Ученые провели ядерную реакцию ударным сжатием крошечного пузырька газа
Две недели назад американский журнал “Сайнс” опубликовал сенсационное собщение: ученые из США и России провели термоядерную реакцию. Причем, им не потребовалась мощная установка вроде токамака или «многорукой лазерной шивы». Было вполне достаточно колбы с холодным ацетоном, генератора ультразвука и источника быстрых нейтронов для инициирования кавитации. Научное собщество встретило собщение неоднозначно. Сам главный редактор журнала написал к статье обширный комментарий, объясняя, почему он счел возможным принять статью в печать. Это не случайно, ведь у всех физиков еще жива память со скандальным открытием-закрытием холодного ядерного синтеза. Чтобы разобраться, в чем суть открытия, наш корреспондент Сергей Комаров встретился с одним из авторов работы – председателем Уфимского научного центра РАН, академиком Робертом Нигматулиным. Вот что он рассказал.
В основе обнаруженного явления лежит открытая лет семьдесят назад сонолюминесценция: вода с микропузырьками газа излучает свет, если через нее пропускать ультразвук. Причина в том, что под действием звуковой волны пузырьки газа в воде в такт колебаниям расширяются и сжимаются от нескольких микрон до нескольких десятков микрон (микрон – одна тысячная миллиметра). Причем изменения объемов могут быть очень велики - диаметр пузырьков меняется в десятки раз, ну а объем, соответственно, в тысячи. Это установлено прямыми наблюдениями. При таком сжатии газ должен сильно нагреваться и нет ничего удивительного в том, что он излучает свет. Однако в 1993 году американец Ларри Крам обнаружил, что свет излучается не все время, в течение которого газ сжат, а сверхкороткими вспышками продолжительностью в несколько десятков пикосекунд (пикосекунда - в миллион раз меньше миллионной доли секунды, и число пикосекунд в секунде равно числу секунд в 31 тысяче лет). И случается вспышка в самом конце цикла сжатия пузырька, когда он становится очень маленьким (радиус - несколько микрон). Сам же цикл, связанный с периодом ультразвуковой волны, длится пятьдесят микросекунд. Таких периодов в секунде двадцать тысяч.
Теоретики быстро поняли, что яркие и столь короткие вспышки света связаны со схождением и отражением от центра пузырька сферической ударной волны, инициируемой от стенки пузырька, разогнанной к этому центру до больших скоростей. Период сжатия и расширения пузырька состоит из четырех стадий: первая – относительно медленное расширение, вторая медленное сжатие, третья – сжатие с огромными скоростями (несколько километров в секунду), когда инициируется внутрь сферическая ударная волна и четвертая – концентрация и отражение этой ударной волны от центра. Чтобы нагляднее представить соотношение времен этих четырех стадий, поставим одну неделю в соответствие периоду колебания акустического поля. Тогда первая стадия длится шесть дней, вторая – один день, третья – пять минут и четвертая – доли секунды. В четвертой, ничтожно короткой стадии газ в очень малой окрестности центра микропузырька происходит огромная концентрация энергии за счет кинетической энергии акустического генератора, а газ там становится чудовищно плотным и горячим. По оценкам теоретиков, температура в этой точке достигает миллиона градусов, а плотность вещества в несколько раз превышает плотность воды!
Когда ход событий стал ясен, Роберт Нигматулин со своим американским другом Диком Лэхи предложил коллегам: давайте попробуем сделать так, что бы температура при схлопывании ударной волны достигла несколько десятков миллионов градусов, чтобы в центре микропузырька провести термоядерную реакцию. После пленарной лекции Р. Нигматулина в 1995 году в США на международной конференции по ядерным реакторам к нему подошел сотрудник Национального ядерного центра в Оук Ридже Руси Талеархан и предложил свое сотрудничество. Хотя лекция нашего ученого была встречена с энтузиазмом, но большинство ученых выражали как минимум сомнение в реализуемости «пузырькового термояда», тем более, что все помнили скандал с «холодным термоядом», когда публикация непроверенных результатов привела к дискредитации ученых. “Ученые имеют право предлагать обществу яркие и заманчивые поисковые проекты, основанные на научном анализе, даже когда нет гарантий их благополучной реализации” - убеждал наш ученый своих коллег.
Идея, которую предложил Р. Нигматулин, ставший теоретиком этой группы, была такова: как можно быстрее разогнать стенку пузырька. Для этого потребовалась органическая жидкость ацетон, в которой атомы водорода были замещены его изотопом - дейтерием. При температуре в десятки миллионов радиусов ядра дейтерия сливаются друг с другом, порождая с равной вероятностью либо ядро радиоактивного тяжелого водорода – трития и протон, либо ядро гелия-3 и быстрый нейтрон с энергией 2,5 МэВ. Именно эти два фактора - увеличение содержания трития и поток нейтронов с указанной энергией и должны были свидетельствовать о ядерной реакции в пузырьке.
Теоретический анализ Р. Нигматулина и его уфимских коллег и учеников И. Ахатова, Н. Вахитовой, Р. Болотновой и А. Топольникова выявил парадоксальный эффект: для реализации термоядерного синтеза необходимо использовать холодный дейтерированный ацетон (при температуре ниже 2 – 3 градусов Цельсия). Многие выражали сомнение в устойчивости сферически-симметричной концентрации энергии, но анализ члена-корреспондента РАН М. Ильгамова и А. Аганина опроверг сомнения скептиков.
Р. Талеархан провел много экспериментов как с обычным, так и дейтерированным ацетоном при разных температурах. И в полном соответствии с теорией, именно только холодный дейтерированный ацетон при управляемой кавитации стал давать вспышки нейтронов, которые возникали одновременно со вспышками света. Одновременно замерялось и производство трития. Поток нейтронов и трития были порядка десять - сто тысяч нейтронов и ядер трития в секунду. Принципиальный результат - в пузырьках идет ядерная реакция.
Статья с подробным описанием эксперимента была направлена в авторитетный журнал «Сайенс», публикующий научные открытия. Статья прошла тщательное анонимное рецензирование. И после детальной переписки в течении нескольких месяцев с пятью рецензентами через редакцию журнала сомнения рецензентов были сняты, и статья была опубликована.
Но за две недели до объявленной публикации коллеги Р. Талеархана в Оук Ридже, которых за 8 месяцев до этого руководство попросило быть рецензентами проекта статьи, обратились к авторам статьи и в редакцию журнала с предложением задержать публикацию, обосновывая это тем, что в их измерениях поток быстрых нейтронов был в 10 - 100 раз меньше. Оппоненты предложили провести совместные измерения и потом опубликовать статью с расширенным (за счет оппонентов из Оук Риджа) коллективом авторов. Авторы были приглашены в Оук Ридж, и дискуссия продолжалась целый день. В конце совещания Р. Нигматулин поставил перед оппонентами три вопроса относительно представленных в статье экспериментов. Согласны ли они с тем, что производится тритий? Согласны ли они, что образуются быстрые нейтроны с энергией 2,5 МэВ? Согласны ли они, что эти два потока образуются за счет термоядерного синтеза ядер дейтерия? На все три вопроса оппоненты ответили: Да! После этого авторы ответили отказом отозвать статью. Ведь статья прошла тщательное рецензирование в соответствии с жесткими правилами журнала «Сайенс», и авторы имеют право зафиксировать свой приоритет. Авторы предложили оппонентам отдельно опубликовать свои данные с их количественной трактовкой. Научный руководитель ядерного центра Ли Редингер, который вел совещание, в заключении признал огромное значение статьи и сказал, что она должна быть опубликована с небольшими уточнениями. Несмотря на давление на редакцию журнала со стороны оппонентов в последующие дни, о чем написал в редакционной заметке главный редактор журнала Дан Кеннеди, статья была опубликована.
В заключение академик Р. Нигматулин сказал: “ Для досконального изучения явления необходимо время и средства. Хотя эти потоки нейтронов и трития невелики, но и не малы, тем более, что установка занимает всего лишь письменный стол и работает много часов. Высвобождаемая энергия пока ничтожна, но лиха беда начало. Я представляю как повысить производительность и эффективность процесса. Помимо практических перспектив представленные измерения позволят определять свойства вещества при десятках миллионах градусах и плотностях в пятьдесят раз больших, чем встречаются в природе. Теперь мы крайне заинтересованы в том, чтобы другие лаборатории проверили наши результаты“.
Сергей КОМАРОВ