Мы воспроизводим некоторые экспериментальные данные. Скорости V 1 и V 2 (в долях c), задающие коридор предельно достижимых скоростей для данного типа иона, рассчитывались по формуле (5) – необходимые для этого значения энергий связи брались из [15], а также из базы данных портала NIST[16].
| Ссылка | Ион | Атомный номер | Т, МэВ | Т /нуклон, МэВ | Скорость, доли с | V 1 | V 2 |
| [8] | 12С4+ | 7.0 | 0.123 | 0.200 | 0.537 |
| [17] | 14N5+ | 7.5 | 0.127 | 0.172 | 0.510 | ||
| 16O5+ | 10.0 | 0.147 | 0.152 | 0.361 | |||
| 16O6+ | 11.3 | 0.156 | 0.152 | 0.612 | |||
| 20Ne6+ | 8.5 | 0.135 | 0.122 | 0.346 | |||
| 20Ne7+ | 11.3 | 0.156 | 0.122 | 0.354 | |||
| 32S10+ | 7.2 | 0.124 | 0.077 | 0.174 | |||
| 40Ar12+ | 7.2 | 0.124 | 0.069 | 0.176 |
| [18] | 20Ne8+ | 22.4 | 0.221 | 0.122 | 0.473 | ||
| [19] | 40Ca18+ | 6.6 | 0.119 | 0.062 | 0.487 | ||
| 58Ni54+ | 5.3 | 0.107 | 0.047 | 0.359 | |||
| 79Br27+ | 3.9 | 0.091 | 0.037 | 0.174 | |||
| 127I36+ | 2.8 | 0.077 | 0.025 | 0.071 | |||
| 150Nd38+ | 2.4 | 0.072 | 0.023 | 0.056 | |||
| 197Au40+ | 1.9 | 0.064 | 0.019 | 0.032 |
| [20,21] | C2+ | 14.0 | 0.174 | 0.200 | 0.257 | ||
| N2+ | 12.6 | 0.165 | 0.172 | 0.208 | |||
| O2+ | 8.0 | 0.131 | 0.152 | 0.174 | |||
| Ne3+ | 13.5 | 0.171 | 0.122 | 0.201 | |||
| Mg3+ | 7.9 | 0.130 | 0.102 | 0.189 | |||
| P4+ | 7.4 | 0.126 | 0.082 | 0.117 | |||
| Ar5+ | 8.0 | 0.131 | 0.069 | 0.099 | |||
| Ca5+ | 6.7 | 0.120 | 0.062 | 0.087 | |||
| Ti5+ | 5.5 | 0.109 | 0.057 | 0.077 | |||
| V5+ | 5.5 | 0.109 | 0.055 | 0.073 | |||
| Cr6+ | 6.8 | 0.121 | 0.052 | 0.088 | |||
| Mn6+ | 5.5 | 0.109 | 0.050 | 0.084 | |||
| Fe6+ | 5.3 | 0.107 | 0.048 | 0.080 | |||
| Co7+ | 7.0 | 0.123 | 0.048 | 0.064 | |||
| Ni6+ | 5.3 | 0.107 | 0.047 | 0.073 | |||
| Zn8+ | 6.2 | 0.115 | 0.042 | 0.059 | |||
| Ge8+ | 5.3 | 0.107 | 0.040 | 0.054 | |||
| Kr9+ | 6.0 | 0.113 | 0.036 | 0.041 |
| [22] | 14N5+ | 12.9 | 0.167 | 0.172 | 0.510 | ||
| 16O6+ | 19.7 | 0.207 | 0.152 | 0.612 | |||
| 22Ne6+ | 6.9 | 0.122 | 0.122 | 0.346 | |||
| 24Mg7+ | 8.0 | 0.131 | 0.102 | 0.226 | |||
| 28Si7+ | 6.4 | 0.117 | 0.088 | 0.187 | |||
| 40Ar9+ | 4.5 | 0.098 | 0.069 | 0.133 | |||
| 40Ar12+ | 12.6 | 0.165 | 0.069 | 0.176 | |||
| 48Ca11+ | 8.3 | 0.134 | 0.062 | 0.134 |
На основе этих результатов, мы приводим три диаграммы, в которых данные сгруппированы для слабой, средней и сильной ионизации.
Рис.3а,3б,3в. Рядом с экспериментальными точками указаны числа ионизации. Красные линии соединяют верхние и нижние значения коридоров предельно достижимых скоростей для данных типов ионов.
Как можно видеть, лишь при слабой ионизации достигнутые скорости – для ионов с атомными номерами больше 15 – систематически превышают предсказанные нами предельные значения. Но именно в этой области авторы [20,21] работали не на первой гармонике синхротрона, а на более высоких. Если допустить, что принятые ими значения скоростей ионов являются завышенными, соответственно, в два или в три раза, то согласие нашей модели с их скорректированными данными будет значительно лучше.
Обратим внимание: вышеприведённые данные характеризуют область скоростей (или энергий), далёкую от релятивистской, и мы доверяем им больше, чем данным из релятивистской области. Дело в том, что последние могут быть существенно искажены поправками на релятивистский рост энергии (или массы) – которого, судя по косвенным и прямым экспериментальным свидетельствам, нет в реальности (см. обзор [23]). Даже в выражении (1), на основе которого работают синхротроны, релятивистский корень описывает, на наш взгляд, не релятивистский рост массы, а ослабление магнитного воздействия на частицу по мере роста её скорости. Во всяком случае, в пользу модели кинематического освобождения атомарных электронов свидетельствует то, что, для разгона тяжёлых ионов до околосветовых скоростей, используется принудительная глубокая обдирка, которая предотвращает «самопроизвольные» потери ионов из пучка на этапах их резонансного ускорения. Конкретно, на Большом адронном коллайдере в экспериментах с ионами свинца применяется следующая схема. После первого каскада, линейного ускорителя, где ускоряются ионы Pb29+ [24], используются «две стадии обдирки: тонкая углеродная фольга на выходе Linac3, дающая ионы с некоторым разбросом чисел ионизации, среди которых ионы Pb54+ продуцируются с эффективностью ~16%; и алюминиевая фольга в линии PS-SPS, которая даёт пучок полностью ободранных ионов Pb82+ » [25]. Т.е., на ускорительном комплексе БАКа работают с ионами свинца, имеющими и промежуточные числа ионизации – но лишь на предварительных этапах ускорения, в субрелятивистской области. На главном же кольце, с околосветовыми скоростями движутся голые ядра свинца – об этом имеется множество свидетельств [26-30].
Добавим, что, по логике вышеизложенной теоретической модели, кинематическое освобождение атомарного электрона возможно при наличии у иона, как минимум, двух электронов. Ионам с единственным электроном, например, Ar17+, Pb81+, не грозит срыв резонансного ускорения из-за кинематического освобождения этого последнего электрона, и такие ионы, по-видимому, могут быть разогнаны до околосветовых скоростей, как и голые ядра. К сожалению, нам не удалось найти экспериментальные факты, на основе которых можно подтвердить или опровергнуть этот тезис.
Что касается коллективных методов ускорения ионов – в частности, через ускорение плотного электронного кольца, которое тянет с собой удерживаемое в центре облачко ионов [3,31] – то такие методы нечувствительны к потерям электронов ионами, поскольку здесь ускорение ионов является нерезонансным.
В целом можно сказать, что наша модель кинематического освобождения атомарных электронов находится в согласии с практикой ускорения тяжёлых многозарядных ионов.
Заключение.
Мы не претендуем на роль первооткрывателей феномена кинематического освобождения атомарных электронов – эмпирически, этот феномен проявился, похоже, ещё в середине ХХ века. Но поскольку этот феномен совершенно не укладывается в рамки ортодоксальных представлений, специалисты до сих пор помалкивают о нём.
Мы предложили теоретическую модель этого феномена, которая легко объясняет парадоксальные явления, имеющие место при ускорении тяжёлых многозарядных ионов. Практическая польза нашей модели заключается, на наш взгляд, хотя бы в том, что она позволяет рассчитывать предельно достижимые скорости для ионов того или иного типа – а, значит, и обдирку ионов выполнять на основе расчётов, а не методом эмпирического подбора.
Впрочем, открытое признание феномена кинематического освобождения атомарных электронов сильно ограничило бы полёт теоретических фантазий. В частности, рассказы о фотонных звездолётах – бороздящих космическое пространство с околосветовой скоростью – оказались бы дважды утопией. Ранее мы уже говорили, что утопична сама идея фотонного реактивного двигателя. Ведь, вопреки расхожим представлениям, эксперименты чётко свидетельствуют: свет не переносит импульс [14], поэтому свет не может обеспечить отдачу, порождающую реактивную тягу. Теперь мы добавляем: при скоростях, ещё далёких от околосветовых, из-за кинематического освобождения атомарных электронов звездолёт, а также всё живое на его борту, стали бы превращаться в облако плазмы. А поскольку, как мы постарались показать, в первую очередь должны освобождаться самые внутренние атомарные электроны, то, при торможении «звездолёта», его поджидала бы ещё одна неприятность – каскадные переходы электронов в свободные, самые сильно связанные состояния. Результирующее рентгеновское излучение убило бы на борту всё живое – если бы оно не погибло ещё при разгоне.
Мы говорим это на основе вышеприведённых экспериментальных фактов!
Автор благодарит Ивана, автора сайта https://ivanik3.narod.ru, и участников дискуссии на форуме https://live.cnews.ru - за любезную помощь в доступе к первоисточникам.
Ссылки.
1. Ю.Н.Сушков. Двигатели космических кораблей. «Военное издательство Министерства обороны СССР», М., 1962.
2. Бурдаков В.П., Данилов Ю.И. Ракеты будущего. «Атомиздат», М., 1980.
3. А.Н.Лебедев, А.В.Шальнов. Основы физики и техники ускорителей. Т.1. «Энергоиздат», М., 1981.
4. То же, Т.3. «Энергоатомиздат», М., 1983.
5. И.М.Капчинский. УФН, 132, 4 (1980) 639.
6. О.А.Вальднер, А.Д.Власов, А.В.Шальнов. Линейные ускорители. «Атомиздат», М., 1969.
7. Статья «Ускорители тяжёлых ионов»: https://femto.com.ua/articles/part_2/4181.html Она же: https://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/4989/%D0%A2%D0%AF%D0%96%D0%81%D0%9B%D0%AB%D0%A5
8. A.Goto. Review of high-power cyclotrons for heavy-ion beams. Proc. of CYCLOTRONS 2010, Lanzhou, China, p.9. Available at [9].
9. https://www.jacow.org/index.php?n=Main.ProceedingsAsia
10. D.Dinev. Processes in high-energy heavy-ion acceleration. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 40, 2 (2009) 496.
11. G.Frick, V.Chaki, B.Heusch et al. Stripping experiments in carbon foils with heavy ions in the energy range of 0.4-0.9 Mev/A. Available at [9].
12. Y.Yano, A.Goto, T.Katayama. Overview of RIKEN RI beam factory project. Proc. of the 15th International Conference on Cyclotrons and their Applications, Caen, France, p.696. Available at [9].
13. А.А.Гришаев. Феномен сфер непроницаемости в атомах.
14. А.А.Гришаев. Книга «Этот «цифровой» физический мир». М., 2010.
15. К.У.Аллен. Астрофизические величины. «Мир», М., 1977.
16. https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/ionEnergy.html
17. C.Mallik, G.Pal, P.Y.Nabhiraj et al. Heavy-ion acceleration using 224 cm cyclotron at Kolkata. Proc. of APAC 2004, Gyeongju. Korea. p. 64. Available at [9].
18. R.A.Gough, D.J.Clark, L.R.Glasgow. Recent developments in high charge state heavy ions beams at the LBL 88-inch cyclotron. Proc. of 8th International Conference on Cyclotrons and their Applications, Bloomington, Indiana, USA, p. 2164. Available at [9].
19. D.K.Olsen, G.D.Alton, S.Datz et al. The HISTRAP proposal: heavy ions storage ring for atomic physics. Proc. of the 11th International Conference on Cyclotrons and their Applications, Tokyo, Japan, p.134. Available at [9].
20. R.Ts.Oganessian. Heavy-ion cyclotrons development in JINR. Proc. of the 11th International Conference on Cyclotrons and their Applications, Tokyo, Japan, p.566. Available at [9].
21. Yu.Ts.Oganessian, G.G.Gulbekyan, B.N.Gikal et al. The recent status and perspectives of development of the JINR laboratory of nuclear reactions heavy ions accelerators. Proc. of the 10th International Conference on Cyclotrons and their Applications, East Lansing, Michigan, USA, p.317. Available at [9].
22. C.M.Lyneis. Operational performance of the LBL 88-inch cyclotron with an ECR source. Proc. of the 11th International Conference on Cyclotrons and their Applications, Tokyo, Japan, p.707. Available at [9].
23. А.А.Гришаев. Линейный ускоритель: очевидные свидетельства об отсутствии релятивистского роста энергии. – Доступна на данном сайте.
24. D.Manglunki, M.E.Angoletta, P.Baudrenghien, et al. Ions for LHC: performance of the injector chain. Proceedings of IPAC2011, San Sebastian, Spain. Available at [9].
25. https://www.staff.uni-mainz.de/othegrav/Atlas/Atlas-CERN/lhcDesignReport/LHC_DRV3/Vol_3_Chapter_33_v4.pdf
26. https://www.ipac2011.org/pre_press/TUPZ007.PDF
27. https://www.researchgate.net/publication/258097545_Measurements_of_heavy_ion_beam_losses_from_collimation
28. https://www.ep.ph.bham.ac.uk/exp/LHeC/papers/ICFA-Newsletter58.pdf
29. https://www.citeulike.org/user/vschoefer/article/7795951
30. https://lss.fnal.gov/archive/2009/pub/fermilab-pub-09-367-td.pdf
31. В.П.Саранцев, Э.А.Перельштейн. Развитие коллективных методов ускорения ионов в ОИЯИ. - https://wwwinfo.jinr.ru/publish/Books/veksler/19.pdf