Возбуждение механизма фазовых переходов высших порядков

Упоминавшиеся ранее условия существования высокотемпературных систем, например: звезд Главной Последовательности, свидетельствуют о том, что существуют механизмы преобразования одних элементов в другие с положительным энергетическим и отрицательным балансом. Например, Солнце, теряя ежесекундно до 4,0 млн.т вещества, сможет существовать не менее 25 млрд.лет, так как убыль восполняется поступлением энергии извне, эквивалентной 2...3 млн. т/с. По свидетельству астрофизиков, основным рабочий элементом в недрах Солнца является водород, т.е. основная часть излучаемой Солнцем энергии - это энергия протон--протонных взаимодействий, т.е. распада нейтронов с интенсивным выбросом электронов, протонов, нейтрино и квантов энергии. Попутно, по мере снижения температуры среды, в результате процесса К-захвата восстанавливаются дейтоны водорода с последующим их объединением в дейтоны гелия с нейтрализацией излишнего положительного заряда свободными электронами до устойчивого состояния. Схема процессов показана на рис.7.

Продолжая циклы процесса, приходим к выводу о вероятности образования дейтонов углерода (7,31x10^-3), азота (6x10^-4), кислорода (6,4х10^-3), кальция (2,2x10^-4), серы (4,32х10^-5) и т.д. Однако наличие других элементов в короне Солнца свидетельствует о протекании процессов образования нуклонов и нуклон-электронных образований по описанному же механизму, но с разным числом нейтронов и протонов (). Следовательно, существует процесс энергообмена, когда веществом испускаются протоны как имеющие излишек количества движения (образование лития из гелия - процесс "вспять" с жестким излучением). Этот процесс, по всей вероятности, в природе осуществляется чаще, чем противоположный с 0-захватом и укрупнением дейтона. Это связано с затратами энергии, т.е. противоречит одному из основных принципов физики - экономии движения. Однако процесс имеет, водимо, место, так как результаты экспериментов показывают наличие в конечных продуктах тяжелых элементов - золота, платины, ртути, свинца, олова и т.п.

 

 

 

Рис.7. Схема протон - протонного взаимодействия в недрах Солнца

 

По схеме рис. 7 механизм взаимодействия частиц проявляется в виде сильных взаимодействий на всех стадиях фазовых переходов и электромагнитных, начиная с преобразований в зоне образования гелиевой среды. 0-захваты отнести к этому веду взаимодействия было бы неверно, так как это - сильное взаимодействие, при котором протон поглощает орбитальный электрон через гравитационный и гиртропический барьеры дейтонной системы.

Но каковы механизмы возбуждения процессов взаимодействия?

Где тот спусковой механизм, при срабатывании которого начинается энергообменный процесс? На поставленные вопросы ответа пока нет.

Для третьего фазового перехода - начала ионизации - характерна, видимо, термическая ионизация, наблюдаемая в электрическом разряде в газах. В этом случае кинетическая энергия столкновения частиц (или частиц и электронов) превращается, в работу ионизации , где - потенциал ионизации.

Однако проще вычислить энергию ионизации по формуле [27]

 

 

где Т_и, Е_и - температура и энергия ионизации соответственно. Для термической ионизации можно положить, что . Комбинируя, получим:

(39)

где пре дельная ско рость электрона по Вяльцеву, определится как

, а с учетом относительности движения электрона
и иона , т.е. для определения
температуры ионизации, а значит и энергии ионизации Е_ц, получаем сложное трансцендентное уравнение. При этом степень ионизации определится уравнением робертсоновского роста скорости степени ионизации

,

где t - время.

Время одного акта ионизации определится по уравнению Гартера-Казимира [51] '

(40)

.

где с - период колебания электрона около положения равновесия при нормальных условиях; Т_о - Скорость подъема температуры при этом определится из уравнения

, (41)

где - тепловой эквивалент тока разряда;

- радиус токового канала;

- напряженность электромагнитного поля, удерживающего электрон в плазменном

потоке.

Для четвертого и пятого фазовых переходов ионизация осуществляется со всех орбит, в том числе частично с , оголяя дейтон. В этом случае приведенные для третьего фазового перехода зависимости только частично могут дать представление об энергетике переходов при разрушении промежуточных электронных оболочек.

Исследования ряда ученых [52-57] показывают, что энергия излучения электронов внутренних орбит при их разрушении подчиняется закону Планка

, что предполагает импульсное введение энергии в систему [58].

Последнее связано с решением вариационной задачи потока вида , откуда вытекает волновое ударное уравнение:

,

разрешимое при условии:

.

Решение последнего в неравновесных квадратурах [15] сводится к системе экспоненциальных функций вида:

, (42)

дающих, в общем случае, точное решение для 4-5 фазового перехода, при которых происходит только усвоение энергии (частично - выделение при О - захватах).

Таким образом, получается довольно стройная система ударновращательного механизма возбуждения фазовых переходов до шестого, в рамках которого механизм протекания перехода связан с О-захватами, полным разрушением самой устойчивой - оболочки, в результате чего в дейтоне (нуклоне) развиваются протон - протонные взаимодействия. Последние - раскалывают дейтон (или нуклон), давая тем caмым возможность образования более легких элементов и выделения энергии связей протон - нейтрон - нейтрино – квант - фотон). Это можно записать уже на уровне элементарынх частиц. Так, высвобождаемая при О-захвате энергия может быть оценена в виде суммы энергии электрона, энергии антинейтрона, фотона , разрыва связи между нейтроном и протоном; отталкивание протона от соседних и т.д. Эта сумма может быть оценена как:

,

где - масса и скорость образовавшихся дейтонов.

 

Для последнего фазового перехода наличие дейтонов маловероятно, поэтому сумма , а сумма переходит в , предопределяя спонтанное пpeвращение вещества в излучение, т.е. это атомный взрыв.

 

Согласно изложенному, при высоких температурах, определяемых атомным взрывом, легче всего ионизируется атом водорода, при распаде нейтрона которого полностью высвобождается энергия дейтона водорода. На этом основан эффект термоядерного заряда. Но достижение его традиционными методами вряд ли возможно, так как доведение энергии элементарных частиц до баснословно больших величин, т.е. безмерное увеличение их массы (по законам относительности), при уровне развития техники XXI века вряд ли осуществимо. Кроме уровне развития техники XXI века вряд ли осуществимо. Кроме того, весьма сложная задача - удержание плазмы элементарных частиц в течение хотя бы доли секунды в стационарном состоянии - до настоящего времени не решена.

 

3.3 Получение и удержание плазмы в некотором объеме пространства

 

Плазма как особое состояние вещества изучается давно. В настоящее время она нашла достаточно широкое применение в науке и технике [59] благодаря использованию электротехнических устройств (плазмотронов) и диспергированных веществ. Однако, несмотря на существенные достижения в этой области, до настоящего времени попытки реализации управляемых термоядерных реакций не увенчались успехом в основном из-за отсутствия работоспособных идей стабилизации потока высокотемпературной плазмы.

Современные технологические процессы, основанные на использовании фазовых переходов первого, второго и частично третьего рода весьма инерционны и в большинстве своём существенно ограничены по скоростям тепло- и массопереноса. Несоответствие структурно-временных и особенно энергетических состояний материальных объектов в макро-и микромире не позволяет создать управляемые процессы на стадии переходов высших порядков. Кроме того, нет материалов с огнеупорностью, превышающей температуры ионизации вещества для создания рабочего пространства, и поэтому разработанные способы, методы, технологии, позволяющие осуществить высокотемпературные плазменные технологии с использованием имеющихся материалов, основаны на использовании водоохлаждаемых элементов, что имеет своим следствиям увеличение потерь теплоты и, следовательно, низкие КПД. Этому же способствует большая энергетическая инерционность обрабатываемых плазмой материалов. Так, нагрев металла во времени описывается уравнением:

,

в котором основные характеристики (температуропроводность a, теплопроводность λ, теплоемкость c и др.) обусловливают низкие скорости усвоения теплоты материалом, т.е. они имеют огромное тепловое сопротивление, уменьшить которое невозможно при сохранении их компактности. Если же процессы вести на уровне пятого и шестого переходов, когда любой материал превращается в высокотемпературную плазму, скорость усвоения теплоты увеличивается в 10² - 10³ раз.

Этому же способствует выделение энергии внутри плазменного потока, так что скорость подвода энергии извне оказывается не определяющим фактором тепломассопереноса.

Более того, выделяемая в процессе энергия должна быть усвоена (или излучена в окружающую среду) за время τ ˂ τ_э т.е. за время, меньшее периода колебания электрона. В противном случае ионизация материала не будет происходить. Следовательно, с? Это же, следует и из решения экспоненциальных энергофункций (42) на уровне спектрального обобщения последних по ряду лептонов [62,63]:

(43)

где - число лептонов в элементе;

Е - общий энергобаланс ионизации элемента по (42).

Этот же результат может быть получен по (40) с учетом круговых процессов:

(44)

или, заменяя логарифм через обратные гиперболические функции:

Из изложенного ясно, что обеспечение требуемой скорости процесса фазовых преобразований порядка выше третьего - это задача концентраций энергии и усвоения с высокой скоростью. Но продукты ионизации материала при этом получают существенные ускорения, определяемые скоростью усвоения энергии..

Если принять, что единица объема вещества усвоила количество энергии, пропорциональное числу частиц - атомов, то эта величина запишется как

(45)

где N_A - число Авогадро для числа частиц в одном моле вещества.

Эту энергию, накопленную, системой, необходимо сохранить или в некотором объеме или на некотором пути , т.е. обеспечить струйное течение плазмы (любой!) или сохранение ее при неизменном объеме. И в том, и в другом случае необходимо, видимо, каким-то образом локализовать канал передачи или объем плазмы.

На практике удержание плазмы производится магнитными полями, в которых развиваемое полем противодавление обжимает плазму в шнур или в некоторый объем, согласно конфигурации поля.

Энергия магнитного давления, противостоящая давлению плазмы, может быть оценена формулой:

E _M =SH²/8 π, (46)

где ; ; ; H = I /(2R);

n - число витков соленоида;

I - ток в соленоиде;

R - радиус витка;

S - площадь сечения.

Для того, чтобы плазменный поток хотя бы сохранял начальную форму, необходимо, чтобы

E _M ≥E (47)

а для обжатия потока (объема) на 10-20 %:

E _M =2,5E (48)

Достижение подобной энергии обжатия возможно путем использования мощных многовитковых сильноточных магнитных систем с . Многочисленными исследованиями [50,51,64-67] найдены специальные сплавы для магнитопроводов, разработаны их конструкции, однако надежные результаты по удержанию плазменного шнура пока не получены.

Использование плазмы целесообразно в технологиях получения расплавов, порошков различных элементов реиспарением из паровой фазы, т.е. работа должна вестись в рамках третьего-пятого фазовых переходов,

Изучая энергетику фазовых переходов высших порядков, установлена возможность стабилизации (удержания) плазмы в заданном объеме, используя некоторые специфические явления вокруг источника сверхбыстрого (импульсного) электрического разряда.

Электротермическое разрушение материалов, горных пород [68,69], электроискровая и т.п. обработка металлов и ряд других процессов, связанных с электрическими разрядами в твердых телах, жидкостях, газах уже давно доказали возможность и относительно высокую технологичность производства точечного разряда мощного источника тока.

Электроразрядные процессы в среде, по Круглицкому [69], образуют в эпицентре разряда ударные волны, распространяющиеся в среде со скоростью

,

где - модуль упругости, - плотность среды, т.е. распространение ударного импульса в среде происходит по законам упругости со скоростью распространения упругой продольной волны колебаний акустического диапазона [70]. Кроме того, установлены большие технологические возможности динамики акустических колебаний [70-73].

Длительность разряда, оцениваемая по [69.] как

где τ ₀ определяется как время релаксации среды .
- диаметр зоны, в пределах которой развивается разряд и достигаются деформационные напряжения , превышающие прочность среды, т.е. это диаметр зоны, на поверхности которой должна концентрироваться энергия . Тогда .

За пределами поверхности с требуемой степенью плазмообразования (равно - ионизации) среда может считаться сплошной электропроводящей, так как за пределы зоны ионизации неионизированные компоненты выбрасываются из реакционного объема.

С другой стороны, ,

где - напряжение разряда;

с - емкость конденсаторов (вернее – конденсирующей системы).

 

Из приведенных соотношений можно заметить, что при стабильном напряжении разряда порядка 0,5 кВ для полной ионизации и разрушения нуклона на отдельные части - дейтоны сила тока должна быть не менее 25 кА/мм², а при работе с тяжелыми средами (расплавами металлов) - не менее 50 кА/мм². Развивающиеся при этом давление и температура в разрядной зоне достигают порядка 10⁴...10⁶ МПа и 10⁷ …10⁸ К, чего достаточно для возникновения потоков заряженных частиц с токами порядка 10⁵...10⁶ А и более. При размещении реакторного объема между двумя электродами, запитанными от источника с не менее U= 10 В и I = 25...50 А/мм², между электродами, размещенными в потоке материала, возникает сверхпроводящее состояние. Ток свехпроводимости управляется как вводимой в реактор энергией от источника и батареи конденсаторов, так и вариацией параметров реактора и электродов и другими параметрами. В зависимости от этих параметров поверхность сверхпроводящего потока изгибается, принимая форму гиперболоида вращения. Поток заряженных частиц в реакторном объеме под действием электромагнитного потенциала разделяется: электроны - в одну сторону, ионы - в другую. Первые из них образуют электроток в рабочей среде, а ионы -контрток. Конечно, с ионами движутся и осколки нуклонов - дейтоны, которые, рекомбинируя по схеме К-захватов, восстанавливаются до элементов. Но попутно ионные заряды (положительно заряженные дейтоны и протоны) выполняют роль индуктора, генерируя, вместе с потоком электронов вокруг реакторного объема магнитное поле, обжимающее среду между торцами электродов. При этом обжатие среды при определенных условиях превышает прочность электронных оболочек и связей между группами дейтонов в протон-нейтронных группировках [45].При непрерывной подаче напряжения на электроды процесс сверхпроводимости от начального импульса сохраняется вследствие обжатия среды магнитным полем, отстающим от тока на полупериод. Таким образом, после разряда процесс продолжается автомодельно, т.е. положение плазменного объема оказывается стабильным. Так как размеры частиц, поступающих в реакционную зону, достаточно малы, то процесс практически непрерывен. Вариация токов разряда и стабилизации изменяют параметры процесса и,следовательно, химический и гранулометрический состав получаемых при этом элементов,

В итоге в реакционной зоне имеется большая вероятность реализации следующих дейтонных превращений:

 

Схема преобразования дейтонов показана на рис.8.

 

Рис.8. Схема преобразования элементов

 

4. Основы дейтонной технологии

Любая технология - следствие и функция энергетики.

Мускульная энергия доисторического периода развития человечества обусловила лишь интенсификацию физического труда и соответствующей технологии, пришедшая на смену этой первобытной энергетике гидравлическая энергия создала первые начала механизации труда и транспорта, явилась основой резкого увеличения производительности, снижения себестоимость и, самое главное, дала толчок появлению новых, ранее невозможных и немыслимых технологий.

Этот процесс многократно усилился при освоении процессов использования энергии пара, из химической анергии органического топлива, что дало начало первой промышленной революции, определившей триумфальное развитие цепного процесса возникновения и совершенствования технологий, в том числе и энергетических.

В результате в конце XIX в, родилась электроэнергетика, развитие которой в середине XX в. неизбежно привело к возникновению атомной энергетики, в недрах которой уже зреет новая - термоядерная.

Основой современных и будущих технологий являетсяэлектроэнергетика, в основе которой находятся те или иные электротехнические процессы, приборы, агрегаты и аппараты.

Однако триумфальное шествие электроэнергетики с середины XX века осложнилось основными недостатками технологии производства электроэнергии: низкий КПД (0,3...0,4) как результат больших потерь на превращение энергии пара в электрическую и негативный экологический эффект как следствие использования экологически вредных технологий добычи, транспорта и переработки органического топлива и превращение его химической энергии в энергию пара.

Разнообразные попытки устранить эти недостатки (создание МГД - процессов и установок получения электроэнергии, сооружение АЭС, водородная энергетика и т.п.) оказались, к сожалению, неэффективными по негативным экономическим, но более всего - по экологическим эффектам.

Назрела очевидная необходимость поиска новых альтернативных источников энергии.

Одним из таких источников является энергия структурных (фазовых) превращений.

Как видно из изложенного выше, основным отличием этой энергии является не только то, что это энергия электрическая (90 %) и тепловая (10 %), а то, что ее генерация осуществляется одновременно с таким преобразованием веществ, которое по сути своей является целью многих, главным образом металлургических, технологий, т.е. по своим результатам любой процесс и агрегат получения энергии структурных переходов,, является энерготехнологическим.

Наиболее общая классификация этих процессов и агрегатов (дейтонных технологий) представляется следующей:

1. Электротеплоэнергетическая - для получения, главным образом, электрической энергии и теплоты, в качестве побочных продуктов полиметаллических порошков, чистой воды и тяжелой воды. Основное сырье: минерализованные природные воды, в том числе морская и океаническая;

2. Энергометаллургическая - для получения полиметаллического порошка и компактирования его в готовую металлопродукцию на основе ипользования получаемой при этом электроэнергии и теплоты.

Исходное сырье - водно-минеральная смесь (пульпа, шлам), получаемая при деструкции горных пород, в том числе и каустобиолитов электроимпульсными или плазменными установками. Побочный продукт - тяжелая и чистая вода, избыток теплоты и электроэнергии.

3. Энерготранспортная - энергетические установки транспортных средств: автомобилей, тракторов, кораблей и самолетов, оборудованных электродвигателями, а также любых передвижных технологических установок: горно-металлургических, строительных, сельскохозяйственных и т.п." комбайнов, в том числе роботов. Побочные продукты - полиметаллическкй порошок, подлежащий сбору, и утилизации, чистая вода или пар.

4.Энергоэкологическая – для очистки отработанных газообразных выбросов, вод, стоков промышленных предприятий от всех видов вредностей и их утилизация в виде полиметаллического порошка.

Основным элементом этих электротехнологических систем, основанных на дейтонной технологии, является агрегат «ЭНЕРГОНИВА», принципиальная схема которого приведена на рис.9

 

Рис.9. Принципиальная схема агрегата ЭНЕРГОНИВА

Исходный материал ИМ (водно-минеральная смесь с температурой t₀) насосом 1 подается в реактор 2, в центральном узле которого с помощью электроимпульсного генератора 3 создается плазменный объем в виде сверхпроводящего гиперболоида вращения (стриммера), а системой стабилизации 4 обеспечивается его устойчивость.

Расход исходного материала поддерживается системой автоматического регулирования 5 таким образом, чтобы обеспечивалось пребывание ИМ в зоне стримера в течение времени, в 10- 20 раз длительнее критического.

 

Исходный материал ИМ при входе в стример попадает в поток электронов и других элементарных частиц высочайшей плотности и соответственно возбуждается, нагреваясь до температуры, соответствующей фазовым переходам IV – VI рода, претерпевая распад до дейтонного состояния, а затем на выходе из объема стримера резко охлаждается.

При охлаждении дейтоны, взаимодействуя между собой, принимают структуры наиболее устойчивых в данных условиях элементов, которые образуют определенную массу твердого порошка, взвешенного в объеме водного потока, нагревшегося до температуры t >>t₀

Из реактора 2 продукты обработки поступают в систему фильтрации 5, в которой твердый осадок ТМ отделяется от чистой воды.

После этого вода направляется в центрифугу 5, где отделяется тяжелая вода ТВ (до 0,5 … 1%), затем в смеситель 6 для смешения с имеющимися органоминеральными добавками (в соотношении до 1:10) для получения исходного материала и повторной обработки.

 

Электромагнитной системой 7 избыточный поток электронов отводится из системы в виде электроэнергии мощностью W ₁ и W ₂ направляется потребителю.

При этом W ₁ ≠ W ₂ и всегда W ₂ >W ₁ >>>W _0.

 

Показатели работы агрегата ЭНЕРГОНИВА (рис. 10) – производительность по электроэнергии W (кВт), твердому осадку ТМ (кг) теплоте Q и тяжелой воде зависят в основном от гидравлического диаметра реактора D _p, т.е. от расхода исходного материала G.

 

 

Рис. 10. Общий вид характеристики агрегата ЭНЕРГОНИВА

(1,2 … 1’2’ - влияние других факторов)

 

Эффективность преобразования исходных материалов видна из данных таблицы 3

 

ТАБЛИЦА 3. Сравнение элементарного состава ИМ (вода техническая) и ТМ

Материал	С О Д Е Р Ж А Н И Е, г/кг
Fe	Mg	Cа	Na	Al	Zn	Si	Ag	B	R3m
ИМ	3,0	0,3	0,8	0,2	0,8	1,3	4,3	след	след	след
ТМ								0,8		1,6

 

 

Как видно из табл.3, обработка обычной технической воды (промстоков) в агрегате «ЭНЕРГОНИВА» позволило получить в твердом осадке (на 80 – 90% металлы, остальное – оксиды) элементы, ранее отсутствовавшие в воде, и значительно увеличить содержание тех из них, которые были в воде в виде растворов их солей.

Значительно выше эффект при обработке бытовых и сельскохозяйственных отходов, в которых растворено значительное количество разнообразных органических веществ, и находятся микроорганизмы (таблица 4)

 

ТАБЛИЦА 4. Сравнение элементарного состава ИМ (стоки птицефабрики) и ТМ

 

Материал	С О Д Е Р Ж А Н И Е, г/кг
Fe	Mg	Ca	Al	Cu	Zn	Si	Pb	Ag	B	Cr
ИМ		0,6	0,1	0,2	5,5	0,2	1.0	след	след	след	0,15
ТМ		4,7	16,4	16,6		след		0,1	0,02	14,6	1,6

 

Тот же вывод следует из сравнения результатов обработки отходов углеобогатительных фабрик (таблица 5)

 

ТАБЛИЦА 5. Сравнение элементарного состава ИМ (отходы УОФ ММК) и ТМ

 

Материал	С О Д Е Р Ж А Н И Е, г/кг
Fe	Mg	Ca	Na	Fl	Cu	Si	Pb	Ag	B	Cr
ИМ		0,6	0,1	0,2	5,5	0,2	1.0	след	след	след	0,15
ТМ		4,7	16,4	16,6		след		0,1	0,02	14,6	1,6

 

 

Во всех случаях получаемая после отстоя вода в среднем имеет следующий химический состав (%): 0,15…0,20 Na; 0,1…0,15 В; 0,1…0,4 Мg; 0,05…0,15 Al; 0,1 …0,45 Si; 0,1…0,2 Р; 0,1…0,3 S;

0,1…0,15 К; 0,4…0,8 Са; 0,05…0,12 D₂O при 6 ≤ pH ≤ 6,8.

 

Это, а также ряд других испытаний агрегата «ЭНЕРГОНИВА», в том числе и длительные (ресурсные). Дали положительные результаты, что дает основание утверждению о необходимости всестороннего исследования и анализа результатов реализации дейтонных технологий и оценки, хотя бы и приблизительной, их эффективности и экологической безопасности.

 

4.1 Электроэнергетическая дейтонная технология.

Основное достоинство дейтонной технологии - органическое дополнение природного цикла воды

системами нейтрализации антропогенной (техногенной) деформации его, выразившейся в насыщении водных объектов вредностями разнообразнейших видов, деструкция и утилизация которых невозможна [74].

 

Все существующие в настоящее время технологии, в том числе и электроэнергетические, расходуя огромное количество воды, систематически вводят в его состав как нерастворимые, так и в особенности растворимые вещества, создавая все условия для появления новых биологических организмов, последствия жизнедеятельности которых опасны для человечества.

Самым трагичным в этом является то, что имеющееся в действии системы очистки сточных вод по своей производительности ничтожны и несоизмеримо малы с объемами сточных вод, нуждающихся в очистке.

 

Органическим пороком всех этих систем является то, что они исходят из утилитарной цели:

получить в воде только предельно допустимую концентрацию вредностей (ПДК), которая установлена не Природой, а самим Человеком (в лице группы специалистов).

 

Достижением ПДК проблема очистки вод, к сожалению, не решается. Так как даже в этом случае вредности антропогенного происхождения остаются чуждыми исторически сложившимся природным циклам и, систематически накапливаясь, создают угрозу всему живому.

 

Дейтонная технология, основанная на использовании вод Мирового Океана, а также всех видов сточных и минерализованных вод, а не дефицитнейшей пресной воды, составляющей по объему всего 0,97% от объема воды на Планете, позволяет включить всю систему производства электроэнергии и теплоты (весь теплоэнергетический комплекс) в природный цикл воды (рис.11).