Происхождение ядер атомов

Происхождение ядер атомов

Во-первых, теория происхождения ядер атомов должна найти физические процессы, способные создать условия для образования ядер атомов. Во-вторых, теория должна объяснить экспериментально наблюдаемое распределение в природе химических элементов и их изотопов. Одним из направлений исследований является создание новых ядер методом слияния двух уже существующих ядер. Сверхтяжелые ядра создаются с помощью ускорителей. На экспериментальных термоядерных реакторах пытаются создать условия для слияния самых легких ядер. И условия эти (высокая температура и большое давление) не удается создать уже полвека. А условия для образования тяжелых ядер еще более жесткие. Такие условия, может быть, возникают лишь при взрывах звезд. Но взрыв не может создать распределение элементов, похожее на реально существующее в природе. Сторонники горячего синтеза ядер считают, что большинство ядер синтезируются звездами. Но литий, бериллий и бор таким образом синтезироваться не может. Появление этих элементов объясняют существованием реакций скалывания на ядрах C, N, Fe. Но здесь есть некое несоответствие экспериментальным данным. Если распространенность ядер C, N, Fe одинакова и в солнечном и в космическом излучении, то доля Li, Be, B чрезмерно завышена в космическом излучении. Отношение первичных ядер (C, N, Fe) к вторичным (Li, Be, B) в космическом излучении от галактических источников на четыре порядка отличается от расчетной величины, в том случае, если ядра летят прямолинейно. В этом случае при расчете используется средняя плотность вещества на прямолинейном пути, из чего рассчитывается количество столкновений с веществом первичных ядер (C, N, Fe), способных отколоть от этих ядер вторичные ядра (Li, Be, B). Для получения экспериментального значения доли вторичных ядер плотность вещества должна быть на четыре порядка больше реальной. Для выхода из данного затруднения решили, что излучение распространяется циклически, многократно проходя по Галактике. Данное объяснение не убедительно, так как излучение фиксируется по направлению от конкретных источников (ядро Галактики, сверхновые звезды, пульсары, черные дыры, двойные звезды и пр.), к тому же никак не объясняет близкое к нормальному распространение в космическом излучении одних элементов (O, Ne, Mg, Si и пр.) и повышенное распространение других элементов (F, Sc, V и пр.) в диапазоне от кислорода до железа. В добавок к этому, в космическом излучении фиксируется чрезмерно пониженное содержание ядер водорода и гелия, чему не найдено внятного объяснения. Попытка объяснить влиянием других источников космического излучения не серьезна при измерении космического излучения по направлению от конкретных источников.

Высокая температура и давление нужны для того, чтобы преодолеть силу отталкивания протонов разных ядер. Другие направления исследований исходят из того, что ядра образуются методом постепенного добавления нейтронов с последующим бэта-распадом ядра. В этом случае отпадает надобность в высокой температуре и большом давлении. При моделировании процессов холодного синтеза использовалась теория расширяющейся Вселенной, согласно которой Вселенная возникла из одной точки в результате взрыва. Из такого начального условия следует, что время существования Вселенной конечно. Автором предлагаются другие начальные условия – Вселенная не расширяется и не сжимается, а время ее существования бесконечно. Слипание нейтрона с ядрами атомов может происходить даже в глубоком вакууме и при сверхнизких температурах. Именно такие условия существуют и существовали всегда повсюду во всей Вселенной, за исключением малой ее части, занятой звездами и планетами. Межзвездное и межгалактическое пространство не пустое – в нем содержится водород очень низкой плотности. Этот водород и является источником нейтронов при предположении, что нейтрон и атом водорода являются разными состояниями (разновидностями) одной и той же комбинации электрона и протона. То есть, атом водорода и нейтрон могут переходить друг в друга в зависимости от степени возбуждения. При таких условиях синтез химических элементов легко можно представить как постепенное слияние нейтронов с последующим бэта-распадом лишних нейтронов. Часть возможных вариантов слияния показана в таблице ниже. В ячейках таблицы содержатся ссылки - обозначения ядер атомов. При щелчке по ссылке откроется трехмерная механистическая флеш-модель ядра с данным обозначением. Первый столбец таблицы содержит нумерацию строк таблицы. Во втором столбце - обозначения операции над ядрами. В третьем столбце – количество нуклонов в ядрах, обозначения которых содержатся в соответствующей строке.

	Различные конфигурации стабильного изотопа, переходящие друг в друга при модификации
	Конфигурации, претендующие на основное состояние стабильного изотопа
	Конфигурации нестабильного изотопа, распадающиеся только после модификации
	Конфигурации, подверженные b-(бэта-минус) распаду
	Конфигурации, подверженные b+(бэта-плюс) распаду
	Конфигурации, подверженные p (протонному) распаду
	Конфигурации, подверженные a (альфа) распаду
	Конфигурации со смешанным распадом
+n	Строка конфигураций получена прилипанием нейтрона к конфигурациям, расположенным выше в таблице
b-	Строка конфигураций получена при b-распаде конфигураций, расположенных выше в таблице
m	Строка конфигураций получена при модернизации конфигураций, расположенных выше в таблице

Разработчики теории холодного синтеза столкнулись с рядом трудностей. Первое затруднение заключается в том, что гелий три, захватывая нейтрон, стремится скорее распасться, чем образовать гелий четыре (переход из строки 6 в строку 7 в середине таблицы). Хотя никто и не отрицает, что малая часть He3 путем захвата нейтрона все же может превратиться в He4. Сформулированные выше условия холодного синтеза позволяют обойти это затруднение – при бесконечном времени маловероятное событие превращается в неизбежность. Механистическая модель ядра атома позволяет получить еще и обходной путь получения ядер He4. Согласно этой модели бэта-распад нейтрона происходит лишь при достаточно сильном возбуждении нейтрона. В условиях же низкой плотности частиц и ядер и при отсутствии магнитных и электрических полей вероятность бэта-распада нейтрона должна резко уменьшаться. В этом случае также вероятным становится переход в строку 7 не через центр таблицы, а двумя потоками со стороны флангов. Первый поток: H2(+n) – H3(+n) – H4(b-) – He4. Второй поток: n(+n) – n2(+n) – n3(+n) – n4(b-) – H4(b-) – He4. В существовании нейтронных комплексов из 2,3 и 4 нейтронов нет ничего необычного, так как такие комплексы (и даже n6) зафиксированы экспериментаторами даже в земных условиях.

На пути дальнейшего синтеза ядер возникает еще большее затруднение – ядра Не5 и Li5 в земных условиях не существуют. Оцененной экспериментаторами ширине распада порядка 1мэВ соответствует время жизни порядка E-20 сек. О вероятности того, что за такое время в сверхразряженной среде к ядру успеет прилипнуть еще один нейтрон, даже и не стоит говорить. Попробуем теперь взглянуть на эту ситуацию с точки зрения механистической модели. Ядро Li5 имеет избыток протонов и в любых условиях, из-за отталкивания друг от друга протонов, оно будет мгновенно распадаться. Совершенно иная ситуация в ядре Не5. В этом ядре излишек нейтронов. При отсутствии возбуждающих факторов неизбежно должна уменьшаться вероятность бэта-распада лишнего нейтрона, благодаря чему данное ядро вполне может дожить до захвата еще одного нейтрона. По мнению автора, наиболее высоки шансы у состояния He5.5_2v1, выделенного в таблице желтым цветом. Есть небольшая вероятность и фланговых обходов: n (+n) – n2(+n) – n3(+n) – n4 (+n) – n5(+n) – n6(b-) – H6(b-) – Li6. Но наиболее реальным видится третий канал для преодоления данного препятствия – слипание ядер гелия не с одним нейтроном, а с нейтронной парой: Н4(+n2) – H6(b-) – Li6.

Третьим барьером для холодного синтеза является отсутствие в природе стабильных ядер с восемью нуклонами. По логике последовательности стабильных ядер, стабильным должно быть ядро Be8. Но это ядро сразу после образования распадается на две альфа-частицы. Механистическая модель показывает, что такой распад возможен только из состояния Be8.0v1, обозначенного в таблице зеленым цветом. В остальных состояниях в условиях отсутствия возбуждающих факторов ядро вполне жизнеспособно и способно выполнить захват нейтрона. Достаточно высокое измеренное среднее время жизни и у соседних ядер He8, Li8, B8 (от 0,1сек до 0.9 сек). Нет ничего удивительного в том, что часть этих ядер способна в любых условиях дожить до столкновения с нейтроном и превратиться в стабильный Ве9. Ну а дальше для холодного синтеза выложена ровная дорожка – стабильные ядра следуют друг за другом.

Так как при холодном синтезе в ядра с бОльшим количеством нуклонов превращается только часть ядер с меньшим количеством нуклонов, то относительная распространенность химических элементов во Вселенной должна падать с увеличением количества нуклонов в ядре. Именно такое распределение и наблюдается в области тяжелых ядер за некоторыми исключениями, которые легко объяснить радиоактивным распадом. Но в области легких ядер наблюдаются огромные отклонения от ожидаемой кривой распределения.

Z	Химический элемент	Распространенность
1	H (водород)	3,5*E+8
2	He (гелий)	3,5*E+7
4	Be (бериллий)	2*E-1
6	C (углерод)	8*E+4
8	O (кислород)	1*E+5

Существует глубокий минимум в области лития, бериллия и бора и максимум распространенности углерода и кислорода. Такие экспериментальные данные сводят на нет рассуждения выше. Должен существовать канал ядрообразования, который скачком перепрыгивает через область лития, бериллия и бора. Углерод и кислород в основном состоят из изотопов C12 и O16, ядра которых упрощенно можно представить в виде механической смеси трех альфа-частиц в первом случае и четырех альфа-частиц во втором случае. Но при холодном синтезе слияние альфа-частиц абсолютно невозможно. И снова вернемся к гипотезе, что при отсутствии возбуждающих факторов, в условиях низкой плотности частиц и ядер и при отсутствии магнитных и электрических полей вероятность бэта-распада нейтрона должна резко уменьшаться. В этом случае атомы He3 и He4 могут существовать в форме нейтронных комплексов n3 и n4, слияние которых и образует праядра C12 и O16.

Владимир Яковлев, lun1@list.ru , http://logicphysic.narod.ru , февраль 2009 года