О полезности действий в атомной энергетике
        На днях индийская компания HYLENR получила патент от правительства на фирменную технологию ядерных реакторов с низким энергопотреблением. Стартап сообщает, что это первая в мире разработка реактора «холодного синтеза». Она нацелена на получение экологически чистой энергии. Во время демонстрации ядерный реактор смог выделить стабильное усиление тепла в 1,5 раза при потреблении всего 100 Вт электроэнергии. В пресс-релизе HYLENR говорится о том, что компания использует ядерные установки с низким энергопотреблением, работающие на водороде (всего несколько мг) и электричестве. В ходе реакции, а точнее ядерного синтеза, они вырабатывают избыточное количество тепловой энергии. Как минимум, реакторы способны производить тепла в 1,5 раза больше потребляемой энергии. Сейчас кампания работает над тем, чтобы увеличить данный показатель до 2,5 раз. Очевидно, это значит, что выделяемая в процессе реакции энергия используется далеко не полностью.
        Строго говоря, из словаря атомной энергетики следует убрать понятие «коэффициент полезного действия» – речь не о тепловых частях АЭС – там как раз всё на современном уровне. Речь о собственно реакторе, в котором и «добывается» энергия. Получив в результате деления тяжёлых ядер продукты со звёздными температурами, мы усредняем их до температур автоклава! Вот уж где энтропия правит бал: основную энергию мы собственноручно переводим в недостижимое для нас же состояние. В дело идут крошечные остатки первоначальной добычи! Ещё хуже обстоят дела в области ядерного синтеза: с маниакальным упорством мы до сих пор пытаемся «проломить» кулоновский барьер в магнитных бутылках, токамаках, лазерных установках и восторгаемся, если удаётся вернуть затраты! О кпд речь не идёт: исходная позиция – дейтерия много, поэтому на кпд «плевать». А куда пойдут «неполезные действия»? Это вынесено за скобки!
        Во времена И.В. Курчатова турбогенераторы были последним «писком техники», но ведь с той поры сколько уж воды (в том числе и тяжёлой) утекло! Топливные элементы тихо и без лишних потерь превращают энергию химических связей в электрическую. Аналогичный путь прямого преобразования ядерной энергию в электрическую и есть достойная задача двадцать первого века! Сейчас, затратив астрономические суммы на термоядерные реакции, физики (да и то не все) наконец стали осознавать, что «в лоб Кулона не проломить», что нужно искать обходные пути. Холодный синтез – это реальная мечта, над исполнением которой некоторые учёные трудятся уже несколько десятилетий. Уже предложено несколько способов холодного синтеза:
Мюон-катализируемый синтез
        Ключом к первому подходу в этой проблеме являются мюоны. Дело тут обстоит так: поскольку электроны очень лёгкие, они вращаются вокруг ядра атома достаточно далеко, на расстоянии, которое больше, чем необходимое для того, чтобы произошёл синтез. Но мюоны намного тяжелее электронов. И если их поместить на место последних, они будут вращаться гораздо ближе к ядру, сливаясь с атомами гораздо проще и быстрее. Такой способ ядерного синтеза – это реальность. И его уже осуществляли даже при комнатной температуре. Но, к сожалению, мюоны очень нестабильны. И часто распадаются ещё до начала процесса, в котором они участвуют. Нестабильность мюонов приводит к тому, что процесс их создания в ускорителях потребляет намного больше энергии, чем количество, которое возникает при их использовании. Это обстоятельство делает весь процесс бессмысленным.
Дейтерий + Титан
        Дейтерий представляет собой тяжёлый изотоп водорода и его можно использовать для бомбардировки и осаждения на поверхность металла, такого как титан. Когда кристаллическая решётка металла оказывается заполнена, часть дейтерия начинает вступать в реакцию синтеза. Этот процесс называется синтезом твёрдого тела. И его используют для производства нейтронов в лаборатории. Металл помогает уменьшить кулоновский барьер и облегчает процесс синтеза. Однако в этом случае скорость синтеза крайне низка. А количество вводимой энергии значительно превышает количество получаемой на выходе.
Дейтерий + Палладий
        Металл, в котором протекает реакция синтеза, не обязательно должен быть титаном. Возможно, другие металлы будут иметь ещё более низкий кулоновский барьер. У исследователей Флейшманна и Понса однажды возникла подобная идея. И они выбрали палладий в качестве металла-катализатора. Это сработало! Исследователи сообщили о производстве избыточного тепла. И даже некоторых побочных продуктов синтеза! Увы, никто более не смог воспроизвести эксперимент. А также объяснить, почему один раз это сработало, а в другие – нет. Между прочим, имеет смысл попробовать в качестве металла-катализатора тантал. Этот металл – большой «любитель» водорода!
Индийский ядерный реактор «холодного синтеза»
        Запатентованная HYLENR фирменная технология ядерных реакций с низким энергопотреблением – первая в мире разработка реактора «холодного синтеза». Во время демонстрации ядерный реактор смог выделить стабильное усиление тепла в 1,5 раза при потреблении всего 100 Вт электроэнергии. Сейчас кампания работает над тем, чтобы увеличить данный показатель до 2,5. Как объяснили авторы, холодный ядерный синтез происходит при слиянии водорода с дейтерием, в результате чего образуется нестабильный гелий-3. Затем происходит захват ещё одного протона и в результате бета-распада возникает стабильный гелий-4.
        Этот процесс происходит при относительно низких энергозатратах, что и делает технологию перспективной. Как индусы преодолели кулоновские силы, авторы не раскрыли, вероятно, они используют экранизацию ядер электронными оболочками, как это происходило в титане и палладии. Опыт индусов – доказательство того, что главное в ядерном синтезе не солнечные температуры плазмы, а обход кулоновского барьера.
Захват нейтрона
        Кулоновский барьер не действует на нейтроны, это позволяет ядрам захватывать их со множеством последствий в зависимости от того, какое ядро осуществило захват. В большнистве случаев и захват, и последующие реакции идут с выделением энергии. Между тем, даже формально, захват ядром нейтрона тоже реакция синтеза, к тому же не требующая затрат. Идея такого синтеза была предложена мною в ВМ № 1 2021 г. в статье «Ядерный синтез и физика постулатов». Вопрос в получении достаточного количества нейтронов. Известны следующие источники нейтронов:
    Скважинные нейтронные генераторы. Принцип работы скважинного генератора нейтронов заключается в бомбардировке потоком ускоренных протонов (дейтонов) мишени из лёгких элементов (дейтерий, бериллий, литий и др.). Обычно это ускорительная стеклянная трубка с электродами, заполненная дейтерием. СНГ используются для нейтронного зондирования скважин.
        Ускорители заряженных частиц,  предназначенные для получения направленных потоков заряженных частиц с энергией, значительно превышающей энергию их теплового движения. Являются источниками пучков как первичных ускоренных заряженных частиц, так и вторичных частиц (мезонов, нейтронов, фотонов, атомов и др.), получаемых при взаимодействии первичных частиц с мишенью. Так, например, в Институте ядерных исследований РАН на основе сильноточного линейного ускорителя протонов сооружён комплекс экспериментальных установок для нейтронных исследований, включающий импульсный источник тепловых нейтронов, получаемых посредством импульса протонов, направленных на нейтронобразующую мишень (в конкретном случае это вольфрамовая мишень с водяным замедлителем).
        Однако, такие генераторы пригодны только для исследовательских целей, так как их нейтроны энергетически дороги. В ВМ № 1 2015 года в статье «О ядерном синтезе» была высказана гипотеза о возможности ядерного синтеза в области сравнительно низких температур путём обстрела нейтронами лёгких ядер. Там же (и тоже гипотетически) была предложена «нейтронная пушка» в виде кольцевого ускорителя протонов, совмещающих поток ускоренных протонов со встречным ускоренным пучком электронов: «Известны случаи захвата нейтронно-дефицитными ядрами электронов из оболочки атома с превращением одного из протонов ядра в нейтрон (p+ + e– => n0). Этот процесс происходит в ядре и энергию поставляют ядерные силы, так как нейтрон массивнее протона. А что, если пучок ускоренных протонов столкнуть с пучком ускоренных электронов с последующей магнитной сепарацией?»
        Любое сближение электрона и протона имеет всего три исхода: самый вероятный – это рассеяние, второй – это образование атома водорода и третий – образование нейтрона. Если энергетическая разница между родительским и дочерним ядром превышает 1,022 МэВ, электронный захват всегда превалирует. Как известно, масса протона 938,27 МэВ, масса нейтрона 939,565 МэВ, разность масс равна 1,295 МэВ, то есть энергетические условия выполнены. Нужно только такую энергию обеспечить при столкновении протона с электроном во встречных пучках, что отнюдь не кажется невозможным!
        Предлагаемая «нейтронная пушка» не была испытана, однако, как видим, её принципы не противоречат теории. Кольцевые ускорители (типа бетатронов) на такие энергии не представляют проблем, а перспектива сравнительно простого получения плотного пучка нейтронов, к тому же с автоматической селекцией потока нейтронов от исходных потоков протонов и электронов весьма многообещающа!
В оглавление