (5-с.1), (6). В комплексе с внешним магнитострикционным воздействием, а при температуре выше точки Кюри, воздействием радиоволнового излучения в топливе индуцируются волны плотности протонного газа. Вызванное внешним воздействием растрескивание решетки металла в районе вакансий совместно с облучением ускоренными электронами интенсифицирует ускорительный механизм при отрыве стенки блистера от основного металла, рост блистеров от нано метрового до долей микрометрового размера. При блистеринге на поверхности зерен топлива образуется микрорельеф из вздутых вакансий. Под воздействием радиоволн и ускоренных электронов начинает работать плазменный механизм передачи энергии протонному межрешеточному газу (6.-с.4, 7). У возбужденной ускоренными электронами системы металл-водород  локальные частоты  Н-содержащих связей лежат вне фононного спектра кристаллов. До релаксации возбуждения Н-содержащая связь способна совершить 105-106 колебаний. Происходит интенсификация миграции протонов с увеличением ускорительного эффекта  в растущих блистерах.
 
В связи с использованием в реакторе е-сат водорода с природным соотношением изотопов необходима наработка дейтерия. Первой будет проходить пороговая реакция под действием ускоренных протонов с генерацией эпитепловых нейтронов (7.-с.3,4) :   

                                             Li7+p = Be7+n

Под действием нейтронов возможна наработка трития:

                                             Li6+n = He4+T

Возможные реакции под действием ускоренных протонов:

                                 Li6+p = (Be7) = He4+He3
                                 Li7+p =(Be8) = 2He4

Возможная реакция в Li6 под действием ускоренных дейтронов:

                                     Li6+D = (Be8) = 2He4

Далее, после замедления нейтронов в наводороженном никеле, проходит реакция  наработки дейтерия:      
                                                             H1+n=D+hν

Под действием тепловых нейтронов в никеле проходит изотопный сдвиг до изотопа Ni62  (1.-с.42)

Для стабильной работы реактора целесообразно предварительное небольшое обогащение топлива дейтерием, например путем электролиза зерен никеля в растворе солей лития в смеси легкой и тяжелой воды. Электролитическая обработка позволяет создать нанорельеф из вздувшихся вакансий  на  поверхности никеля для плазменного возбуждения диффузии протонов и дейтронов  в никеле. 

 В процессе диффузии наработанный дейтерий, как менее подвижный и более массивный изотоп водорода, будет собираться в самих вакансиях решетки и в виде дейтронов в ближайших октаэдрических пустотах вокруг вакансий. Дейтроны, ускоренные по вышеописанному микроускорительному механизму вступают в реакцию с экранированными дейтронами, расположенными в октопорах решетки. При передаче части заряда электрона в зону проводимости металла происходит искажение орбитали электронного облака вокруг дейтона находящегося в октопоре решетки никеля. Образовавшееся ридберговское состояние дейтона позволяет значительно экранировать кулоновское  отталкивание  при его взаимодействии с ускоренным дейтроном (8. -с.2,3,4).  Реакция может проходить по двум каналам: 

                      D+D=T+p                        и                         D+D=He3+n

При малых энергиях дейтронов реакция  идет преимущественно по безнейтронному каналу, что подтверждается экспериментами на ускорителях. Можно было ожидать  прохождения реакции между тритием и дейтерием,  имеющей наибольшее эффективное  сечение:
                                                 T+D=He4+n 

Однако отсутствие регистрации нейтронов с энергией порядка 17  Mev снаружи реактора предполагает ее блокирование по неизвестному механизму.

Отсутствие регистрации протонов и альфа частиц  вокруг реактора объясняется  их малым пробегом  в конструкциях реактора, отсутствие регистрации нейтронов - доминированием безнейтронного канала реакции  синтеза при малых энергиях взаимодействия дейтронов, реакциями нейтронов в литии, захватом нейтронов никелем. Различное соотношение изотопов лития в двух анализах отработавшего топлива можно объяснить обогащением внешних слоев соединений лития на поверхности зерен топлива изотопом Li6 в результате термодиффузии водорода в циклах сорбции-десорбции в процессе работы реактора (9.-с.2)

Заключение. Для более углубленного изучения процессов происходящих при работе  е-сат необходимо использовать реактор с увеличенным газовым объемом позволяющим детектировать излучение внутри реактора, проводить отбор газа для спектроскопии в процессе его работы. Подтверждением микроускорительного механизма работы реактора е-сат может служить регистрация ускоренных протонов, дейтронов, эпитепловых и тепловых нейтронов во внутреннем объёме реактора,  появление гелия и тяжелых изотопов водорода в процессе его работы, обнаружение явления блистеринга на поверхности зерен отработавшего топлива.


Литература:
1. G. Levi, E. Foschi, B. Hoistad, R. Pettersson, H. Essen
"Observation of abundant heat production from a reactor device and of isotopic changes in the fuel"
2. Д.Н. Гаркунов, Г.И. Суранов, Ю.А. Хрусталев
"Водородное изнашивание деталей машин"  УГТУ, Ухта, 2003.-199с
3. Л.В. Бабенкова, Н.М. Попова, И.Н. Благовещенская
"О механизмах взаимодействия водорода с металлами подгруппы железа" Академия наук СССР "Успехи химии" том LIV февраль 1985
4. С.А. Грановский
"Магнитострикция ферромагнетиков" Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва 2010 г.
5. А.М. Лидер, М. Кренинг, В. В. Ларионов, Г.В. Гранин
"Миграция водорода в металлах при сопряженном воздействии акустического и радиационного излучения" Журнал технической физики" том 81, выпуск 11, 2011 г., стр.90
6. В.Т. Астренин, А.В. Бурдаков, С.В. Полосаткин, В.В. Поступаев
"Явление блистеринга на поверхности материалов при облучении ионными пучками"  Презентация. Семинар термоядерных лабораторий ИЯФ. 25 октября 2005 г.
7. Б.Ф. Баянов, В.П. Белов, С.Ю. Таскаев
"Нейтронногенерирующая мишень ускорительного источника нейтронов для нейтроннозахватной терапии" ИЯФ им. Г.И. Будкера, Новосибирск 2005 г.
8. Э.Н. Цыганов, М.Д. Бавижев, В. М. Головатюк, С.Б. Дабатов, С.П. Лобастов
"Механизм выделения энергии в реакции D+D=4He* в проводящих кристаллах" журнал "Инженерная физика" вып.9  2013 г.
9. И.П. Чернов, Н.Н.Никитенков, М. Крекинг, Х. Баумбах
"Исследование механизма изменения изотопного состава металлов при насыщении водородом" Известия Томского политехнического университета 2000 г.






Это статья PRoAtom
http://www.proatom.ru

URL этой статьи:
http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=5833