Реальная физика атомных распадов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реальная физика атомных распадов

Тимофей Гуртовой

Атомные процессы с позиции закона дифракции электронов

Атомы некоторых элементов, называемых радиоактивными, распадаются. При этом уверовано, что, в одном случае, выделяются только частицы, в другом, - только электромагнитные кванты, рентгеновского диапазона, поскольку регистрируется только это выделение (имеются в виду элементы, без изотопов). И все реакции полагаются хорошо изученными. Однако сегодня, в результате познания подлинных процессов взаимодействий в микромире, следует сказать, что это совсем не так. Это устаревшее, не полное представление процессов атомных (ядерных) распадов и вообще, атомных реакций.

Существующая теория анализа атомных реакций, в своей основе, содержит представления, возникшие еще в начале 30-х, прошлого века. Когда в свете волновой квантовой механики и механического принципа взаимодействий в микромире, по Э. Резерфорду, анализировались реакции известных распадов.

Тогда считали (считают и ныне), что, во-первых, происходит самораспад элементов. Во-вторых, что кроме того, что регистрируется, ничего больше в этих процессах не возникает и не происходит. Поэтому моноэнергетичность выделяющихся частиц при альфа-распаде полагалась нормой для всех реакций. И непрерывность энергетического спектра частиц, в бета-распадах, демонстрирующая, что энергия якобы исчезает неведомо куда, вызывала недоумение.

Объяснение полагаемой загадке вскоре «нашли», придумав существование некой частицы, назвав её нейтрино. Якобы не обладающей массой, и не способной взаимодействовать ни с какими иными частицами, т. е. - неуловимой. И положили, что именно она уносит эту, якобы исчезающую, энергию, не оставляя следа. Так считают и в настоящем. Но неуловимой полагали её тогда. Сегодня с ней обходятся как с реально существующим объектом, хотя прекрасно знают, что этот объект придуман. Надо же как-то объяснять процесс, который не понят и поныне.

Однако, благодаря открытию закона Корпускулярной дифракции электронов, и познанию подлинных процессов при взаимодействиях в микромире, вопрос, якобы исчезающей, в атомных реакциях, энергии, проясняется без привлечения придуманного нейтрино.

Появление в атомных реакциях бета-распадов свободных электронов и квантов рентгеновского излучения приводит к их взаимодействию с атомами распадающегося вещества, в самом материале.

Электроны ведут себя согласно закону Корпускулярной дифракции. Их кинетическая энергия, при торможении в процессе взаимодействий с атомами распадающегося вещества (неоднократных), переходит в излучение, нагревая его.

Взаимодействие рентгеновских квантов с атомами вещества, согласно известному эффекту Комптона, приводит к появлению бета-частиц. Их энергия тоже, через, торможение, при взаимодействии, и излучение, также превращается в тепловую энергию. Таким образом, все 100 % энергии атомных реакций, в виде тепла, остаются в реакторе, выделяясь в рабочем материале и вне него, в защитном сооружении. Вот почему, в Чернобыльском реакторе, конструкция которого не была рассчитана на отвод полного тепла, внутренняя часть блока и даже стойки, были изрядно оплавлены.

То, что рентгеновские кванты теряют свою энергию в материале проходит не заметно - это понятно, поскольку наблюдению не поддаётся. Не заметны подобные потери и альфа-частицами. Их спектр моноэнергетичен. А вот потери энергии бета-частицами весьма заметны. Они значительны, тем более, если частицы возникают в глубине материала. Разница в энергии частиц, возникающих в наружных и внутренних слоях, фиксируемых вне пределов распадающегося вещества, весьма существенна. Что и показывает характер кривой распределения энергии в их потоке.

Левый, резко спадающий, край кривой образуется частицами, возникающими в глубине распадающегося вещества. Многократно повзаимодействовав со встреченными, на своем пути, атомами, они потеряли много энергии.

Правый край образуется частицами, потерявшими меньше энергии на взаимодействие, значит, выброшены они из поверхностных слоев распадающегося вещества. Из этого следует, что характер кривой распределения энергии в потоке бета-частиц демонстрирует, не существование придуманного нейтрино, якобы уносящего энергию из реактора, а потерю энергии внутриматериально, в самом веществе и, значит, в ректоре.

Следует также заметить, что распад радиоактивных элементов не является самопроизвольным. Если тепло выделяется внутри распадающегося вещества, то эти реакции носят цепной характер.

Согласно графику распределения энергии, при бета-распадах, выполненному в виде кривой, количество высокоэнергичных частиц, выброшенных из поверхностных слоев распадающегося вещества, значительно меньше и уменьшается по мере приближения к поверхности. Значит, в этом направлении, процесс распада затухает. Всякая же цепная реакция требует начального и последующего возбуждения. Ситуация видится такой. Атомы радиоактивного вещества, в отличие от вещества стабильного, находятся в энергетически перенасыщенном состоянии. И, чтобы возникла реакция, достаточно небольшого энергетического «толчка». Пусковым моментом может стать тепловой квант внешней среды (из печального опыта Чернобыля, при сжигании листьев и дров), солнечная и космическая радиация. В дальнейшем реакция поддерживается возникающим сопутствующим излучением, поглощаемым энергетически насыщенными атомами, разумеется, при достаточной массе распадающегося вещества. Сопутствующим могут быть и электромагнитные кванты (реакции альфа- и бета-распадов), и бета-частицы (реакция электронного захвата).

Поглощение атомами, распадающегося вещества, сопутствующего излучения и частиц, потерявших энергию, в результате взаимодействий, создает видимость их отсутствия. На самом деле, именно они, создают энергетический эффект реакции, при тормозном излучении превращаясь в тепло, в самом атомном ректоре. Таким образом, в любых атомных реакциях, никаких излишков энергии, которые должны были бы куда-то исчезать (по гипотезе существования нейтрино, им уноситься), нет! Значит, нет и гипотетического, неуловимого нейтрино! Отсюда ясно, что атомная энергетическая установка должна быть конструктивно рассчитана на отбор всей энергии энергетического эффекта. При такой ее конструкции, скорость нарастания процесса будет малой и амплитуду автоколебаний процесса будет легко гасить, даже при значительных всплесках космического и солнечного излучений. Автоматика будет справляться лучшим образом, поддерживая оптимальный режим работы установки и сбоев в работе АЭС, не будет.

Схемы распадов

Большинство тяжелых атомов (Z > 84, А > 208) распадаются с испусканием альфа-частиц. Реакция электронного захвата, с испусканием рентгеновского кванта, в основном происходит в среднетяжелых атомах. Схемы этих распадов примерно одинаковы. Разнятся они только испускаемым фактором.

Существующая схема альфа-распада [1, (31.1)].

Существующая схема реакции электронного захвата [1, (31.19)].

где: Р и Д - родительское и дочернее ядра; в - электрон;

г - рентгеновский квант.

Названные схемы распадов, приведенные выше, и не только они, являются не полными. В них отражено только то, что фиксируется, т. е. только начальный и конечный вещественный продукт. Промежуточные процессы, которые в основном и создают тепло, выделяющееся в процессе реакции, в этих схемах отсутствуют. Как это тепло возникает и что является причиной его возникновения, из этих схем непонятно. На эти вопросы в схемах ответов нет. Поэтому нет ничего удивительного, что энергии в реакциях и не досчитались. А, чтобы как-то выйти из положения, придумали пресловутое нейтрино.

Однако, если учесть сказанное выше, в предыдущем пункте, можно составить любые схемы полных распадов, из которых ответы на вопросы, куда девается получающаяся энергия, будут, непременно, следовать.

Реальные схемы, приведенных выше, распадов выглядят так:

Взаимодействие возникающих медленных нейтронов с атомами вещества приводит к высвобождению из них электронов и появлению протонов. В результате образуются атомы гелия и суммарное тормозное излучение, создающее тепло.

Возникновение гамма-квантов приводит к эффекту Комптона, результатом которого - электроны. Их дискретный процесс торможения, при взаимодействии с атомами распадающегося вещества, приводит к излучению, создающему тепло.

Представленные полные схемы реакций альфа-распада (3) и электронного захвата (4) показывают не только переход одного вещества в другое, т. е. конечный результат, но и переходные этапы, в процессе получения тепла. Тепла в реакции не будет, если отсутствует излучение. Не будет и излучения, если нет взаимодействия возникших частиц со встреченными ими атомами, и их торможения. Но при наличии взаимодействия, тепло непременно возникает и там, где оно (взаимодействие) происходит, внутри распадающегося вещества или в пространстве, вне него.

Свободные бета-частицы в реакции альфа-распада не фиксируются, поскольку выделяются внутри распадающегося вещества. Во второй реакции, в результате проявления эффекта Комптона, электроны возникают. Но взаимодействуя с атомами распадающегося вещества, тормозясь и теряя свою энергию на излучение, ими и поглощаются, как внутри вещества, так и в конструкции реактора. Так что и в первом случае и во втором, электроны не фиксируются. Однако условия для цепной реакции, создают (левая запись, в скобках, элементы причастные к этому). Кроме того, цепной процесс может усиливаться и внешним фактором - Х. Однако всё это приборами фиксируется только в виде тепла, в самом распадающемся веществе или в отдалении от него.

Полные схемы альфа-распада и реакции электронного захвата (3), (4), кроме расширенного понимания хода реакций и объяснения небольшой ширины энергетического спектра, ничего особого в общее понятие энергетического баланса не вносят. А вот новый подход к реакциям бета-распадов, позитронного и электронного, благодаря открытому закону Корпускулярной дифракции электронов, существенно меняет не только представление энергетического баланса, но и теорию атомных реакций.

Существующая схема позитронного бета-распада [1, (31.10)].

Существующая схема электронного бета-распада [1, (31.15)].

где: ₁в - позитрон; _-1в - электрон; н_н - нейтрино; н_н - антинейтрино.

Реальная схема позитронного бета-распада.

Реальная схема электронного бета-распада.

Как видно из новых схем реакций, энергия одного предполагаемого нейтрино - это энергия суммы электромагнитных квантов ?hн > Q (где Q - полный энергетический эффект реакции). Отдается она возникающей в реакции бета-частицей, которая, после её выброса атомом, в процессе движения испытывает неоднократное взаимодействие и, тормозясь, неоднократно, порциями отдаёт энергию, в виде излучения [2, ч. IV, гл. I]. Значит, эта энергия не уносится гипотетическим нейтрино, а суммируясь, остается в реакторе, в распадающемся веществе и в его оболочке. Неучтенная, при конструировании атомных энергетических установок, она таит в себе опасность!

Библиография

дифракция электрон корпускулярный энергетический

1. Акоста В., Кован А. и др. Основы современной физики. - М.: «Просвещение», 1981.

2. Сатаева О, Афанасьев Т. КТО МЫ И ОТКУДА? / О. Сатаева, Т. Афанасьев. //Размышления, подкреплённые материалом из монографии «Мы не одиноки во Вселенной», - 1-е изд. - Иркутск: ИВВАИУ (ВИ), 2007. - 208 с.

Размещено на Allbest.ru