Возрождение холодного термояда

Новая лабораторная установка, демонстрирующая прохождение реакции термоядерного синтеза в обычных условиях, на лабораторном столе, вызвала многочисленные вопросы еще до ее официального обнародования; статья о новом процессе должна появиться в журнале Science от 8 марта.

Установка была разработана исследовательской группой под руководством Рузи Талейархана (Rusi Taleyarkhan) из Ок-Риджской национальной лаборатории США. Упоминание о предстоящей публикации появилось в понедельник. Пока что известно, что в новом процессе для осуществления реакции ядерного синтеза используются звуковые волны и газовые пузыри.

Как объясняет Фред Бичетти из мичиганского университета, подготовивший анализ новой методики, "в подобном устройстве небольшие газовые пузырьки в жидкой среде взрываются при помощи звуковых волн высокого давления. При этом температура и давление в пузырьках достигают очень высоких значений, что приводит к возникновению вспышки света". В предложенном устройстве температура пузырьков достигает 10 млн. Кельвин, что соответствует температуре в центре Солнца.

Г-н Талейархан и его сотрудники утверждают, что их результаты носят предварительный характер. В отличие от предыдущих попыток открыть "холодный термояд", группа г-на Талейархана работает открыто и не пытается скрыть от коллег детали нового процесса.

Холодный термояд:важнейший прорыв

Американским ученым удалось впервые достоверно определить температуру вещества в газовых пузырьках, схлопывающихся под действием акустической кавитации, и установить, в каком именно состоянии вещество в них находится. За этим сухим описанием скрывается весомое подтверждение одного из наиболее громких и поразительных открытий в науке - «холодного термояда».

Как сообщил журнал Nature, сотрудники иллинойского университета (г. Урбана-Шампэйн) Кен Суслик (Ken Suslik) и Дэвид Флэнниган (David Flannigan) сумели достичь сонолюминисценции с необычно яркими вспышками света – настолько яркими, что они хорошо видны невооруженным глазом. Измерения, проведенные американскими химиками, показали, что температура в пузырьках достигает 15 тыс. градусов Цельсия – что в несколько раз выше, чем на поверхности Солнца. На приведенном снимке облако пузырьков газа освещается собственным свечением образующейся в них под воздействием ультразвука плазмы. «Никому прежде не удавалось измерить температуру внутри схлопывающегося пузырька», - комментирует суть открытия г-н Суслик.

Тем самым еще раз подтверждена научная обоснованность теории «холодного термояда». В 2002 году группа ученых из Ок-Риджской лаборатории (США) под руководством Рузи Талейархана (Rusi Taleyarkhan) заявили, что им удалось получить в пузырьках газа, буквально «на лабораторном столе», в нормальных условиях, реакцию ядерного синтеза – вожделенную мечту энергетиков. Открытие встретило мощное противодействие в научном сообществе. Среди скептиков был и сам Кен Суслик, утверждавший, что возможность «пузырькового синтеза» еще следует доказать.

«Наши результаты не являются ни подтвеждением, ни опровержением заявлений Талейархана о протекании реакции синтеза, - отметил он, подчеркнув при этом, что обязательным условием протекания реакции ядерного синтеза является наличие плазмы. – В нашей статье впервые со всей определенностью показано, что в данном процессе образование плазмы возможно».

Ученые воздействовали ультразвуковыми волнами частотой от 20 кГц до 40 кГц, находящимися за пределами чувствительности слуха человека, на концентрированную серную кислоту, содержащую газ аргон. Звуковые волны приводили к образованию в жидкости областей, в которых давление менялось с высокого на низкое с высокой частотой. В результате этого микроскопические пузырьки газа то увеличивались в размерах, то «схлопывались». При этом скорость изменения давления была столь высока, что пузырьки буквально «взрывались» под воздействием так называемой акустической кавитации, в результате чего вещество в микроскопической области нагревалось до сверхвысоких температур. Вещество ионизировалось, а при возвращении в исходное состояние накопленная энергия высвобождалась в виде вспышки света.

Признаком наличия плазмы стало бы обнаружение наличия ионизированных молекул кислорода. Простой нагрев вещества привел бы сначала к разрыву связей между атомами в молекуле, и лишь затем – к их ионизации. Именно такие ионы и были обнаружены – Суслик и Фланниган утверждают, что образоваться они могли лишь при соударении с высокоэнергетичными электронами или другими ионами в горячем плазменном ядре.

Неудача предыдущих экспериментов с измерениями сонолюминисценции, вызванной акустической кавитацией, была связана с тем, что они проводились в воде, и львиная доля энергии поглощалась молекулами водяных паров. Серная кислота, использованная Сусликом и Фланниганом, намного менее летуча, чем вода, вследствие чего газовые пузырьки состояли практически из одного аргона с малой примесью молекул кислоты. А поскольку аргон существует в атомарном состоянии, энергия не расходовалась на разрыв этих связей либо возбуждение колебаний.


Излучение света пузырьками под воздействием ультразвука

Источник: Nature
В результате оказалось, что пузырьки газа в серной кислоте под воздействием сонолюминисценции вызывают свечение в 2700 раз более интенсивное, чем пузырьки в воде. Это позволило провести измерения температуры в пузырьках с намного более высокой точностью, чем прежде.

«Эксперименты Фланнигана и Суслика знаменуют чрезвычайно важный этап исследований, поскольку им впервые удалось провести непосредственное исследование температуры и схлопывающихся газовых пузырьках, а также идентифицировать состояние материи в них», прокомментировал результат Детлеф Лозе (Detlef Lohse), сотрудник голландского университета Твенте в г. Эншед.

С важным достижением американских ученых проблема промышленного производства дешевой и чистой энергии, смутно маячившая вдалеке, начинает обретать реальные очертания. Сама задача из чисто физической приобрела внезапно «химическое» измерение – так, ученые из группы Суслика уже сегодня используют акустическую кавитацию для того, чтобы инициировать определенные химические реакции. Они полагают, что им удастся увеличить выделяемую пузырьками энергию за счет подбора наиболее подходящих для этой цели газов и жидкостей. И если ученым-химикам удастся "элегантно" воплотить в жизнь то, что не удалось их коллегам-физикам с огромными и чудовищно дорогими ТОКАМАКАМи - возможно, мы станем свидетелями поворотного момента в человеческой истории.


"Холодный термояд" вновь посрамил скептиков

Возможно ли с помощью небольших пузырьков обеспечить управляемый ядерный синтез и получить потенциальный источник почти неограниченной и "чистой" энергии? Новый эксперимент, поставленный группой Рузи Талейархана, разбивает доводы скептиков.

Доктор Рузи Талейархан (Rusi Taleyarkhan) из университета Пердью (штат Индиана) опубликовал первые результаты исследования реакции “соно-синтеза” (sonofusion) еще в 2002 году, когда его лаборатория базировалась в Национальной лаборатории Ок-Риджа (штат Теннесси), и с тех пор оставался упорным сторонником нового подхода, несмотря на определенный скептицизм коллег. Во многих лабораториях старались подтвердить или опровергнуть полученные результаты.

Суть метода заключается в достижении необходимых условий реакции термоядерного синтеза при помощи кавитации. Облучение жидкости ультразвуковыми волнами позволяет получать при сжатии внутри небольших газовых пузырьков генерацию тепла и вспышку света. Температура в центре пузырька достигает 15 тыс. градусов Цельсия, что достаточно для распада молекул. Ученые полагают, что интенсивные условия проведения процесса сонолюминисценции позволят осуществить ядерный синтез, подобный происходящему в недрах нашего Солнца.

В экспериментах использовался жидкий ацетон, в котором атомы водорода были заменены дейтерием - тяжелым изотопом водорода, содержащим дополнительно к протону один нейтрон. Когда ядра дейтерия соединяются вместе, происходит характерный выход нейтронов. Тогда критики отмечали, что Талейархан использовал внешний источник нейтронов, чтобы инициировать появление пузырьков, что осложняло определение истинного выхода нейтронов, образовавшихся в реакциях слияния ядер. Новый эксперимент, поставленный группой Талейархана, позволил дать ответ на этот вопрос. На этот раз ученые обошлись без использования внешних источников нейтронов вообще - пузырько образовывались в среде, состоящей из смеси бензола с урановой солью и жидкого ацетона, в котором нормальные атомы водорода были заменены дейтерием (C3D6O). В процессе спонтанного деления ядер урана образуются альфа-частицы, которые также могут инициировать образование пузырьков. Тем не менее, их легко отличить от нейтронов.

«В этом эксперименте используются три независимых нейтронных детектора и детектор гамма-лучей», - сообщает Талейархан и добавляет, что результаты, полученные с помощью этих четырех инструментов, доказывают, что в эксперименте происходит реакция синтеза. Хотя уран также может испускать нейтроны в ходе реакций расщепления, Талейархан утверждает, что они характеризуются иными энергиями, что позволяет без труда отделить эти нейтроны от тех, что выделяются при слиянии двух ядер дейтерия, сообщает Nature.

Экспериментальный реактор пока выдает энергии меньше, чем потребляет на поддержание реакции синтеза, и поэтому пока не может использоваться для генерации мощности. Но между тем, уже сейчас такой реактор способен стать дешевым источником нейтронов, необходимых для анализа структуры материалов. Результаты проведенных исследований будут опубликованы в журнале Physical Review Letters в ближайшее время.