Термоядерная звезда в колбе жжёт сильнее Солнца

Два американских физика впервые замерили температуру в центре схлопывающихся пузырьков газа в жидкости. Полученные данные возрождают робкую надежду на пресловутый "термояд" в стакане. Правда, некоторые считают, что такой ядерный синтез давно осуществлён.

Впрочем, Кен Саслик (Ken Suslick) и Дэвид Флэнниган (David Flannigan) из университета Иллинойса (University of Illinois at Urbana-Champaign), которые подлили масла в огонь на этот раз, на термоядерный синтез и не замахиваются.

Но обо всём по порядку.

 

 

Явление сонолюминесценции известно давно. Суть его в том, что при прохождении ультразвука через жидкость (при ряде условий) волны плотности вызывают явление сродни кавитации – быстрый рост и стремительное же схлопывание миниатюрных пузырьков газа, растворённого в этой жидкости, либо – пара самой жидкости.

По некоторым данным, стенки этих пузырьков устремляются навстречу друг другу со скоростью до полутора километров в секунду, а ударная волна разогревает газ внутри до… Вот тут начинаются разночтения.

Некоторые экспериментаторы рапортуют о миллионах градусов и даже о достижении ядерного синтеза в пузырьках. Но споры вокруг таких "открытий" идут очень жаркие и не один год, заметим. Об этом чуть ниже, а пока – о новой работе.

Облако коллапсирующих пузырьков, испускающих свет, в эксперименте Саслика (фото с сайта nature.com).

Саслик и Флэнниган говорят, что сделали запись самых интенсивных вспышек света, когда-либо видимых в таких пузырьках (и видимых простым глазом) и впервые детально замерили всё, что происходило внутри.

Коллапсирующие пузырьки газа в их установке развивали температуру более 15 тысяч градусов Цельсия. При этом образовывалась плазма.

Исследователи использовали звуковые волны с частотой 20-40 килогерц, направленные на сосуд с концентрированной серной кислотой, содержащей аргон.

Сверхбыстрое колебание давления в жидкости вызывало рост и коллапс пузырьков. Их высокая температура была способна отделять электроны от их "родных" атомов.

Доказательство существования в сосуде плазмы заключается, в числе прочего, в обнаружении там ионизированных молекул кислорода (O₂⁺).

Некий процесс должен был удалить электрон из молекулы, не нарушая химическую связь двух атомов. Само по себе нагревание разбило бы молекулу на два отдельных атома, а значит, рассуждают авторы работы, кислород был ионизирован, когда столкнулся с электронами высокой энергии или другими ионами в горячем аргоновом плазменном сгустке.

Принцип сонолюминесценции (иллюстрация с сайта nature.com).

Почему аргон? Предыдущие подобные опыты проводились с водой и всегда "загонялись в угол" тем фактом, что большая часть энергии сонолюминесценции поглощалась молекулами водяного пара.

Но серная кислота намного труднее испаряется, чем вода, и потому пузырьки в установке Саслика содержали очень немного серной кислоты, а состояли почти полностью из аргона.

Аргон же практически не поглощает энергию – здесь нет химических связей, способных "ломаться" под действием температуры.

В результате коллапсирующие пузырьки выделяли в 2,7 тысячи раз больше света, чем аналогичные пузыри в воде.

Почему эта работа важна? Вернёмся немного назад. В 2002 году группа исследователей во главе с физиком Рузи Талейярханом (Rusi Taleyarkhan), работающим тогда в американской национальной лаборатории в Окридже (Oak Ridge National Laboratory), утверждала, что их аналогичный опыт с сонолюминесценцией сопровождался реакциями синтеза.

Кстати, в той работе принимал участие академик РАН Роберт Нигматулин. Он продолжает сотрудничать с Талейярханом и сейчас – в том же самом направлении.

Заметим, Талейярхан, также использовал не воду, а, если так можно сказать, "тяжёлый ацетон", то есть — ацетон, в котором все атомы водорода заменены на дейтерий.

Шум вокруг той работы закончился, всё же, непризнанием "синтеза в стакане" большинством коллег Талейярхана.

Пусть речь и не шла о скандальном "холодном термояде", который несколько лет назад не сходил с первых полос газет. Здесь-то были заявлены вполне "термоядерные" температуры. Правда, опять – на простом лабораторном столе, в "простой" пробирке. "Ну, как можно в это поверить?" – рассуждают иные оппоненты первооткрывателей.

Вот история и повторилась: ядерный синтез "в стакане ацетона" вроде бы был, но почему-то другие лаборатории, пытавшиеся повторить опыт – его не подтверждают.

Талейярхан, кстати, облучал свою установку ещё и нейтронами. И регистрировал вторичное излучение, как он утверждает, отличное от просто излучения отражённого. Да, а ещё он обнаруживал в установке тритий.

Схема установки Талейярхана (иллюстрация с сайта inventors.about.com).

Нейтроны нужны были вот зачем. Они влияли на рост пузырьков таким образом, что пузырьки образовывались очень маленькие – диаметром в нанометры, вместо микронов в других опытах с сонолюминесценцией.

Размеры-то были меньше, но зато скорость их схлопывания – многократно выше, соответственно – выше и температура, вплоть до той, при которой возможны реакции ядерного синтеза.

Рузи продолжает эти опыты и сегодня, говорит – усовершенствовал метод. Об этом, разумеется, знает и Саслик, но осторожно говорит, что его работа не подтверждает и не опровергает претензии Талейярхана на термояд в стакане.

Однако реакция синтеза, так или иначе, требует наличия плазмы – а опыт Саслика окончательно доказывает, что она в таких условиях образуется.

Команда Саслика использует сейчас акустическую кавитацию, чтобы проводить различные химические реакции. Учёный надеется увеличить количество энергии, выпущенной пузырьками плазмы, подбирая состав – разные смеси газов и жидкостей.

Так что, может быть, мечта о неограниченном источнике энергии из пробирки – не столь уж антинаучна.

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru