crustgroup (crustgroup) wrote,
crustgroup
crustgroup

Category:

Социализм — это термояд плюс электрификация всей страны (NUC19, CIV53)

Поскольку вопрос настоящего социализма уже, по факту закрывает принцип "советской власти", я больше сосредоточусь на вопросах термоядерной реакции и электрификации всей страны.
Ну а потом, в конце статьи мы неожиданно и ожидаемо одновременно — мы вернёмся к социализму и к советской власти. К той власти, которая изначально, в рамках оригинального смысла слова "советы" подразумевала очень взаимоувязанный и очень сложный социальный процесс, который должен был пронизывать общество от самого низу и до самого верха.

Но начать нам надо будет с термоядерного реактора. Под названием "Солнце".

1111
Реактора, который светит нам вот уже четыре с половиной миллиарда лет.

Исходя из такого срока существования природного термоядерного реактора у нас над макушкой — все споры между "зелёными" троллями, ненавидящими ядерную энергию и приверженцами концепции "мiрный атомъ в каждый домъ" — можно уже смело списывать в утиль.

Вся разница между "зелёными" и "ядерными" ровно в том, что первые предпочитают оставаться от естественного термоядерного реактора на почтительном расстоянии, а вторые предлагают всё-таки подобраться к нему поближе и начать утилизировать его энергию хоть чуток более эффективно.

Причём "подбираться" к энергии Солнца надо именно так, как это предлагает сейчас атомное лобби. И я объясню, почему.

В первом приближении кажется, что всегда лучше скопировать что-то готовое у природы. Просто исходя из того, что это уже сделано где-то до нас — и нам надо только творчески повторить готовое.

Однако, в жизни иногда легче сделать что-то совершенно новое, нежели стараться бездумно копировать живую или неживую природу. Просто из-за того, что неживая природа действует исключительно по законам физики и химии, потихоньку увеличивая свою энтропию, а живая природа вплоть до появления человека часто останавливалась на каком-то "промежуточном" варианте, который отнюдь не был столь совершенным, как идеально возможный.

Например, врачи и учёные долго возились с искусственным человеческим сердцем. Почти 40 лет люди пытались выдумать различные клапанные, пульсирующие системы, которые должны были копировать сложную работу человеческого сердца. Пока, наконец, в 2011 году не решились создать таки "сердце без клапанов, человека без пульса". Вот он:

craig
Железный Человек. Начало.

Крейг Льюис (Craig Lewis) 55 лет, находился в предсмертном состоянии из-за амилоидоза, сердечного заболевания, вызванного нарушением белкового обмена, которое сопровождается скоплением в тканях специфического белка, разрушающего мышцы. Состояние мужчины было настолько серьезным, что даже электрокардиостимулятор не мог спасти его жизнь. Сердце Крейга перестало бы биться в течение месяца-двух, когда он решился на смелую операцию.
До операции на Льюисе такие вспомогательные насосы, похожие на небольшие турбинки, лишь помогали больным с сердечной недостаточностью, подталкивая кровь к больному сердцу. Счёт пациентов с такими насосами уже шёл на тысячи и тысячи, но заменить двумя микро-турбинками полное человеческое сердце решились только в апреле 2011 года. И — получилось!

Жена Льюиса была удивлена, когда она попыталась нащупать его пульс. "Я хотела почувствовать пульс Крейга, но услышала лишь странное жужжание" – сообщила она NPR. "У него не было пульса".
В общем, конечно, не термоядерный реактор вместо сердца, как у "Железного человека" Тони Старка - Дауни младшего, но зато — в реальности. А не как в Голливуде, где термоядерный реактор можно собрать в горах Афганистана из консервных банок, синей изоленты и спичек:

1017_iron-man_robert-downey-jr_tony-stark

Ну а потом вставить себе в грудь вместо безвременно усопшего биологического сердца.

Впрочем, мы ведь говорим о Солнце. И о том, что повторять солнечный термоядерный реактор нам не стоит. Почему?
Да потому, что в Солнце идёт очень специфическая ядерная реакция и стараться повторить её на Земле — это пытаться прикрутить термоядерный реактор посередине грудной клетки с помощью синей изоленты, как в Голливуде.

Вот эта реакция. Я вначале нарисую её в упрощённой форме, а потом покажу вам, где нам категорически не хватает магической синей изоленты, чтобы прикрутить где-нибудь на Земле  этот природный термоядерный реактор к прочному бетонному фундаменту:

images

Два ядра атомов водорода, простые протоны, которые рано или поздно встречаются между собой где-нибудь в центре нашего Солнца, в результате этой реакции образуют... снова водород. Правда, уже не обычный, "лёгкий" водород, ещё называемый протием, а тяжёлый водород, дейтерий.

Самое интересное, что нейтрон, который образуется из одного из протонов в результате этой реакции, чуть тяжелее протона. Масса нейтрона — 939,57 МэВ, а масса протона —938,27 МэВ.
МэВ — это очень маленькая масса, 1 МэВ равен 1,78·10−30 килограмма. Поэтому-то и получается, что в одном килограмме водорода собрана такая бездна атомов, которые и состоят, в основном, из своих ядер —  протонов. Для того, чтобы собрать килограмм комариных крылышек атомов водорода приходится оперировать числом с 26-ю нулями. Скажу лишь, что число людей во всём мире — это число с 9-ю нулями. Комаров по всей Земле я не считал, но думаю, что тоже не больше, чем протонов в килограмме водорода.

Но как же получается, что получившийся нейтрон тяжелее протона, вступившего в реакцию? Всё дело в том, что это масса покоя нейтрона. То есть, если взять "сферический нейтрон в вакууме", то он будет весить именно столько — 939,56 МэВ. Точно также, как и одинокий "сферический протон в вакууме" будет весить 938,27 МэВ. А вот вместе они будут весить меньше, чем по отдельности, в одиночестве друг от друга.
И да, одинокий нейтрон без протона — не жилец.
Время жизни свободного нейрона без протона вблизи него — всего около 15 минут. За это время большая часть нейтронов успевает распасться обратно на протон, электрон и антинейтрино.

Но в рамках ядра дейтерия нейтрон "связан" с протоном силами сильного взаимодействия. Это взаимодействие и в само деле очень сильное — настолько, что значительно меняет массу участвующих в нём частиц. И не просто меняет, а уменьшает их наблюдаемую массу.
Если брать "сферический" протон и "сферический" нейтрон, то для ядра дейтерия (дейтрона) у нас получится по математике вот такой формальный расчёт:

938,27 + 939,57 = 1877,84 МэВ

По факту же ядро дейтерия весит чуть меньше — 1875,61 МэВ. Разница между этими значениями массы, полученными путём механического сложения массы свободных протона и нейтрона и точными измерениями реальной массы дейтрона и даёт нам значение энергии связи или дефекта массы. Её точное значение для дейтрона равно 2,22 МэВ. Это и есть масса (или энергия) магической синей изоленты, которая и прикручивает частицы в ядре друг к другу. Ну а поскольку энергия связи у нас понятие "отрицательное" (для того, чтобы оторвать нейтрон от протона, надо затратить энергию), то правильно энергию связи дейтрона писать, как -2,22 МэВ.

И вот тут у нас на арене появляется знаменитое:

TaskForce_One

То самое E=mc2 которое и придумал камрад Эйнштейн.

Что мы имеем? В начале реакции у нас два протона с массой по 938,27 МэВ каждый, а в конце — ядро-дейтрон, которое весит 1875,61 МэВ.
Нетрудно посчитать, что в "чистом выходе" мы имеем что-то около 0,93 МэВ в расчёте на одно слияние.
Ура? Победа?
Нет, нам по-прежнему не хватает магической синей изоленты, чтобы привязать два протона друг к другу и заставить их, наконец-то, сделать для нас ядро дейтрона, которое отдаст нам "лишнюю" энергию, которую мы уже можем потратить на костюм Железного Человека на всякие разные приятные вещи.

Это связано с тем, что протон-протонный цикл в недрах нашего Солнца идет по более сложной схеме, чем нарисовано на первом рисунке. Которая как раз и ставит для нас крест на всех наших попытках примотать протон-протонный цикл к нашим скромным нуждам где-нибудь на нашей скорлупке-Земле. Всё дело в том, что два столкнувшихся протона образуют в начале реакции слияния не дейтрон, а очень экзотическое ядро — дипротон. Пока это просто два протона, слитых в единое целое. И, как и положено двум заряженным частицам, они не прочь оттолкнуться друг от друга.

В нашей Вселенной нет стабильных дипротонов. Это объясняется тем, что сила взаимного отталкивания двух положительно заряженных протонов чуть-чуть больше, чем энергия связи их гипотетического ядра, определяемая из формул сильного взаимодействия. Кстати, формально это ядро должно было бы называться гелий-2 или 2He в традиционной записи для изотопов.
В таком уникальном соотношении основных взаимодействий есть ещё один интересный факт. Если бы сильное взаимодействие частиц было бы лишь чуть-чуть сильнее (наша синяя изолента была бы чуть попрочнее) то мы бы не увидели Тони Старка этого мира вообще. Расчеты показывают, что в таком мире сразу после Большого Взрыва все протоны объединяются в пары и во Вселенной не остается водорода, а значит, не будет ни воды, ни привычной нам жизни. Только гелий-2, от которого потом и надо начинать цепочки синтеза ядер.

Гелий-2 был экспериментально найден в опытах, включающих в себя распад неона-18 в кислород-16 только в 2008 году. Поскольку получающийся в результате этой реакции дипротон был, как и положено дипротону, жутко нестабильным, его нашли исключительно по факту вылета двух протонов одновременно и в одном направлении из ядра распадающегося неона.

Конечно же, собрать килограмм комариных крылышек ядер 2He в условиях их крайней нестабильности практически невозможно. Как же наше Солнце умудряется нарабатывать энергию, заставляя упрямые протоны превращаться в дейтроны? И светит нам вот уже 4,5 млрд. лет?

Всё дело в том, что у дипротона есть ещё один вариант дальнейшей судьбы, кроме тривиального "прощай, нам не жить вместе, я полетел дальше". У дипротона есть очень маленькая вероятность превратиться в дейтрон в результате действия уже третьего, слабого взаимодействия. В силу невозможности получения самого 2He или дипротона в сколь-либо значимых количествах, вопрос точного определения этой вероятности пока открыт. Скажем так — это не просто мало, а очень мало. Поскольку до сих пор все попытки воспроизвести протон-протонный синтез где-либо в земных лабораториях не увенчались успехом. Протоны просто отскакивают друг от друга, как горох, не образуя ни дипротонов, ни тем более — дейтронов.
Кроме неприятного осадка в виде невозможности "зажечь звезду" прямо у себя в грудной клетке в синхрофазотроне учёные убедились, кстати, ещё и в том, что некоторые смелые идеи типа "подзаправиться из ближайшей туманности на пути к Альфа Центавра" являются пока утопией.
Поскольку межзвёздный газ, как и наша вода, состоит в основном из протия, которых хрен зажжёшь "на коленке".

Однако в Солнце, судя по всему, всё же часть дипротонов успевает распасться на дейтроны в результате слабого взаимодействия. Связано это, в первую очередь, с громадным объёмом нашего светила. В общем, для того, чтобы заставить этот упрямый протий всё-таки отдать нам хоть чуть-чуть вожделенного E=mc2 нам приходится брать молоток побольше, а газовый шарик — помассивнее. В результате такого большого скопления протонов, которые сталкиваются и разлетаются снова, в результате β+-распада одного из протонов ядра превращается в нейтрон, дипротон — в дейтрон (ядро дейтерия), а из новорожденного, уже стабильного ядра "тяжёлого" водорода, вылетают антиэлектрон (или позитрон) и нейтрино.

Ожидаемо, по закону сохранения энергии, часть энергии такой реакции уносится с нейтрино, которое уже очень трудно поймать, а основная часть из E=mc2 , полученного за счёт дефекта массы, улетает вместе с позитроном.
После этого, обычно очень быстро, позитрон полностью аннигилирует с каким-нибудь соседним электроном, образуя два гамма-кванта с энергией в 0,51 МэВ.
Вот так. Основная начальная реакция, которая разогревает наше Солнце, наряду с другими, которые уже идут на основе полученного дейтерия — это аннигиляция.

Поэтому, если приматывать протон-протонный цикл где-нибудь синей изолентой к бетонному фундаменту у нас на матушке-Земле, то надо быть готовым к жёсткому гамма-излучению от аннигиляции излучаемых позитронов.
А она целебна только в очень малых количествах. Нет, серьёзно:

tamographie
Сейчас внутри тебя проаннигилирует немножко позитронов...

В общем, не получается собрать термоядерный ректор, как на Солнце в наших убогих земных условиях. То ли мы не Тони Старки, то ли синяя изолента у нас слабовата.
Ну и пусть слабовата. Зато мы живы и с нормальной "лёгкой водой". А не с гелием-2 в какой-то непонятной, безжизненной Вселенной.

Ладно, звезду не зажгли. Ну, а что там можно сделать дальше, с дейтерием?
Tags: Атом, изотопы, новая энергетика, термояд
Subscribe
promo crustgroup september 5, 2012 16:48 88
Buy for 100 tokens
Начиная цикл статей о ядерной энергии я постараюсь описать несколько моментов, которые часто проговариваются вскольз, либо вообще не упоминаются при разговоре о "ядерной альтернативе" ископаемым минеральным топливам. Стартанём собычных цифр и картинок, которые иногда гораздо более…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 142 comments