www.ASTROLAB.ru

ASTROLAB.ruСтатьиО побочном событии в лабораторном эксперименте [Часть 1]
ГлоссарийФото космосаИнтернет магазинКосмос видео



О побочном событии в лабораторном эксперименте [Часть 1]
Версия для печати



"…ситуация требует все энергичней обращать прежний порядок явлений: в предыстории практика, естественно, опережала теорию, ныне же теория обязана провидеть пути практики, ибо за всякое невежество, проявленное сейчас, человечеству придется дорого заплатить потом".
Станислав Лем. Сумма технологии. Предисловие

В исследовании частных приложений ОТО экспериментальная физика значительно опережает теоретическую, которой все чаще приходится объяснять причины расхождения своих предсказаний с результатами практического опыта.

Еще труднее прогнозируются результаты лабораторного моделирования состояний сингулярности эпохи Большого Взрыва, в которых для выравнивания всех трех констант ядерных взаимодействий требуется достижение сверхвысоких энергий, соответствующих началу гравитационной фазы в рамках инфляционного сценария эволюции Вселенной. Своего подтверждения при помощи сверхмощных ускорителей заряженных частиц требуют и другие постнеклассические "суперидеи" строения Вселенной - суперсимметрии, супергравитации, суперструн и т. д.

Такое взаимоотношение теории и эксперимента не может оставаться терпимым, как не может и длиться бесконечно, потому что экспериментальная физика ввергла человечество в ситуацию, при которой любой пуск современного ускорителя заряженных частиц может закончиться синтезом сверхтяжелого вещества (или состояния материи), находящегося по отношению к ядерному оружию на более высоком уровне, чем атомная бомба в сравнении с каменным топором.

Курчатов и Оппенгеймер, Сахаров и Теллер имели в своем распоряжении десятилетия для осмысления результатов изобретения атомной и водородной бомб, мы же должны понять и правильно оценить сущность очередного изобретения до наступления события, под горизонтом которого свернется и исчезнет само понятие времени.

Более 50-и лет продолжается напряженное соревнование между ядерными центрами Дубны, Ливермора, Лос Аламоса, Беркли, Дармштадта (GSI, THD), ЦЕРНа и других лабораторий (список прилагается) в синтезе ультрахолодных нейтронов и сверхтяжелых трансурановых элементов. Лаборатории развиваются, оснащаются мощной техникой и требуют новой сложной работы. Нобелевский комитет выдал премию за создание нейтронного лазера, готовится расфасовка ультрахолодных нейтронов по бутылкам, словно в лабораториях высоких энергий варится пиво.

Соревнование лабораторий вышло за рамки задач прошлых лет (синтез СТЭ) и вплотную приблизилось к барьеру Великого Объединения. Качественный скачек в изучении атомного ядра назрел.

Неблагоприятный прогноз основывается на том, что ядерная физика находится на острие научно-технического прогресса, а прогресс, как известно, неостановим. Экстраполяция темпов развития техники экспериментов на ближайшее будущее убеждает в неизбежности логически закономерного, хотя и непреднамеренного уничтожения единственной обитаемой планеты Солнечной системы.

Это может случиться из-за так называемого деконфаймента, когда полученное в лаборатории нейтронное вещество с плотностью атомного ядра (2,8х1014грамм/см3) начнет присоединять к себе атомарное и молекулярное вещество нашей планеты безостановочно.

Во всяком случае, астрофизика не предполагает мирного сосуществования обычного вещества и нейтронного, тем более - "чернодырочного".

Неожиданный деконфаймент может случиться как в самом процессе генерации сверхплотных пучков нейтронов, так и при попытке получении макроскопически ощутимого количества жидкой фазы путем конденсации или замораживания газообразных нейтронов.

Вольный или невольный, закономерный или случайный, ожидаемый или побочный деконфаймент или коллапс частицы земного вещества подготовлен материальной базой научных исследований и приходится лишь удивляться тому, что до сего дня еще не получен этот конечный продукт эволюции звезд.

Таким образом, перед наукой ставится вопрос, какой никогда еще не возникал: может ли она (наука) не открывать того, что открывать опасно? - В состоянии ли экспериментальная физика умерить свои амбиции и дать время для размышлений теоретикам? - Или по заведенному обычаю мы должны принимать всякое изобретение, каким бы кошмаром оно ни обернулось потом?

Оснований для беспокойства накопилось предостаточно.

Первое. Научные журналы последних двух лет переполнены сообщениями о синтезе нейтроноизбыточных экзотических и супердеформированных ядер, состоящих из нескольких протонов и большого числа нейтронов, а также о достижениях в области производства, накопления, хранения и перемещения ультрахолодных нейтронов (УХН) из сосуда в сосуд.

Ультрахолодные нейтроны генерируются криогенными реакторами или СВЗ (спектрометрами по времени замедления) в виде импульсных пучков высокой плотности, в которых нейтроны летят очень медленно (менее 10 м/с), благодаря чему резко (примерно в 10000 раз против показателя быстрых нейтронов) увеличивается сечение захвата их ядрами облучаемого вещества.

Качественный скачек в области производства сверхплотных пучков УХН (S=6•1015нейтрон/с) ожидается в момент пуска строящегося в Институте ядерных исследований РАН Большого СВЗ на базе линейного ускорителя протонов Московской мезонной фабрики. Масса используемого для получения УХН сверхчистого свинца (Pb=99,99%) на этом СВЗ составит более 100 т. Аналогичные эксперименты проводятся в ЦЕРНе, где работает новый источник нейтронов n-TOF, а также на реакторе ИЛЛ (Гренобль), в Гатчине (система ПИЯФ-Гнейс и реактор "ПИК"), в Карлсруэ, Пекине, Ок-Ридже и во многих других лабораториях (приложения).

Все современные проекты источников нейтронов связаны с протонными ускорителями - циклическими и линейными. В настоящее время в мире разрабатываются три очень крупных проекта: Европейский проект суперисточника (ЕSS), аналогичные проекты реализуются в США и Японии. Эти проекты ориентированы на нейтронпроизводящие мишени средней мощностью 1-5 МВт.

В Дубне эксперименты с УХН осуществляются на реакторе ИБР-2 (который планируется заменить на ИБР-2М) и бустере ИБР-30, вместо которого вводится в эксплуатацию более мощный Источник Резонансных Нейтронов - ИРЕН, где плотность импульсного пучка нейтронов достигнет 1•1015нейтрон/с.

Со времени открытия нейтрона Чедвиком подмечено, что ядра первого десятка элементов периодической системы Менделеева содержат нейтронов столько же, сколько и протонов, а последнего - в 1,5 раза больше.


Рис. 1. Кривая распространенности элементов

Слишком сильная зависимость содержания нейтронов в ядре от его атомной массы определенно предостерегает от деконфаймента. Эта зависимость предупреждает о существовании критического барьера, за которым ядра легких элементов будут самопроизвольно ассимилироваться компактной массой нейтронного (гиперонного) вещества.

Нейтроны любой энергии могут легко проникать в ядро, потому что им не нужно преодолевать барьер кулоновского отталкивания, следовательно, и ядра легких элементов будут беспрепятственно падать (аккрецироваться) на нейтронное вещество. Маломощная электронная оболочка легких ядер не защитит земное вещество от нейтронного коллапса, потому что релятивистскую скорость снаряда-ядра заменит масса ультрахолодной нейтронной мишени или капли, при этом сечение захвата перестанет иметь какое-либо значение.

Красная кривая с двойными (r- и s-) пиками соответствует нейтроноизбыточным изотопам, зеленая (p) - протонообогащенным; Ю.Э.Пенионжкевич.

(Шкала массовых чисел более 200 и вопросительные знаки добавлены мною - Г.В.).

Имеются сведения о том, что нуклоны вообще и нейтроны - в частности, могут находиться в парообразном, твердом или жидком (ферми-жидкость) состоянии, т.е. испытывать фазовые переходы.

Какое из этих состояний находится ближе к цепной реакции деконфаймента и какая масса потребуется для самопроизвольной аккреции земного вещества на нейтронное - миллиарды тонн, или же достаточно 300-400 частиц, слитых или замороженных в одной капле, - лучше было бы подсчитать теоретически, чем испытать на практике.

Судя по тому, что при охлаждении нейтронов резко увеличивается сечение захвата, наиболее опасным состоянием следует считать конденсированное.

На графике распространенности химических элементов во Вселенной (рис. 1) видно, что среди элементов тяжелее железа протонообогащенные изотопы встречаются все реже, а кривая распространенности нейтроноизбыточных резко поднимается вверх и обрывается на краю диаграммы (нижняя правая часть рисунка). Железный пик в центре графика отвечает химическому составу планет и, возможно, звезд (10.01.02 г. по всем информационным каналам TV сообщалось как о сенсации об открытии американским астрофизиком Оливером Меньюлом железного состава нашего Солнца).

Вообще-то этот рисунок, как и следующий далее (Оганесяна) типичен для современной физики своей недосказанностью. - Если график претендует на характеристику вещества всей Вселенной, а не только земной коры и Солнца, то хотя бы 10% видимого (барионного) вещества Вселенной нужно разместить правее отметки 200 а.е.м.

Вместо анализа причин появления "ножниц" в правой части графика и прогноза свойств более тяжелого, чем уран и торий, вещества, рисунок обрывается на самом интересном месте, будто исследователя ничуть не интересует то, что находится за правой рамкой рисунка.

Между тем, обрыв кривой определенно указывает на невозможность существования вещества в молекулярном виде (с протонами внутри ядра и электронными оболочками снаружи) при массе свыше 300-400 а.е.м. Известно, что всякая кривая линия отображает собою ту или иную функцию, которую можно исследовать заданием аргументу экстремальных значений, а если это не проясняет сущности сложного по форме графика, то можно вычислить производную этой функции, а то и две. По крайней мере, горизонтальную ось массовых чисел Пенионжкевич мог бы нарисовать как угодно длинной, - до +∞, и тогда при массе ядра свыше 400 а.е.м. его кривая красного цвета пронижет область стабильных нейтронных звезд, а при М=3М0войдет в черную дыру и там останется (или вернется обратно к нулю через -∞).

Таким образом, если и существует во Вселенной пригодный для органической жизни "остров стабильности", то это изображенный на картинке Пенионжкевича узкий интервал атомных масс - железоникелевый гвоздь, на острие которого покоится наш мир. За пределами железного пика тоже имеются долговечные скопления материи в виде звезд: влево от "гвоздя", - там, где в одном месте скапливается большое число протонов - загораются обычные звезды; вправо - в области преобладания нейтронов, господствует скрытое состояние материи в виде нейтронных звезд и черных дыр, которые не терпят присутствия "рыхлого электронного" вещества.

Во все времена и во всех лабораториях мира случались аварии, пожары, взрывы, бесконтрольные течения реакций и множество неприятных побочных эффектов, но возможный пожар земного вещества, если он вспыхнет в лаборатории какого-нибудь НИИ, загасить будет нечем.

Как известно, черные дыры (ЧД) действуют как ЧК или полиция в засаде: "всех впускать, никого не выпускать", поэтому никакой огнетушитель при таком ЧП не поможет. Аналогичный эффект следует ожидать и от нейтронного вещества - от сверхтяжелых нейтроноизбыточных изотопов.

Естественное желание экспериментатора получить весовые количества конденсата УХН при нынешнем состоянии лабораторной базы может в любой день и час легко осуществиться, как осуществлялось у множества ушедших в небытие иных миров.

Вручая Государственные премии исследователям УХН из ЛНФ ОИЯИ, ПИЯФ РАН и РНЦ КИ "За разработку и развитие методов структурной нейтронографии по времени пролета на импульсных и стационарных реакторах", бывший Председатель Правительства РФ Е.М. Примаков обязался не пожалеть финансов для развития "прорывных" исследований и технологий.

Но "прорывы" появляются только в ослабленных зонах.

Где тонко - там и рвется.

Настойчиво расковыривая ядро, можно проковырять его до "дырки". Тогда и случится такой "прорыв", какого не ожидает Примаков.

Опасность вероятного "прорыва" заключается не в самом атоме (ведь он такой маленький!), а в том огромном и могущественном, что за ним скрывается.

Другая сенсация последних двух лет - синтез элементов №114 и 116 в Дубне, также указывает на превосходство лабораторного эксперимента над всем, что умеют делать звезды, даже сверхновые. Известно также о синтезе в Беркли последнего элемента таблицы Менделеева - №118, однако авторам эксперимента пока не удается воспроизвести результат повторно.

Происхождение ядер сверхтяжелых элементов до сего дня объясняется взрывами сверхновых звезд, при этом началом и причиной процесса считается коллапс звезды, а следствием и результатом - взрыв и синтез. Так, на 11-й вопрос американских физиков "Как возникли химические элементы тяжелее железа (уран и пр.)?" В. Липунов ответил следующее:

"Ответ более менее известен - тяжелые элементы возникли при вспышках сверхновых звезд, когда гравитационная энергия коллапсирующего звездного ядра идет на образование тяжелых атомных ядер. Неясны детали. Проблема не фундаментальная (выделено мною - Г.В.) и вполне может быть решена в 21 веке".

Однако позволим себе согласиться с американскими физиками в том, что проблема эта не только фундаментальная вообще, но и критически важная для конкретного, - современного этапа развития земной цивилизации. Если выяснение деталей можно отложить на конец 21-го века, то "более-менее известные" ответы на вопросы принципиальной важности не являются той платформой, на которой может базироваться экспериментальное моделирование космических процессов и событий. Переносить с небес на землю фрагменты грандиозных и малоизученных процессов по меньшей мере неразумно, хотя можно было бы назвать это и преступлением, если бы существовал закон об охране планет земной группы.

Уязвимость этой теории допускает иное толкование: первопричиной был синтез сверхтяжелого ядра, а затем последовал его коллапс, аккреция вещества звезды на зародыш черной дыры и сброс внешней оболочки.






??????.???????