Ядерно-химический катализ

Холманский А. С.

В работах [1, 2] высказано предположение о том, что в живых системах и в электрохимических процессах с участием палладия идет реакция (1):

Н⁺ + е +_е  n , (1)

Где Н⁺ - катион водорода, е – электрон,_е – антинейтрино, n – нейтрон. О том, что реакция такого рода в принципе возможна свидетельствует реакция, иницируемая высокоэнергетичным реакторным нейтрино:

_е + p  n + e⁺ , (2)

где р – протон, а е⁺ - позитрон. Энергетический порог реакции (1), равный ~1,25 Мэв, очевидно, должен быть компенсирован за счет энергии антинейтрино, причем нейтрино космогенной природы (солнечного или галактического).

В настоящей работе проведен анализ известных данных о нейтрино для выяснения условий, необходимых для протекания реакции (1) в живых и иных самоорганизующихся системах. Известно, что биосфера живет и развивается в основном благодаря электромагнитной энергии Солнца, биогенность которой обусловлены спектром излучения его фотосферы и спектром пропускания земной атмосферы. Согласно стандартной модели Солнца (СМС) этой энергии сопутствует нейтринная энергия, величина которой составляет около 3% от величины солнечной постоянной (3,86 10³³ эрг/см²с). Такое соотношение фотонной и нейтринной энергий до сих пор экспериментально не доказано, более того на начальном этапе развития биосферы при «тусклом» Солнце отношение этих энергий могло быть обратным. В этом случае нейтринная энергия могла сыграть ключевую роль в зарождении и развитии растительной жизни на Земле [1]. Хиральность нейтрино [3] в процессе эволюции биосферы по принципу Кюри с неизбежностью должна была наложить свой отпечаток на симметрию основных элементов биосферы, то есть на знаке оптической анизотропии простых органических молекул (аминокислот, молочной кислоты, глюкозы и др.).

Простейшими реакциями с участием нейтрино являются реакции -рапада ядер и свободного нейтрона, в которых поглощение или испускание нейтрино (антинейтрино) сопряжено с появлением или поглощением электрона (позитрона). Поскольку электрон является прямым носителем и генератором электромагнитной (химической) энергии, то реакции -распада вполне могут включаться в энергетику метаболизма живых систем. Возможно, что именно эти реакции лежат в основе некоторых аномальных явлений, обнаруженных на месте падения Тунгусского метеорита [4, 5]. В процессе биогенеза в живых системах мог развиться механизм конденсации нейтринной энергии и стать тем фактором эволюции, который определяет ее направление от простого к сложному [6].

Таким образом, если известно, что фотон активизирует электрон или систему электронов молекул (хлорофилла, родопсина и др.), то относительно энергии нейтрино можно предположить, что она через посредничество ядерных реакций может преобразоваться в химическую энергию теплового нейтрона или свободного электрона. Определив такие реакции как бионуклеосинтез, сформулируем физические принципы, которым они должны подчиняться. Обсудим также механизмы наиболее вероятных ядерных реакций, вместе со структурными особенностями реакционных центров, способных аккумулировать и утилизовывать нейтринную энергию в живых и иных системах, обладающих способностью к самоорганизации.
НЕЙТРИНО И -РАСПАД.

Электронное нейтрино образуется при -распадах ядер с изменением заряда ядра Z на единицу при неизменном значении массового числа ядра А, а также при распаде свободного нейтрона (n):

Здесь _е – нейтрино, Х, Y - ядра. Реакторные нейтрино инициируют обратные переходы:

_е + _ZX^A (n)  _Z+1Y^A (p) + e , (6)

_е + _Z+1Y^A (p)  _ZX^A (n) + e⁺ . (7)

Реакции идут спонтанно, если соблюдается энергетический баланс между исходными и конечными продуктами реакции [3]. Реакции (3) – (5) могут служить вторичными источниками нейтрино, а реакции (6), (7) – реакциями утилизации нейтрино. Нас интересуют прежде всего реакции с участием продуктов с тепловыми энергиями. Отметим также малую вероятность в живых системах реакций с выходом позитрона, поскольку его быстрая рекомбинация с электроном дает два гамма-кванта, которые либо уйдут из системы, либо, будучи поглощены, инициируют ряд мутагенных, ион-радикальных реакций (гамма-радилиз). Участие антинейтрино в реакции (1), переводит реакцию рекомбинации катиона водорода и электрона в ядерную реакцию синтеза нейтрона, который берет на себя роль, либо высокоактивного химического агента, участвующего в последующих реакциях синтеза, либо промежуточного активированного комплекса, имеющего избыток электромагнитной и нейтринной энергии, равный ~1,25 10^–6 эрг (~0,78 Мэв). Эта энергия при распаде нейтрона материализуется в виде антинейтрино и кинетической энергии электрона и протона. Последняя, по сути, является суммарной энергией «связанных» фотонов, обеспечивающих движение частиц [1].

Распад «активированного комплекса» (n) идет с константой скорости К = 1/t ~ 10^–3 с^–1, где t – время жизни нейтрона ~15 мин. С другой стороны реакция (1) есть квантовый процесс, в результате которого за ~900 с реализуется квант действия энергии величиной порядка 10^–30 эрг. С этой энергией в работах [1, 2] соотнесли предельно простую динамичную форму материи (эфира), назвав ее энергоформой. В результате действия энергоформы нейтрон преобразуется в промежуточный комплекс – {протон + электрон + антинейтрино}. Его, по аналогии с электронновозбужденным водородом, можно назвать лептонно-возбужденным квазиводородом, приняв связанную пару {электрон + антинейтрино} за лептонно-возбужденный электрон (квазибозон).

По завершению формирования электрона и нейтрино квазибозон распадается, при этом уход нейтрино инициирует процесс ионизации водорода. Время жизни квазиводорода можно оценить, представив, что энергия величиной 0,78 Мэв реализует квант действия h. Оно составит величину ~10^–21 с, которую можно сравнить со временем жизни эмпирической частицы бозон [3].

Логическим завершением механизма распада нейтрона явилось предположение [1] о захвате активной энергоформы уходящим нейтрино и его распаде на N изоморфных ему составляющих (_g), энергия которых при максимальном N, равным числу Авогадро (6,02 10²³), составит величину характерную для энергоформ ~10^–30 эрг. Кстати, отметим, что принятие числа Авогадро за третью мировую константу [1], наряду со скоростью света (С) и постоянной Планка (h), согласуется с математическими моделями фрактального эфира (физического вакуума) [7].

СОЛНЕЧНОЕ НЕЙТРИНО

Основным источником нейтрино является Солнце. В Таблице 1 представлены прогнозируемые СМС [3] потоки нейтрино различных энергий на Земле.

Таблица 1

Предсказания СМС для потока солнечных нейтрино на Земле

Пока регистрируют только поток нейтрино с пороговой энергией ~8 Мэв, который относят к источнику за № 4 [3]. Установлена антикорреляция интенсивности этого потока с Солнечной активностью (СА), то есть при увеличении числа солнечных пятен интенсивность потока нейтрино падает, достигая фонового значения в годы максимальной СА [3]. Снижение потока нейтринной энергии может быть ответственно за влияния СА на биосферу, установленные еще А.Л. Чижевским. Отмечается [3], что поскольку нейтрино от главного источника-1 пока не зарегистрировано, то СМС так и остается гипотетической. В основе механизма конденсации нейтрино в живых системах лежит наличие в них множественных молекулярно-клеточных водных подсистем, синхронизация и кооперация динамики элементов которых обеспечивает слияние нейтриноподобных энергоформ _g в нейтрино, с последующим его участием в ядерной реакции. Неорганические вещества, включая и искусственные активные среды нейтринных датчиков, не обладают кооперативно-резонансным эффектом самоупорядочивания и поэтому низка и «капризна» их чувствительность к солнечному нейтрино [8].

Отметим, что и сама гипотеза «холодного ядерного синтеза», стимулирующая эти и аналогичные исследования, до сих пор не получила надежных опытно-теоретических подтверждений [9]. Между тем в основе физической «странности» поведения электрохимической системы на основе палладия могут лежать резонансно-кооперативные эффекты, возникающие в кристаллической решетке палладия, насыщенной водородом или дейтерием. Сочетание ориентационной подвижности водорода и симметрии кристалла (гранецентрированная кубическая решетка), по-видимому, наделяет систему способностью конденсировать электронное нейтрино (антинейтрино) аналогично водным гелям живых систем по схеме [1]:

N _g  _е . (8)

Палладий имеет шесть стабильных изотопов с А от 102 до 110 и -радиоактивные с А – 103, 105, 109. Вероятность конденсации нейтрино должна зависеть от плотности нейтринной энергии, от температуры решетки, от концентрации в ней водорода (дейтерия) и их катионов (электронов), от метрик электрода и электрического поля. Реакция (8) может запускать такие ядерно-химические реакции (катализ):

Н⁺ + е +_е + Pd^A  Pd^A+1 + E₁ , (9)

d⁺ + е +_е + Pd^A  Pd^A+2 + E₂ . (10)

Энергетический баланс обеих реакций положителен, то есть Е  0, кроме того в случае, если А+1 или А+2 будут равны 103, 105 или 109, то могут фиксироваться и продукты их -распада. Специфика реакций (8) - (10) объясняет, как невоспроизводимость результатов опытов, так и значительное тепловыделение в случае их протекания. Кинематику реакций типа (9) можно представить как туннелирование квазиводорода к ядру атома сквозь его электронную оболочку. При этом внешние электронные орбитали атома, трансформированные межатомными связями, могут создавать эффект вихревой воронки, способствующей формированию квазиводорода и его туннелированию сквозь электронную оболочку атома.

Отметим, что если в схеме реакции (10) вместо Pd^A поставить атом водорода, то продуктом реакции будет радиоактивный тритий при Е  0:

d⁺ + е +_е + Н  Н³ + E.

Вероятность этой реакции, очевидно, будет существенно меньше вероятности реакций катализируемых палладием, о чем говорят довольно частые наблюдения аномального тепловыделения в опытах по холодному «термояду» и отсутствие достоверных результатов по фиксации трития [9, 10].

Реакции ядерно-химического катализа типа (9) интересны тем, что в силу значительного дефекта масс между исходным и конечным изотопом ядра-катализатора, требования к энергии нейтрино существенно снижаются вплоть до того, что для запуска каталитической реакции синтеза будет достаточно и тепловых энергий всех реагентов, что особенно важно для живых систем. Ясно, что лимитирующим фактором ядерно-химического катализа оказывается резонансно-кооперативные свойства среды-матрицы, от которых сильно зависит вероятность реакции (8), а также эффективность действия ядра-катализатора.
ТУНГУССКАЯ КАТАСТРОФА

Участие ядерно-нейтринной энергии в процессе фотосинтеза клетчатки (целлюлоза – полисахариды) можно привлечь для объяснения последствий взрыва Тунгусского метеорита в 1908 году, который имел явные признаки ядерного взрыва [4, 5, 11]. Метеорит упал близко к эпицентру мировой магнитной аномалии, что указывает на наличие у него собственного магнитного момента. О том, что он мог быть источником нейтронов свидетельствует повышенное содержание С¹⁴ в годовом кольце деревьев Калифорнии, датированным 1909 годом [11], а также изобилие в почве на месте падения редкоземельных и других элементов космогенного происхождения, имеющих -радиоактивные изотопы [5]. Учитывая, что в 1959 году в эпицентре взрыва не было повышенной радиации [5], а молодой лес в течении десятков лет рос в 7 – 10 раз быстрее, биогенный эффект могли оказать только элементы, имеющие изотопы с периодом полураспада до ~30 лет. К ним можно отнести: Co⁶⁰ – период полураспада 5,3 года, продукты и энергия распада (в скобках) ^- ,  (2,82 Мэв); Kr⁸⁵ – 10 лет, ^- ,  (0,687); Н³ – 12 лет, ^- (0,018); Eu¹⁵² – 13 лет, ЭЗ (1,88) и ^- ,  (1,82); Pb²¹⁰ – 22 лет; ^- (0,06); Sr⁹⁰ – 29 лет, ^- (0,546); Сs¹³⁷ – 30 лет, ^-,  (1,17).

Повышение приземной плотности нейтрино в районе падения метеорита могло инициировать реакции нуклеосинтеза типа (6), (7) и (9), (10). Участие же их продуктов в темновых реакциях фотосинтеза, включая метаболизм в корнях деревьев, могло, в свою очередь, интенсифицировать процесс синтеза клетчатки в молодых деревьях. При этом -кванты могли вызвать мутации как у деревьев, так и у насекомых [5]. Отметим, что магний, входящий в макромолекулу хлорофилла, имеет три стабильных и два -радиоактивных изотопа, причем третичная структура белка макромолекулы вполне может способствовать реакции конденсации нейтрино (8) и последующим реакциям ядерно-химического катализа (9). Протекание этих реакций в специфических условиях Тунгусской катастрофы позволяет предположить, что и при нормальном фоне нейтринной энергии она дает свой вклад в процесс синтеза клетчатки и развитие семян растений. С этим предположением согласуются, например, результаты по прорастанию картофеля в погребе, а также стимулирование роста проростков гороха и кукурузы малыми дозами радиации [12].

Таким образом, из проведенного анализа следует вывод, что наиболее плодотворным направлением исследований «холодных ядерных реакций» будет моделирование естественных реакций путем воспризведения необходимых условий для конденсации нейтринной энергии.

ЛИТЕРАТУРА

1. 
   Холманский А.С. Фрактально-резонансный принцип действия // Электронный журнал (sb29-2.zip). http://ikar.udm.ru/mis-rt.htm. 12.08.2003
   
2. 
   Стормс Э. Холодный синтез: его сущность и значение для науки и общества // Новая энергетика. 2003. № 1. С.12
   
3. 
   Клапдор-Клайнгротхаус Г. В., Штаудт А. Неускорительная физика элементарных частиц. М. 1997. 527 с.
   
4. 
   Золотов А. В. Проблемы Тунгусской катастрофы 1908 г. Минск. 1969
   
5. 
   Вронский Б. Тропой Кулика. М. 1997
   
6. 
   Холманский А.С., Стребков Д.С. Энергетика ноосферы. // Труды конференции. Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. М. 2003. С. 306
   

семинара. Синергетика. МГУ. 2001. Т. 4. С. 130

8. 
   Копылов А.В. Нейтрино продолжают удивлять // Природа. 2002. № 10. С. 3
   
9. 
   Аржанников А.В., Кезерашвили Г.Я., Кругляков Э.П. О российских конференциях по холодному синтезу и трансмутации ядер. // Успехи физических наук. 1999. N 6. Том 169.
   
10. 
    Барашенков В. Термояд на столе. // Знание – сила. 1997. № 9
    
11. 
    Мухин К.Н. Занимательная ядерная физика. М. 1985. 312 с.
    
12. 
    Полевой В.В. Физиология растений. М. 1989. 464 с.