субатомном уровне что это
Значение слова «субатомный»
суба́томный
1. относящийся к процессам и объектам, имеющим характерные масштабы меньше размеров атома ◆ Физики начали исследовать материю на субатомном уровне лишь в конце 19 века.
Делаем Карту слов лучше вместе
Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!
Спасибо! Я стал чуточку лучше понимать мир эмоций.
Вопрос: вчитаться — это что-то нейтральное, положительное или отрицательное?
Синонимы к слову «субатомный»
Предложения со словом «субатомный»
Понятия, связанные со словом «субатомный»
В астрономии и космологии темная жидкость является альтернативой теории как темной материи, так и темной энергии и пытается объяснить оба явления в единой структуре.Темная жидкость предполагает, что темная материя и темная энергия не являются отдельными физическими явлениями, как считалось ранее, и не имеют отдельного происхождения, но они тесно связаны друг с другом и могут рассматриваться как две грани одной жидкости. В галактических масштабах темная жидкость ведет себя как темная материя, а в.
В физике чёрных дыр мембра́нная паради́гма является полезной моделью для визуализации и вычисления эффектов, предсказываемых общей теорией относительности, без прямого рассмотрения области, окружающей горизонт событий чёрной дыры. В этой модели чёрная дыра представляется как классическая излучающая поверхность (или мембрана), достаточно близкая к горизонту событий — растя́нутый горизо́нт. Этот подход к теории чёрных дыр был разработан Кипом Торном, Ричардом Прайсом и Дугласом Макдональдом.
Даже среди физиков элементарных частиц точное определение частицы имеет различные описания. Эти профессиональные попытки определения частицы включают:
СОДЕРЖАНИЕ
Классификация
По составу
Субатомные частицы являются либо «элементарными», то есть не состоящими из множества других частиц, либо «составными» и состоят из более чем одной элементарной частицы, связанной вместе.
Все они были обнаружены экспериментально, последними из которых являются топ-кварк (1995 г.), тау-нейтрино (2000 г.) и бозон Хиггса (2012 г.).
Адроны
По статистике
Теоретически требуется, чтобы гипотетический гравитон имел спин 2, но он не является частью Стандартной модели. Некоторые расширения, такие как суперсимметрия, предсказывают дополнительные элементарные частицы со спином 3/2, но по состоянию на 2021 год не было обнаружено ни одного.
Согласно законам спина составных частиц, барионы (3 кварка) имеют спин 1/2 или 3/2 и, следовательно, являются фермионами; мезоны (2 кварка) имеют целочисленный спин либо 0, либо 1, и поэтому являются бозонами.
По массе
Все композитные частицы массивные. Барионы (что означает «тяжелые») имеют тенденцию иметь большую массу, чем мезоны (что означает «промежуточные»), которые, в свою очередь, имеют тенденцию быть тяжелее лептонов (что означает «легкий»), но самый тяжелый лептон ( тау-частица ) тяжелее, чем две легчайшие разновидности барионов ( нуклонов ). Также несомненно, что любая частица с электрическим зарядом массивна.
Все безмассовые частицы (частицы, инвариантная масса которых равна нулю) элементарны. К ним относятся фотон и глюон, хотя последний не может быть изолирован.
Распадом
Прочие свойства
Деление атома
История
ЦЕРН: поймана частица, которая «переключается» между материей и антиматерией
Учёные знают о существовании очарованных мезонов уже более 10 лет, однако только сейчас удалось доказать, что эти частицы могут переходить в состояние антиматерии и обратно.
Фото Djandyw.com/VisualHunt.com.
Учёные измерили разницу в массе мезонов D1 и D2. Эта разница контролирует скорость, с которой D-мезон колеблется между состояниями частицы и античастицы.
Иллюстрация CERN.
Физики из Оксфорда обнаружили в данных Большого адронного коллайдера «переключение» субатомной частицы между состоянием частицы и собственной античастицы. Также учёные указали на то, что «ничтожная» разница в массе между двумя частицами могла спасти Вселенную от полной аннигиляции незадолго после её возникновения.
Мы подробно писали о том, что такое вещество и антивещество и почему наблюдаемый дисбаланс их количества во Вселенной так волнует учёных.
Вкратце напомним, что антиматерию часто называют «злым двойником» материи. Для каждой частицы существует её античастица, которая имеет немного отличные характеристики.
В случае встречи частицы и античастицы они аннигилируют (уничтожают друг друга), высвободив огромное количество энергии.
Немного сложной физики
Для лучшего понимания того, как учёные получили новый важный результат, слегка углубимся в дебри квантовой физики. Если же вам лень читать про кварки и их очарование, то смело переходите к следующему абзацу.
Итак, некоторые частицы, к примеру, фотоны (они же частицы света), на деле являются своими собственными античастицами. Кроме того, некоторые частицы могут находиться в странной комбинации частицы и античастицы одновременно благодаря такой квантовой причуде как суперпозиция состояний (известной многим благодаря аналогии в виде кота Шрёдингера). Последнее означает, что такие частицы очень быстро колеблются между состояниями материи и антиматерии.
Теперь в этот «закрытый клуб» вступила ещё одна частица – так называемый очарованный мезон (он же D-мезон). Эта субатомная частица обычно состоит из очарованного кварка и верхнего антикварка. Её эквивалент из антиматерии состоит из очарованного антикварка и верхнего кварка.
Обычно эти два состояния «отделены» друг от друга. Однако в новой работе британских учёных описан процесс, в котором очарованные мезоны могут произвольно переключаться между ними.
Как учёные поймали перебежчика?
На всякий случай повторим, что частицей, которая то и дело пересекает границу «материя-антиматерия», оказался очарованный мезон.
Таких перебежчиков выдала масса. Два состояния отличаются по этому параметру. И хотя это отличие ничтожно мало, физики всё же умудрились его «увидеть» в данных эксперимента LHCb. Чтобы вы понимали, что значит «ничтожно мало»: разница в массах частицы и античастицы составляет всего 0,00000000000000000000000000000000000001 грамма.
Это невероятно точное измерение было сделано в ходе анализа данных, собранных во время запуска Большого адронного коллайдера.
Очарованные мезоны рождаются во время фотон-фотонных столкновений на БАК. Обычно они существуют всего несколько секунд и успевают пролететь всего несколько миллиметров, прежде чем распасться на другие частицы.
Исследовательская группа из Оксфордского университета сравнила пути очарованных мезонов и обнаружила, что некоторые из них успевают пролететь чуть большее расстояние. Так физики определили, что основным фактором, отвечающим за то, станет ли очарованный мезон своей античастицей, является его масса.
Так как на БАКе физики создают огромное количество фотонов и проводят много их столкновений, они могут видеть подобные «переключения» много-много раз. Соответственно, растёт и уверенность учёных в получаемом результате.
В данном случае усовершенствованные компьютерные алгоритмы позволили получить статистический параметр, который физики называют «пять сигма». То есть в данном открытии сомневаться не приходится.
Какое значение этот результат имеет для Вселенной?
Аннигилировав друг с другом, они должны были оставить после себя пустоту (но очевидно, что этого не произошло). Ответ на вопрос «Почему?» до сих пор не известен науке.
Почему-то материи родилось или осталось больше, чем антиматерии. Но какие процессы за это отвечали? Физики-теоретики и их коллеги экспериментаторы до сих пор ищут ответ.
Новое открытие позволяет выдвинуть одну любопытную гипотезу. Возможно, частицы наподобие очарованных мезонов переходят из состояния антиматерии в материю чуть чаще, чем из состояния материи в антиматерию.
Новые данные позволят исследователям определить частоту переходов «материя-антиматерия» и обратно, а также выяснить, верна ли эта гипотеза, и если да, то почему.
Ответ на этот вопрос может скрывать ключ к одной из главных загадок науки, пишет издание New Atlas.
Работа британских физиков принята к публикации в журнал Physical Review Letters, а пока доступна на сайте препринтов arXiv.org.
Напомним, ранее мы писали о другом явлении, которое может быть ответом на вопрос, почему мир ещё существует. Сообщали мы и о революционном эксперименте, в котором физики управляли антиматерией с помощью лазера.
Больше новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».
Строение атомного ядра. Субатомные частицы.
Находящиеся в электронном облаке электроны несут отрицательный электрический заряд. Протоны, входящие в состав ядра, несут положительный заряд.
В любом атоме число протонов в ядре в точности равно числу электронов в электронном облаке, поэтому атом в целом – нейтральная частица, не несущая заряда.
Атом может потерять один или несколько электронов или наоборот – захватить чужые электроны. В этом случае атом приобретает положительный или отрицательный заряд и называется ионом.
Внешние размеры атома – это размеры гораздо менее плотного электронного облака, которое примерно в 100000 раз больше диаметра ядра.
Кроме протонов, в состав ядра большинства атомов входят нейтроны, не несущие никакого заряда. Масса нейтрона практически не отличается от массы протона. Вместе протоны и нейтроны называются нуклонами (от латинского nucleus – ядро).
Электроны, протоны и нейтроны являются главными «строительными деталями» атомов и называются субатомными частицами. Их заряды и массы в кг и в специальных “атомных” единицах массы (а.е.м.) показаны в таблице.
Таблица. Субатомные частицы.
Атомы состоят из положительно заряженного ядра и электронного облака. а) В состав ядра атома водорода входит только 1 протон, а электронное облако заполняется одним электроном. б) В ядре атома углерода 6 протонов и 6 нейтронов, а в электронном облаке – 6 электронов. в) Существует также изотопный углерод, ядре которого на 1 нейтрон больше. Содержание этого изотопа в природном углероде составляет чуть более 1% (об изотопах см. ниже). Линейные размеры атомов очень малы: их радиусы составляют от 0,3 до 2,6 ангстрема (1 ангстрем = 10 –8 см). Радиус ядра около 10 –5 ангстрема, то есть 10 –13 см. Это в 100000 раз меньше размеров электронной оболочки.
Масса атома, выраженная в килограммах или граммах, называется абсолютной атомной массой. Чаще пользуются относительной атомной массой, которая выражается в атомных единицах массы (а.е.м.). Относительная атомная масса представляет собой отношение массы какого-нибудь атома к массе 1/12 части атома углерода. Иногда говорят более коротко: атомный вес.
В российских учебниках пользуются термином относительная атомная масса, которую обозначают символом Ar. Здесь «r» – от английского «relative» – относительный. Например, Ar = 12,0000 – относительная атомная масса углерода 12 6C равна 12,0000.
Субатомном уровне что это
На море-океане, на острове Буяне
лежит бел-горюч Алатырь-камень.
Зачин русских народных сказок
Впрочем, компактные источники атомной энергии существуют (например, изотопные источники). Есть даже атомные (ядерные) батарейки типа таблеточных, например, в кардиостимуляторах (рис. 1.а). Обычно в них источником энергии служит стронций 90 Sr, цезий 137 Cs (с характерными периодами бета-распада порядка десятков лет), а также плутоний 238 Pu [5, 6], причём мощность батарей составляет от нескольких ватт до киловатт (как на советском «Луноходе» [7]). При этом срок службы атомных батарей, в отличие от обычных батареек и аккумуляторов, составляет десятки лет, а при использовании изотопов с более длинным периодом полураспада (например, радия с T 1/2
1000 лет) батарея может стать практически вечной.
Однако эффективность таких батарей не так уж велика, и обычно не сравнится с эффективностью (КПД) и мощностью двигателя внутреннего сгорания, сжигающего бензин или другое топливо в таком же объёме. Особенно нужны компактные источники атомной энергии в космосе – для космических кораблей, и особенно для предполагаемых звездолётов, которые можно разогнать до световых и сверхсветовых скоростей, лишь применяя сверхмощные электростанции, занимающие малый объём [8]. Действительно, уже сейчас основные источники космических кораблей – это солнечные батареи и изотопные источники. Кстати, и военные, в том числе в военной технике, в оружии (например, в портативных лазерных ружьях), давно применяют энергокапсулы и компактные атомные батареи. Но до гражданского населения все эти технологии доходят с большим запозданием и в сильно упрощённом, облегченном виде. Так было, например, с радиотелефонами и сотовыми телефонами, начинка которых была исходно разработана для военных целей, а затем, спустя десятки лет, получила мирное применение и повсеместное распространение.
Современные атомные источники, например, изотопные, работают примерно так же, как атомные станции, перерабатывая тепло, полученное в результате ядерного распада, деления, в электроэнергию. Но, в отличие от атомных станций, в этом случае реакция не цепная, и скорость реакции нельзя регулировать. Некоторая масса радиоактивного вещества просто распадается, выделяя тепло. Это тепло, поскольку оно не перерабатывается полностью в электроэнергию, просто уходит вовне, приводя к тепловому загрязнению и существенно снижая КПД атомного источника энергии. В компактных атомных батарейках реакции альфа- и бета-распада приводят к выделению электроэнергии напрямую. Вылетающие из эмиттера частицы (электроны и альфа-частицы) заряжают при попадании пластины-электроды коллектора (рис. 1), создавая достаточный потенциал [9]. Таково было устройство первых примитивных атомных батарей, но в них попусту терялась огромная начальная кинетическая энергия электронов и альфа-частиц (
1 МэВ). Поэтому в современных устройствах применяют системы рекуперации энергии, перерабатывающие кинетическую энергию частиц в электрическую (давно применяемые в вакуумной и СВЧ-электронике [10]). При этом, поскольку электроны вылетают с большой энергией, они при ударе о пластины создают лавинный процесс, как в фотоэлектронном умножителе (ФЭУ), напоминающий разряд молнии. Энергичные электроны, как в сказке П. Бажова «Серебряное копытце», выбивают при попадании в металл рентгеновские, гамма-лучи и по нескольку вторичных электронов с энергией того же порядка. При попадании на каждую новую пластину или фольгу эти электроны, в свою очередь, порождают новые электроны с меньшей энергией, а гамма- и рентгеновские лучи по механизму обратного фотоэффекта и ядерного фотоэффекта порождают дополнительные электроны (рис. 1). И так много раз: несколько каскадов, пока сформированная в них лавина электронов низкой энергии не осядет на последний электрод (коллектор). Отрицательный заряд снимается с коллектора, а положительный – с эмиттера и промежуточных электродов (теряющих электроны), часто через цепь конденсаторов и резисторов (обеспечивающих оптимальное соотношение потенциалов на пластинах). Тем самым батарея создаёт достаточно большой заряд и потенциал, способные приводить в движение небольшие устройства. Но у этих источников КПД не слишком велик, и остаётся заметный загрязняющий фон. Конечно, альфа- и бета-излучение не так опасны: их задерживает даже слой фольги, тонкие пластины, а для защиты от гамма-лучей приходится применять толстые свинцовые листы. Однако все реакции распада сопровождаются гамма-излучением (хотя у 137 Cs оно слабое), да и тормозное излучение, возникшее при бомбардировке металлических электродов электронами, является гамма-излучением.
Таким образом, современные источники атомной энергии столь же нерациональны, как сжигание банкнот в печке. Энергия, конечно, при этом выделяется, но те же деньги можно «вложить» более рационально и получить больше энергии. Именно так Д.И. Менделеев говорил о нефти [11, 12], которую прежде просто сжигали как топливо, получая энергию, но попусту теряя ценные углеводороды и сильно загрязняя окружающую среду копотью, дымом. Так же сжигали и природный газ. А Менделеев предвидел огромные возможности применения нефтяной и газовой химии в быту и технике, предвосхитив органический синтез, благодаря которому у нас теперь есть пластмассы, синтетические смолы, резины, битумы и прочие продукты нефтяной и газовой химии, а в качестве топлива применяют только самые лёгкие фракции нефти [12]. Вот почему нефть называют «чёрным золотом». То же самое можно сказать о ядерном топливе, об изотопах элементов, нарабатываемых в ядерных реакторах. Из них можно не только намного эффективней добывать энергию, но и получать попутно ценные, дефицитные элементы и синтезировать новые вещества. Так же и получение энергии становится более эффективным, если обеспечить управляемую реакцию ядерного синтеза или распада. Т.е. надо использовать не естественный распад элементов, а индуцированный – управлять распадом и синтезом [13], как мы управляем в химических реакторах скоростью и направлением химических реакций. Это позволит произвольно включать-выключать атомные источники энергии, экономя атомное топливо и снижая загрязнение (в том числе тепловое и радиационное) в моменты, когда электричество не требуется.
Есть также ещё один способ генерации рентгеновских и гамма-лучей – это проектируемые лазерные импульс-компрессоры на эффекте Ритца [8, 13]. Кроме того, один из простейших способов разделения ядер – это воздействие сильным (например, импульсным) электрическим полем, разделяющим положительные и отрицательные заряды, т.е. слои из позитронов и электронов в ядре (рис. 2). Теоретически, это позволяет производить полную дезинтеграцию ядер, выделяющую намного больше энергии [8, 18], чем при обычном делении ядер – ядро как бы взрывается, распадается на тонкие слои, напоминая распад монетного столбика. При этом каждая монетка представляет собой двойной электрон-позитронный слой с зарядом 0, ±1, ±2, так что эти слои можно легко разделить дополнительным поперечным воздействием, ударом (напоминающим поперечный рывок, разделяющий монетный столбик),– например, лазерным [8] – за счёт пондеромоторной силы, или импульсным электрическим и магнитным полем (рис. 2).
Получившиеся двойные слои оказываются нестабильны и быстро распадаются на отдельные электроны, позитроны и электрон-позитронные пары. И подобные реакции «взрыва» ядра, действительно, известны, например, при попадании в ядра некоторых видов мезонов, гиперонов и т.д. Такие реакции полной дезинтеграции аналогичны реакциям полного сгорания (без твёрдых или жидких продуктов, например, в том же бездымном порохе), поскольку образуются не радионуклиды, а электроны, позитроны и мелкие агломераты из них (рис. 2). Энергию этих частиц-фрагментов легко преобразовать в электроэнергию внутри МГД-генераторов (рис. 3) или аналогов ФЭУ, но с предварительным разделением электронов и позитронов электрическим полем с пропусканием через цепочки электродов, как в атомных батареях (рис. 1). Ещё эффективней окажется комбинация МГД-генераторов и цепочек из электродов, как в ФЭУ, но, в отличие от ФЭУ, не расходующих электроэнергию, а вырабатывающих её из кинетической энергии электронов, позитронов и тормозного гамма- и рентгеновского излучения от бомбардирующих электроды частиц. При этом магнитное поле в МГД-генераторах должно быть очень сильным, как в сверхпроводящих магнитах, иначе размеры установок непомерно вырастут.
Далее рассмотрим реакции синтеза, у которых в ходе реакции ядра-реагенты соединяются, образуя более массивное ядро. В таких реакциях для получения стабильных продуктов следует, напротив, применять нейтронно-избыточные ядра, поскольку с ростом атомного номера доля нейтронов в ядре растёт. Остаётся выяснить, как осуществить ядерную реакцию таким образом, чтобы соединять ядра с наименьшими затратами. Другими словами, требуется найти катализаторы ядерных реакций или физические методы управления реакциями, например, с помощью электрических полей, лазерного излучения и т.д.
Интересно, что некоторые физики (например, В.М. Петров [21]) предполагают, что таким же образом устроено ядро дейтерия, а также молекула водорода. Т.е. молекулярный водород, или молекула водорода из одного атома дейтерия и одного атома трития, под внешним индуцирующим воздействием теоретически может образовать ядро гелия и нейтрон. Интересно, что подобные реакции холодного ядерного синтеза (ХЯС) в молекулярном водороде и воде иногда якобы наблюдались в экспериментах. После соединения ядер в реакции синтеза получившееся ядро, за счёт выделяемой энергии синтеза, отбрасывает отрицательные частицы, которые далее служат катализаторами при синтезе новых ядер. Отметим, что и ажурная конструкция атомного остова может способствовать синтезу ядер. В частности, прежде мы высказывали гипотезу об электронах в форме вытянутых игл [22, 23] (с диаметром
Существует ещё один вид катализаторов – это катализаторы, снижающие энергию активации, т.е. ту энергию, которая необходима для сближения ядер, вступающих в ядерную реакцию, для преодоления кулоновского барьера. Подобно химическим реакциям, ядерные реакции проще протекают не по прямому пути, а через промежуточный этап: вначале происходит соединение с дополнительным реагентом, требующим меньшей энергии активации, а получившиеся продукты уже реагируют с оставшимся реагентом (опять же, с меньшей энергией активации, рис. 6). И в итоге реакция идёт намного быстрее. Также возможны реакции, в которых соединение реагентов происходит не со всем ядром другого реагента, а с более лёгким, половинным ядром, а затем – с другой частью ядра. Это напоминает каталитические реакции, в которых молекулы реагенты вначале разделяются на атомы катализатором, но в случае ядерных реакций можно сразу применить более лёгкие ядра. Или наоборот: применить в качестве реагента более тяжёлые ядра, образующие в реакции утяжелённое ядро, которое затем распадается до более лёгких продуктов. Подобными способами были получены многие трансурановые элементы. Однако во всех этих реакциях всё равно требуется либо столкновение ядер при высокой энергии (например, в компактном ускорителе), либо нагрев до миллионов кельвинов, чтобы сообщить ядрам достаточную энергию для преодоления кулоновского барьера (кулоновского отталкивания).
Кроме того, можно предложить способ синтеза, состоящий в одновременном соединении множества ядер, например, применяя ядра, встроенные в кристаллическую решётку (т.к. ориентация ядер предположительно привязана к ориентации атомов в кристалле). Это могут быть тонкие одноатомные слои графита (графен), плёнки твёрдого водорода, литиевая фольга, плёнки фтора, которые одинаково ориентируются и заряжаются, например, от электризации при разрезании, расщеплении кристаллов по плоскостям спайности, или при обстреле пучком электронов, что позволит понизить кулоновский барьер. А затем две плёнки разгоняются электрическим полем до столкновения друг с другом, так что происходит одновременное соединение многих упорядоченно ориентированных атомных ядер (рис. 7). В итоге выход реакции (т.е. число элементарных реакций и выделяемая энергия с учётом всех затрат) может оказаться достаточно высоким. При этом наиболее перспективными будут плёнки опять же из изотопов с преобладанием числа нейтронов над числом протонов. А именно, изотопы водорода (дейтерий 2 H, D – 0,01 %), лития ( 7 Li – 93 %), бериллия ( 9 Be – 100 % и 10 Be), бора ( 11 B – 81 %), углерода ( 13 C – 1 %), азота ( 15 N – 0,4 %), кислорода ( 18 O – 0,2 %), фтора ( 19 F – 100 %) [5, 28]. Они наиболее предпочтительны, т.к. велико содержание этих изотопов в природе (указано в скобках), так что машины можно будет заправлять обычной бумагой, древесиной, грунтом, водой и т.д. Литий особенно перспективен, так что литиевые батарейки могут быть не только химическими, но и атомными. Кстати, литий – это как раз серебристо-белый металл, вспыхивающий огнём при попадании в воду, а в переводе с латинского «литий» означает «камень», «скала», так что литий и впрямь может претендовать на звание бел-горюч алатырь-камня. С другой стороны, проще и эффективней окажутся реакторы, работающие на менее распространённых или получаемых искусственно радиоактивных изотопах водорода ( 3 H), бериллия ( 10 Be), углерода ( 14 C) [28].
Охлаждение реагентов в виде плёнок до предельно низких температур, с одной стороны, позволяет работать с отвердевшими газами лёгких элементов (водород, азот, кислород) и почти исключает тепловые движения, повороты атомов. Конечно, в этом случае пространственно электрон-позитронные решётки всё равно не совпадают, но это не так страшно. Ведь ядра уже сориентированы по углам поворота, а для максимизации ядерных сил F при смещении примерно на полшага решётки (рис. 5), т.е. на размер порядка одного электрона или позитрона, требуется существенно меньше энергии и времени. Так что мультипольные электрические силы взаимодействия ядер будут успевать их смещать таким образом, чтобы ядерные силы достигали насыщения, максимума, а энергия активации минимизировалась.
Можно предложить и ещё один способ осуществления низкотемпературных ядерных реакций в компактных ядерных батареях – это применение новых типов ускорителей, которые при сравнительно низком энергопотреблении и малых размерах (настольные ускорители) позволят осуществить эффективные (т.е. с выходом энергии, превышающим затраты на разгон частиц) ядерные реакции при столкновении ядер-реагентов. Также можно применить реакторы, создающие радиоактивные изотопы-реагенты при бомбардировке мишени высокоэнергичными электронами (рис. 8). В качестве таких ускорителей могут служить ускорители прямого действия (разгоняющие электроны для бомбардировки ядер) на генераторе Ван-де-Граафа, работающего от двигателя внутреннего сгорания или электромотора с аккумулятором. Также сгодятся лазерные ускорители, способные работать от портативных дизель-генераторов или бензиновых электрогенераторов (рис. 8). Лазер потребуется также для испарения (абляции) полученных реагентов с мишени и подачи их в реактор. Т.е. реактор получается в итоге гибридным: для запуска ядерного генератора применяют бензиновый двигатель или электромотор (стартёр) с аккумулятором, а после начала работы вырабатываемой энергии оказывается достаточно для работы лазера и генератора Ван-де-Граафа. Именно такие гибридные двигатели, вероятно, найдут применение в автомобилестроении. И вместо бензозаправочных станций появятся атомозаправочные станции (атомоколонки), которые тоже будут называться АЗС, но, вместо марок бензина, дизельного топлива и газа, водители будут выбирать марку изотопного топлива. Впрочем, не исключено, что в качестве топлива будет применяться тяжёлый лёд, тоже претендующий на звание «алатырь-камня», преобразуемого в атомном конвертере изо льда в пламень [1, 29, 31]. Может быть, именно на это намекали создатели фильма «Кин-дза-дза», в котором воду превращали в топливо «Лутц», по созвучию с популярной в СССР аббревиатурой ЛУТС (Лазерный Управляемый Термоядерный Синтез).
В таких миниатюрных ядерных реакторах-конвертерах ядерные реакции запускаются за счёт бомбардировки ядер высокоэнергичными (порядка 1 МэВ и выше) электронами, приводящими к делению ядер с пониженной стабильностью. Для таких ядер, широко распространённых в природе и обычно принимаемых за стабильные, достаточно небольшого толчка для распада. Так что иллюстрация из фильма «Назад в будущее», где для ядерной топки годится любое вещество, не так уж далека от истины.
В этом случае осколки ядер, возникающие при бомбардировке электронами, могут генерировать электричество либо по каскадному механизму, устроенному наподобие ФЭУ (рис. 1), либо по принципу МГД-генераторов (рис. 3) и индукционных генераторов в виде батареи катушек, в которых поток быстро пролетающих заряженных частиц наводит огромные токи. Если частицы будут делать много оборотов в таком индукционном генераторе, они смогут израсходовать почти всю кинетическую энергию, т.е. ядерную энергию делящихся ядер, выделяемую при распаде.
Интересно отметить, что в фильме «Назад в будущее» такие компактные источники ядерной энергии были способны работать не только на ядерном топливе и ядерных отходах, но и вообще на любых веществах, включая бытовые отходы. И это вполне возможно, если учесть, что в любых веществах содержатся ядра изотопов с избытком потенциальной энергии, т.е. с пониженной стабильностью. Поэтому, если извлечь и разделить эти изотопы, например, с помощью масс-спектрометра, а затем пропустить их через установку индуцированного распада или синтеза, тогда ядерную энергию можно будет получить практически из любого вещества, даже из мусора. Интересно, что в этом фильме, показывающем технику 2015 года, эмблема на установке ядерного конвертера (марки «Mr. FUSION», рис. 9.а) очень напоминает схематичную структуру бипирамидального кристаллоподобного ядра атома. Это ещё раз подтверждает огромные прогностические способности, интуицию научных фантастов, ведь 2015 год уже давно наступил, и как раз к этому времени гипотеза кристаллоподобного строения ядра уже получила ряд подтверждений. Причём эта идея выделения гигантской энергии из вещества, судя по всему, отражена и в древней фантастике – в мифах и сказках. Например, эта идея проглядывает в русской сказке о бел-горючем алатырь-камне, который выделяет огромную энергию («под камнем сокрыта сила могучая, и концу той силе нет»), обладает лечебными свойствами (словно радионуклиды, применяемые в медицине при радиотерапии [12]). Но в то же время алатырь-камень излучает опасность и по описанию напоминает кристалл, кристаллическую модель атома и ядра, которые, подобно алатырь-камню, почти не поддаются расщеплению, истиранию [3, 4].
Действительно, в народных преданиях алатырь-камень ассоциируется с Громовым храмом – с пирамидальной Мировой горой, со склонов которой растекаются реки по всей земле. Этот древний символ вполне соответствует пирамидальной модели атома и потокам реонов, растекающимся от атома и распространяющим все виды взаимодействий [13]. При этом в былинах алатырь-камень называют холодным (как в Холодном Ядерном Синтезе, ХЯС) или, напротив, кипящим, выделяющим огромную энергию [4]. Не случайно и само Солнце называли горюч-камень. Алатырь-камень считали всем камням отцом, расположенным в самом центре мироздания (на полюсе), что вполне естественно, если под алатырь-камнем понимать атомное ядро, расположенное в центре атома, в основе всего сущего, служащее источником электрического, магнитного поля и основой всех атомов, всех минералов. Отсюда же выросли и русские сказки о сундуке на острове Буяне, в котором расположена внутри многих оболочек маленькая игла (как символ ядра и электрона), в которой сокрыта большая сила – разрушительная и целительная. Возможно, что в образе кристалла-алатыря отражено и устройство медицинского лазера, поскольку камень с привязанной к нему «булатной иглой» служит для проведения медицинских операций: под действием камня и иглы края раны сшиваются, кровь свёртывается, а рана запекается [3]. С другой стороны, булатная или золотая игла может символизировать ядро, которое скрыто внутри электронных оболочек атома в буквальном смысле, как иголка – в стоге сена. Причём отдельные соломинки в стоге, имеющем пирамидальную форму, как раз соответствуют вытянутым электронам, образующим ажурный, фермовый каркас атома. Так что в прежних присказках, поговорках, зачинах, как в основной фразе Роберта Фейнмана могла заключаться ключевая информация об атомном устройстве мира [13].
Кстати, и само слово «алатырь» происходит, как полагают, от древнегреческого слова «электрон», что означает «янтарь», создающий электрический заряд и находимый как раз на побережье северных морей [4]. По преданиям алатырь-камень упал с неба, а на гранях камня были высечены законы славянского бога Сварога. Т.е. эти знания о скрытой в атоме энергии могут иметь космическое происхождение, что подтверждает и привязка символики камня к празднику Воздвижения (27 сентября). Предполагают, что этот праздник связан с символикой вавилонского столпотворения (т.е. постройки космической башни или звездолёта [8, 13]) и падения с неба алатырь-камня из звёздного металла (метеоритного железа и «космических металлов» [6]). А в христианской традиции праздник Воздвижения перерос в день воздвижения креста господня (не зря пасха, укладываемая в пирамидальную форму, соответствует формой алатырь-камню), когда все змеи уползают под землю [3]. В этом ключе становятся понятны и сакральные знания горняков и рудознатцев об удивительных устройствах будущего, красочно изложенные в сказах П. Бажова. Кстати, и в сказке А.С. Пушкина о Царе Салтане расположенный на острове Буяне домик с белкой, которая грызёт орешки с золотыми скорлупками, ядра в которых – чистый изумруд,– это, как давно отмечено автором [13], возможный намёк на АЭС, где происходит расщепление атомов в золотых (электронных) оболочках с кристаллическим ядром.
Как отмечалось, эта бипирамидальная модель атома нашла отражение не только в мифах, сказках, но и в ряде игр [13], включая рулетку, которая может символизировать структуру атомов, ядер и законы движения в них электронов и нуклонов. Тут и крестовина (аналог атомной), и золотые «иглы» по краям (символы электронов, имеющих по гипотезе игольчатую форму [22, 23]), и движение шарика (аналога электрона) по спирали с замиранием в одном из узлов, и структура таблицы из номеров ячеек рулетки, отражающая расположение электронов или нуклонов в слоях атома или атомного ядра. Причём порядок чередования цветов (красное-чёрное) в рулетке на некоторых номерах сбивается. Это вполне соответствует нарушению последовательного заполнения протонами и нейтронами у некоторых элементов, в том числе при переходе к новому периоду, новому нуклонному слою. Причём в американской рулетке первый слой, как в атоме, ядре, состоит как раз из двух клеток-частиц – «зеро» и «дабл-зеро» (рис. 9). Будем надеяться, что эти игры с атомами не приведут к катастрофе как в фильме «Терминатор II» или в повести Роберта Шоу «Путешествие в эпицентр».
Таким образом, видим, что прав был Менделеев, который говорил о нерациональном природопользовании и предвидел огромные потенциальные возможности энергоносителей [11] – не только химических веществ, нефти, но и вообще атомов, субатомных частиц и лично разведал ряд нефтяных месторождений на Юге России и открыл новые способы переработки нефти. К сожалению, на этом в итоге сколотила состояние фирма братьев Нобель, а не российские нефтепромышленники. Вот и электродобывающие атомные станции всё чаще устанавливают на территории городов иноземные фирмы, лепя их с такой же лёгкостью, как фитнес-центры (такая практика широко распространена на западе). Кроме того, Менделеев предполагал огромную роль элементарных частиц (много легче атома водорода, которые он относил к элементам нулевой группы таблицы, считал аналогами инертных газов и называл атомами эфира) в осуществлении нового типа реакций. Когда крестьяне и ученики спрашивали у Менделеева, как же ему удаётся достичь таких результатов, мол, «Талан это у тебя, али счастье?», он отвечал просто и с улыбкой: «Да какое счастье! Конечно, братцы, талан. Трудился всю жизнь, вот вам и талан!» [11]. Вот и нахождение новых технологий, как в мультфильме «Незнайка на Луне» для конструирования космических кораблей [8],– это дело не только случая, везения, но и строгого расчёта. Так пусть же поработают и атомные батареи и ускорительные орудия на пользу человечеству и российской науке!
1. Атомная энергетика – что дальше? Знак вопроса. 1989. №3. М.: Знание, 1989.
2. Чумаков В. // Техника-молодёжи. 2011. №1.
4. Шапарова Н.С. Краткая энциклопедия славянской мифологии. М.: АСТ, 2001.
5. Популярная библиотека химических элементов. М.: Наука, 1983.
6. Савицкий Е.М., Клячко В.С. Металлы космической эры. М.: Металлургия, 1978.
7. Гэтланд К. Космическая техника. М.: Мир, 1986.
9. Политехнический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1989.