CC BY
2НАБЛЮДЕНИЕ ТРАНСМУТАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В РАЗЛИЧНЫХ
ЭКСПЕРИМЕНТАХ
ЛЕСКОВ М.Б.
(Красноярск, Политехнический институт СФУ)
КВЕГЛИС Л.И., С. АМАНЖОЛОВА
(Усть-Каменогорск, ВКУ им. профессор, доктор физико-математических наук)
ИМАНЖАНОВА К.Т., С. АМАНЖОЛОВА
(Усть-Каменогорск, ВКУ им. сениор-лектор, магистр педагогических наук)
МАКАРЕНКО А.Е. КУЛЬБАКИН И., С. АМАНЖОЛОВА,
(Усть-Каменогорск, ВКУ им. студенты)
ШАНГИШБАЕВА А.С., С. АМАНЖОЛОВА
(Усть-Каменогорск, ВКУ им., магистрант)
Аннотация:Трансмутация - изменение одного химического элемента в другой является спорной и в тоже самое время перспективной темой для исследователей физики и химии. Представленный обзор современных исследований, посвященный наблюдению трансмутации химических элементов в различных экспериментах. Первые успешные трансмутации были достигнуты в середине ХХ века и представляют собой высокоэнергетические реакции. Современные же эксперименты предоставляют новые данные, указывающие на процессы трансмутации при более низких энергетических затратах.
Ключевые слова: трансмутация, термоядерная реакция, Токамак ITER, молекулярное моделирование, химические элементы.
В работе представлен большой список работ на тему трансмутации элементов при разных энергетических воздействиях. Давайте рассмотрим классические способы получения трансмутации элементов.
Одним из наиболее важных направлений в исследованиях трансмутации является область термоядерных реакций. Эксперименты на термоядерных установках, таких как токамаки и лазерные ускорители, предоставляют возможность создания условий, при которых происходят слияния ядер и трансмутация элементов. Недавние исследования в этой области сфокусированы на повышении эффективности реакций и разработке новых материалов для сборки установок.
Примеры экспериментов с термоядерными реакциями:
Токамак ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor): В рамках проекта ITER, который является крупнейшим в мире международным сотрудничеством в области термоядерной энергии, строится токамак — установка для исследования контролируемых термоядерных реакций [3]. Этот токамак предназначен для демонстрации возможности использования ядерного синтеза в качестве источника энергии.
Лазерный Ускоритель National Ignition Facility (NIF): NIF представляет собой установку, оснащенную лазерами, предназначенными для создания условий, при которых может произойти термоядерное сжатие топлива. Эксперименты на NIF направлены на достижение условий, аналогичных тем, которые существуют в ядерных реакциях внутри звезд.
Исследования в области ядерной химии:
Эксперименты с использованием ядерных реакций, включая облучение ядрами исходных материалов, позволяют создавать новые изотопы и изменять состав атомных ядер. Наблюдение за этими процессами дает информацию не только о физических, но и о химических свойствах трансмутированных элементов.
Примеры исследований в области ядерной химии:
Облучение ядрами для получения новых изотопов: Исследователи часто используют ускорители частиц для облучения исходных материалов, таких как уран или плутоний, с целью получения новых изотопов. Этот метод может быть применен, например, для получения радиоактивных изотопов, используемых в медицинских исследованиях или промышленности [1].
Исследования ядерной структуры и свойств: Современные эксперименты в области ядерной химии включают исследования ядерной структуры и свойств. Это включает в себя изучение изменений в ядерной структуре при изменении числа нейтронов или протонов в атомном ядре. Эти исследования позволяют лучше понять стабильность и свойства ядер, что имеет значение для технологических приложений и ядерной безопасности.
Синтез новых тяжелых элементов: Исследования направлены на создание новых, тяжелых элементов путем слияния более легких ядер. Примером может служить создание элемента с порядковым номером 118, официально названного оганесян. Этот процесс требует специализированных установок и интенсивных вычислительных методов для предсказания и подтверждения результатов.
Этапы эксперимента:
Подготовка исходных материалов: Начальными материалами служили изотопы кальция-48 (48Ca) и америция-243 (243Am). Изотоп 48Ca выступает в качестве "стреляющего" ядра, а 243Am - в качестве "мишени".
Инициация ядерной реакции: Пучок ионов изотопа 48Ca был ускорен и направлен на мишень из америция-243. Это привело к ядерным слияниям и формированию новых ядерных структур.
Регистрация результатов: Многочисленные детекторы были размещены вокруг области реакции для регистрации различных фрагментов, испускаемых в результате ядерных переходов. Это включало измерение характеристик испускаемых частиц и времени их жизни.
Идентификация нового элемента: Специалисты провели тщательный анализ данных, полученных из детекторов, и выявили характеристики, соответствующие новому элементу. Эти характеристики включали временные свойства распада, массу фрагментов и другие параметры [2].
Подтверждение синтеза: Обнаруженные данные были сравнены с теоретическими моделями, и после серии экспериментов и анализа результатов было объявлено об успешном синтезе нового элемента с порядковым номером 118, который получил название оганесян.
Современные технологии и трансмутация
С появлением новых технологий, таких как суперкомпьютерные моделирования и передовые методы анализа, исследователи получили возможность более глубокого анализа потенциала трансмутации. Моделирование ядерных реакций и предсказание результатов на молекулярном уровне открывают новые горизонты для дизайна экспериментов и разработки технологий трансмутации.
Примеры применения современных технологий:
Молекулярное моделирование: С использованием суперкомпьютеров проводятся масштабные молекулярные моделирования, которые включают в себя симуляцию реакций на уровне отдельных молекул. Эти модели позволяют ученым изучать потенциальные энергетические барьеры, термодинамические параметры и кинетику реакций, что является важным для понимания процессов трансмутации.
Квантово-химические расчеты: Суперкомпьютеры позволяют проводить сложные квантово-химические расчеты, включая методы первопринципов, такие как метод функционала плотности (DFT) и квантово-механические методы. Эти расчеты предоставляют информацию о структуре электронной оболочки атомов и молекул, что существенно для понимания изменений в результате трансмутаций.
Исследование электронных уровней энергии: Суперкомпьютеры позволяют проводить высокоточные расчеты электронных уровней энергии, что важно для предсказания химических свойств новых элементов и изотопов, образовавшихся в результате трансмутаций.
Моделирование ядерных реакций: для трансмутаций, связанных с изменениями в атомных ядрах, суперкомпьютеры используются для моделирования ядерных реакций. Это включает в себя предсказание сечений поперечного сечения, спектров энергии и других параметров, необходимых для понимания, как изменения в ядерной структуре влияют на результаты реакций [5].
Большие базы данных и машинное обучение: Современные методы анализа, такие как машинное обучение, используются для анализа больших объемов данных, сгенерированных суперкомпьютерными моделированиями. Это позволяет выявлять закономерности, оптимизировать параметры реакций и предсказывать результаты трансмутаций с учетом разнообразных факторов.
Пример эксперимента:
В работе показана физическая основа, позволяющая реализовать взаимные переходы калий-кальций.
Ш = h/p = h/V(2mnE),
где mn - масса нейтрона, h - постоянная Планка. Длина волны де Бройля принимает значение.
Ш = 1 х 10-8 см = 0,1 нм = 100 мкм (E = 98 МэВ = 0,098 эВ) для кинетической энергии E = 0,098 эВ, и Ш = 1,80 х 10-8 см = 1,80 Ä = 0,18 нм = 180 мкм (E = Ет - 25 МэВ) для E = Ет -25 МэВ = 0,025 эВ (тепловая энергия при 300 К)
Как видно из формул энергия нейтрона небольшая, но тем не менее этого достаточно для ядерного превращения.
Наиболее фундаментально изучены превращения калия в кальций
39K + 1p ~ 40Ca
Основные теоретические положения гипотезы Керврана о преобразовании элементов в биологических системах выглядят следующим образом. Главными химическими элементами определены H, C, N и O. Из них могут образовываться другие элементы.
Например, 126C + 126C ^ 2412Mg.
Возможны реакции присоединения H и O:
2311Na + 11H ^ 2412Mg; 2311Na + 168O ^ 3919K; 3919K + 1 1H ^ 4020Ca;
2412Mg + 16 8O ^ 4020Ca.
Однако все это работы в которых описаны реакций с высокими энергетическими затратами. В работе теоретически и экспериментально показано, что для возбуждения ядра железа необходима энергия 80-120 кэВ. Тогда при облучении образца железа энергиями порядка 1 МэВ возможны возбуждения ядер, в результате которых могут реализовываться трансмутации, например, железа в марганец. В работе экспериментально обнаружено, что достаточно энергии 1,034 МэВ, чтобы возбудить переходы Fe^Mn.
В работе показана возможность протонного распада в образцах стали Fe86Mn13C, подвергнутых ударной нагрузке и далее облучению у-квантами в Мессбауэровском спектрометре:
26Fe57 ^ 25Mn56 + p
Причину возможного протонного распада авторы связывают с резонансными эффектами. На основании экспериментальных результатов, полученных в образцах марганцовистых сталей предполагается возможность трансмутации железа в марганец при энергиях, не превышающих 200 КэВ. Это происходит за счет синергии и кумуляции энергии на разных масштабных уровнях.
Трансмутации в биологических средах.
Все наблюдаемые изотопные эффекты можно охарактеризовать как «обычный» процесс трансмутации изотопов и элементов, который протекает в биологических системах и эффективность которого определяется именно спецификой таких систем. Процесс трансмутации химических элементов в биологических системах представляет собой процесс ядерного преобразование изотопов.
Эксперименты по изучению трансмутации изотопов в растущих биологических системах должны проводиться с учетом специфики проблемы и следующих требований:
• синтезируемый изотоп должен входить в число жизненно необходимых биосистеме микро- и макроэлементов или их биохимических аналогов, а среда, в которой происходит рост, не должна содержать этих элементов, но должна содержать те изотопы, из которых данные элементы могут образоваться без необратимого получения дополнительной энергии;
• для того, чтобы эксперименты проводились за достаточно короткое время, скорость роста исследуемого биологического объекта должна быть большой, а образуемый изотоп должен быть адаптирован к этому объекту и должен накапливаться в количестве, достаточном для надежной регистрации;
• живой объект должен быть достаточно устойчивым к действию продуктов жизнедеятельности, чтобы избежать явления самоинтоксикации;
• при работе с радиоактивными изотопами живой объект должен быть достаточно устойчив к действию сильных радиационных полей, образованных утилизируемыми изотопами;
• желательна (а для стабильных изотопов — обязательна) возможность проведения анализа изотопного состава биологического объекта до и после процесса трансмутации;
• должны быть выполнены требования, связанные с экологией и с проблемами гуманизма (речь идет о живых объектах).
Последователь Высоцкого В.И. Хидео Козима из Японии предлагает свое объяснение биологической трансмутации на основе анализа ячеечных регулярных структур в организме. «Тела растений или животных, состоят из клеток... Тепловые нейтроны, которых на земле много, могут задерживаться в живых организмах ... Захваченный нейтрон взаимодействует с элементами, такая ядерная трансмутация, как Na ^ Mg, P ^ S, K ^ Ca и Mn ^ Fe легко объясняется ядерными реакциями, где происходит захват нейтронов и последовательный бета-распад» [4].
Заключение
Трансмутация химических элементов - это область исследований, объединяющая знания в ядерной физике, химии и инженерии. Современные эксперименты и технологии позволяют расширить наши знания о возможностях трансмутации и могут привести к новым технологическим решениям и приложениям в различных областях, от энергетики до медицины. В долгосрочной перспективе, продолжение исследований в этой области может
ОФ "Международный научно-исследовательский центр "Endless Light in Science"
привести к революционным изменениям в понимании и использовании химических
элементов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:
1. Высоцкий ВИ, Корнилова АА. Ядерный синтез и трансмутация изотопов в биологических системах. М., Мир, 2003.
2. Кузнецов В.Д., Мышинский Г.В., Жеменник В.И., Арбузов В.И. Проверочные эксперименты по наблюдению эффекта холодной трансмутации элементов // Материалы 8-й Российской конференции по холодной трансмутации ядер химических элементов. М., 2001. С.308-332.
3. Митришкин Ю.В., Докука В.Н., Хайрутдинов Р.Р., Кадурин А.В., Сушин И.С., Коростелев А.Я.Методология проектирования системы магнитного управления плазмой в термоядерном токамаке-реакторе// Идентификация систем и задачи управления (SICPR0'08).— 2008.—С. 1752—1795.
4. Маклаков А. Биотрансмутация урана - открытие и следствия. Режим доступа : https://congeniator.com/biotransmutacij a/
5. Biberian JP. Biological transmutations: historical perspective. Journal Condens. Matter Nucl. Sci., 2012, 7:11.
