МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОННОГО КАТАЛИЗА В СИСТЕМЕ МЕТАЛЛ

МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОННОГО КАТАЛИЗА В СИСТЕМЕ МЕТАЛЛ-ВОДОРОД
А.Н. ВЛАСОВ
Рязанская Государственная Радиотехническая Академия, Рязань, Россия
AlekVlasov@fulcra.ryazan.ru
На основе анализа механизма известного мюонного катализа показано, что
отрицательно заряженные частицы (электроны или мюоны) могут экранировать
положительный заряд ядер изотопов водорода до расстояний, определяемых
комптоновской длиной волны соответствующей частицы и ее кинетической энергией.
Предполагается, что в кристаллической решетке металла возможно столкновение
ускоренного каким-либо образом дейтрона с атомом дейтерия с образованием иона,
который на короткое время проникает в область внутренней электронной оболочки
атома металла. Показано, что электрон этого иона может приобретать энергию,
приближающуюся к величине энергии электрона одной из внутренних оболочек атома
металла, и размер экранировки в этом ионе может быть достаточным для протекания
ядерных реакций синтеза.
Одним из известных механизмов холодного ядерного синтеза является мюонный
катализ [1, 2]. Мюон имеет массу в примерно в 200 раз большую, чем электрон,
благодаря чему в мезо-молекулекулах однозарядное ядро экранируется вплоть до
расстояний в две мезоатомные единицы ~ 2a  5  1013 m .
На такое расстояние
сближаются ядра изотопов водорода при кинетической энергии ~3 кэВ  3  107 К,
которая сравнима с температурой, достигнутой в современных термоядерных
установках. После образования мезомолекул происходит слияние их ядер за счёт
сильного взаимодействий. Далее мюон освобождается и может принимать участие в
новых актах катализа.
Однако, мюон является нестабильной частицей со временем жизни 2,2 106 с , а
время цикла катализа, включающего процесс образования мезо-молекулярных ионов
с переходом их в основное квантовое состояние, в лучшем случае лишь на два порядка
меньше
времени
жизни
мюона.
В
результате
количество
циклов
катализа
принципиально ограничивается числом X c ~ 102 . Но мюонный катализ может стать
коммерчески выгодным способом производства энергии лишь при X c ~ 104 [1].
Рассмотрим потенциальные возможности электронного экранирования. Для
этого найдём размер экранирования зарядов ядер при воздействии электронов с
высокой кинетической энергией. Применим для этого связь между размером длины
волны отрицательной частицы и её импульсом, предполагая, что размер экранирования
~ 2ae , , обеспечиваемый отрицательными частицами (электроном или мюоном), связан
с импульсом соответствующей частицы Pe , соотношением, аналогичным длине волны
де Бройля:
~ 2ae ,  2 Pe , .
(1)
Оправдание этого предположения мы получим при сопоставлении следствий из
этой формулы с ранее известными результатами при проведении ниже в данной работе
расчёта размера мюонного экранирования.
Взаимосвязь импульса с соответствующей кинетической энергией определяется
известной формулой
We , 
P 
2
e ,
 me2, c 4  me , c 2
(2)
где me , – масса электрона или мюона, соответственно, с - скорость света.
Будем использовать нормированные энергии  e ,  We , W0e ,  , где W0e  me c 2 ,
W0   m c 2 , и тогда из (1) и (2) получаем обобщенную формулу для вычисления
размера экранирования зарядов ядер отрицательными частицами (электронами или
мюонами):
~ 2ae ,  2 e ,
 e2,  2 e , ,
(3)
где  e ,   me , c  – комптоновская длина волны соответствующей частицы.
Применяя формулу (3) к вычислению размера мюонного экранирования,
заметим, что нормированная энергия мюона в мезоатоме изотопа водорода равна
    2 2n 2 ,
(4)
где  – постоянная тонкой структуры, n – главное квантовое число. Тогда из
формулы (1) с учётом (4) получаем размер экранирования зарядов ядер в мезомолекуле
изотопа водорода в основном состоянии ( n  1 ):
~ 2a  2   .
(5)
Вычисления по формуле (5) дают результат ~ 2a  2 1.867 1015 1 137  5 1013 m ,
который полностью совпадает с известными данными для мюонного экранирования [1].
Это
служит
экранирования.
основанием
использования
соотношения
(3)
для
электронного
Заметим, что в обычном ионе dd e  ядра удалены друг от друга в среднем на

расстояние
~ 2aе  2 е 1  1  1010 m
мезомолекулярном ионе
dd  
и
синтез
невозможен.
Поскольку
в
среднее расстояние между ядрами составляет
~ 2a  2  1  5  1013 m , ядерные реакции синтеза протекают со скоростью
 f  4.3 108 s 1 .
Допустим, что в системе металл-водород возможна ситуация, при которой
каким-либо
образом
ускоренный
дейтрон
сталкивается
с
атомом
дейтерия,
находящимся в кристаллической решетке металла и образуется молекулярный ион
dd e , обладающий достаточно большим импульсом. Этот ион на короткое время  scr
проникает во внутрь электронной оболочки атома металла, и за счёт обмена энергиями
с внутренними электронами металла электрон этого иона приобретает энергию,
соответствующую энергии электрона одной из внутренних оболочек атома металла.
Тогда размер экранирования в ионе dd e  с учётом (30) и (5) составит величину

~ 2amet  2 e n 1 Z ,
(6)
где Z – заряд ядра атома металла, n – главное квантовое число.
Скорость синтеза при этом можно оценить по приближенной формуле без учёта
экспоненциального члена [1]
 fmet   f    e 3 Z n 3 ,
(7)
где  f  4.3 108 s 1 - скорость синтеза при мюонном катализе [1].
На основании (7) для вольфрама Z  74 при n  1 (проникновение иона dd e 

до первой электронной оболочки металла) ожидаемая скорость синтеза может
составить  fmet  4.3  108  1 207 74 1  2  107 s 1 .
3
3
Для высокой эффективности ядерных реакций необходимо обеспечивать
1
,
 scr  fmet
где  scr - время экранирования иона dd e 

(8)
в области внутренней оболочки атома
металла.
Рассмотрим вопрос преодоления кулоновского барьера. Для ядра Z  74 , n  1
он составляет
WK 
Z 2 mee4
 1.2  1014 J  74 keV .
8h 2 2
(9)
Преодолеть такой барьер (9), а тем более продержаться возле него время (8)

1
 scr  fmet
 5  108 s один свободный ион dd e  не сможет. Поэтому рассмотрим
гипотезу о когерентном квантовом ансамбле в виде когерентных нитей, который
условно можно представить себе, как «ионная игла» или «ионный поезд».
Допустим, что молекулярные ионы dd e  в плазме с магнитным полем [3] при

подлёте к катоду структурируются в виде длинных когерентных нитей, окруженных
электронами (не будем рассматривать механизма этого явления). Допустим также, что
длина когерентности в «ионном поезде» имеет типичную величину
x  1  106 m .
(10)
Тогда число ионов в «поезде» может составить с учётом (10) величину
N
x
x

 1  104 .
~ 2ae 2 e
(11)
В этом случае достаточно, чтобы средняя энергия иона dd e  в «ионном поезде» с

учётом (9) и (11) составляла
Wi 
WK 74  103

 7.4 eV .
N
1  104
(12)
Энергию (12) ионы вполне могут набрать в области градиента катодного
потенциала. Далее, ионы коллективизируются и «ионный поезд» преодолевая
кулоновский барьер «доставляет» головной ион
внутриатомных
электронов
металла,
где
dd e
благодаря
в область действия
эффекту
электронного
экранирования (6) происходит синтез ядер дейтерия иона dd e  со скоростью (7). При

этом важным является то обстоятельство, что, атом металла встроен в решетку, и удар
«ионного поезда» воспринимает вся решетка кристалла [4]. В противном случае
обладая огромной массой ( ~ 104 а. е.) «ионный поезд» просто отбросил бы атом
металла.
Символически реакции рассмотренного синтеза можно представить как реакции
электронного катализа с обменом молекулярного и внутриатомного электронов:
dde 
 

 e  ddec


 e 3He  n  e  ec  3.3 MeV
 t  p  e  ec  4.0 MeV ,
где e  - электрон молекулярного иона dd e  , ec - катализирующий электрон

внутренней оболочки атома металла.
Представленная гипотеза объясняет нестабильность реакций холодного синтеза
тем, что в средах протекания реакций не уделяется
коллективным
процессам,
а
эти
процессы
достаточного внимания
требуют
тонкой
настройки
экспериментальных условий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Герштейн С.С., Петров Ю.В., Пономарёв Л.И. Мюонный катализ и ядерный
бриддинг // Успехи физических наук. 1990. Т. 160. Вып. 8. С. 3-46.
2. Меньшиков Л.И., Сомов Л.Н. Современное состояние мюонного катализа
ядерных реакций синтеза // Успехи физических наук. 1990. Т. 160. Вып. 8.
С. 47-103.
3. Ромоданов В.А. Изменения интенсивности гамма-излучения в стационарном
разряде с магнитным полем // Холодная трансмутация ядер химических
элементов и шаровая молния // Материалы 12-й Российской конференции по
холодной трансмутации ядер химических элементов и шаровой молнии, М.
НИЦ ФТП «Эрзион», 2005, с. 63-75.
4. Родионов Б.У. Прямое взаимодействие (дальнодействие) атомных ядер //
Холодная трансмутация ядер химических элементов и шаровая молния //
Материалы 12-й Российской конференции по холодной трансмутации ядер
химических элементов и шаровой молнии, М. НИЦ ФТП «Эрзион», 2005, с.
110-136.
MEXANISM OF ELECTRON CATALYZED FUSION IN METAL-HYDROGEN
SYSTEM
A.N. Vlasov
The Ryazan State Radio engineering Academy, Ryazan, Russia
AlekVlasov@fulcra.ryazan.ru
On the basis of the analysis of the mechanism known muon catalyzed fusion it is
shown, that negatively charged particles (electron or muon) may screen a positive charge of
nucleus of the hydrogen isotopes up to the distances determined by Compton wavelength of
the appropriate particle and its kinetic energy. It is supposed, that in a crystal lattice of metal
probably collision accelerated somehow deuteron with deuterium atom with formation of an
ion that on short time will penetrate into area of an internal electron sheath of atom of metal.
It is shown that electron of this ion gets the energy appropriate to electron energy by one of
internal electron sheath of the metal atom and the screen size in this ion may make size,
sufficient for course of nuclear reactions of fusion.