ÑÒÐÎÅÍÈß ÂÅÙÅÑÒÂÀ

Áîëîòîâ Á.Â. Áîëîòîâà Í.À. Áîëîòîâ Ì.Á. Áîëîòîâ È.Ì.

ÍÅÊÎÒÎÐÛÅ ÎÑÍÎÂÛ ÑÒÐÎÅÍÈß ÂÅÙÅÑÒÂÀ

Îïóñêàåì êðèòèêó îôèöèàëüíîé íàóêè â îòíîøåíèè ïðåîáðàçîâàíèÿ âåùåñòâ, òàê êàê îíà îñíîâàíà íà ýëåìåíòàðíîì íåçíàíèè îòäåëüíûõ ôèçèêîâ, âàæíåéøèõ…   èõ îòíîñèëè ê àðòåôàêòàì. Îñîáåííî èíòåðåñíûìè áûëè ýêñïåðèìåíòû Äåéâà Õàäñîíà. Î íèõ àâòîðû ðàññêàçûâàþò â ñâîåé…

ÝËÅÌÅÍÒÀÐÍÛÅ ×ÀÑÒÈÖÛ ÀÒÎÌÎÂ

Ðèñ. 1. Íàèëåã÷àéøèå ÷àñòèöû àòîìà: -- 4 –

Ðèñ. 3. Óñëîæíåííûå òåòðàýäðàëüíûå ÷àñòèöû (òåòðîíû).

Ïîñëåäóþùèå òðè áîëåå ìàññèâíûå àòîìíûå ÷àñòèöû òåòðàýäðàëüíîãî ãàáèòóñà òàêæå íåéòðàëüíû, ò.ê. â íèõ ñîáëþäåíî ðàâåíñòâî ÷èñëà ýëåêòðîíîâ è ïîçèòðîíîâ. Çàòåì ñíîâà ñëåäóåò çàðÿæåííàÿ ÷àñòèöà, ñîñòîÿùàÿ èç 165 ýëå­ìåíòîâ. Âñÿ ïîñëåäîâàòåëüíîñòü ÷èñåë ýòèõ ÷àñòèö, (áóäåì íàçûâàòü èõ ìàãè­÷åñêèìè ÷èñëàìè), çàïèñàíà â ïåðâîé ñòðîêå òàáëèöû 1.×òî êàñàåòñÿ àòîìíîé ÷àñòèöû (ðèñ.1, â,ã,ä), òî åå àíàëîãèÿ çàïèñàíà âî âòîðîé ñòðîêå ýòîé æå òàá­ëèöû. Çäåñü ìû òîæå çàìå÷àåì ìàãè÷åñêèå ÷èñëà àòîìíûõ ÷àñòèö, ñîñòîÿùèå èç íå÷åòíîãî ÷èñëà çàðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ, êîòîðûå îòíîñÿòñÿ ëèáî ê ìåçî­íàì, ëèáî ê ïðîòîíàì. Ìåçîíû ÿâëÿþòñÿ îñíîâîé íåãàòèâíîñòè ÷àñòèö, à ïðîòîíû - îáû÷íûõ ïîçèòèâíûõ õèìè÷å­ñêèõ ýëåìåíòîâ. Ìàãè÷åñêîå ÷èñëî çàðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ äëÿ êðèñòàëëîâ âèäà (ðèñ.1, â) îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå:

Ìn+1n,+(ï+)2, (1)

Çäåñü Ìn+1 - ïîñëåäóþùåå ìàãè÷åñêîå ÷èñëî çàðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ; Ìn- ïðå­äûäóùåå çíà÷åíèå ìàãè÷åñêîãî ÷èñëà; (ï + 1) - ïîñëåäóþùèé íîìåð ìàãè÷å­ñêîãî ÷èñëà.

 

-- 6 --

(*).Íàïðèìåð, íàì èçâåñòíî ìàãè÷åñêîå ÷èñëî çàðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ äåâÿòîé àòîìíîé ÷àñòèöû, äëÿ êîòîðîé Ì9=285. Òîãäà Ì9+1=285+(9+1)2 =385.

Àòîìíûå ÷àñòèöû òåòðàýäðàëüíîãî ãàáèòóñà ìû â äàëüíåéøåì áóäåì íà­çûâàòü òåòðîíàìè, à àòîìíûå ÷àñòèöû (ðèñ.1, â) - ãåêñîíàìè. Ñëåäóþùàÿ ïî ñëîæíîñòè àòîìíàÿ ÷àñòèöà îáðàçîâàíà â âèäå êóáà èëè ðîìáà (ðèñ-4). Íàçûâàåì åå êóáîíîì èëè ðîìáîíîì.

À
 
 

Ðèñ. 4. Êóáè÷åñêèå à,á,ä, ðîìáè÷åñêèå â,ã,å ÷àñòèöû (êóáîíû,ðîìáîíû)

Êóá, êàê ïðèíÿòî â êðèñòàëëîãðàôèè, îáëàäàåò ÷åòûðåõêðàòíîé ñèììåò­ðèåé. Îäíàêî, åñëè ïîñìîòðåòü íà êóá ïî îñè À - À, ìîæíî îáíàðóæèòü, ÷òî êóá îáëàäàåò åùå è õèðàëüíîé (çåðêàëüíî-àíòèïîäíîé) ñèììåòðèåé, ò.ê. òðè åãî âåðõíèå ãðàíè íå îáëàäàþò èíâåðñèåé ê ïðîòèâîïîëîæíûì ãðàíÿì. Åùå áîëåå íàãëÿäíî õèðàëüíàÿ ñèììåòðèÿ âûðàæåíà â ðîìáîýäðå (ðèñ.4, â,ã,å).

Ìàãè÷åñêîå ÷èñëî çàðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ â êóáå è ðîìáîýäðå (ò.å.êóáîíå è ðîìáîíå) îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå: Ìn = n3

Ìàãè÷åñêèå ÷èñëà çàðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ äëÿ êóáîíîâ è ðîìáîíîâ ïðèâå­äåíû â òðåòüåé ñòðîêå òàáëèöû 1.

Çàðÿæåííûå è íåéòðàëüíûå ÷àñòèöû ó êóáîíîâ è ãåêñîíîâ ïî­âòîðÿþòñÿ ÷àùå, ÷åì ó òåòðîíîâ. Ïîýòîìó êóáè÷åñêàÿ ãåíåòèêà íàèáîëåå ðàñïðîñòðàíåíà ñðåäè àòîìíûõ ÷àñòèö. Íå èñêëþ÷åíî, ÷òî àòîìíî-ìîëåêóëÿðíàÿ êðèñòàëëîãðàôèÿ îáÿçàíà èìåííî êóáè÷åñêîìó ãàáèòóñó ÷àñòèö.

Ê ñëåäóþùåé áîëåå ñëîæíîé ôîðìå àòîìíûõ ÷àñòèö îòíîñèòñÿ îêòàýä­ðàëüíûé ãàáèòóñ (ðèñ.5).

(*) - Ðàçìåðíîñòü ìàãè÷åñêèõ ÷èñåë â ïðîñòðàíñòâå äîëæíà ñîîòâåòñòâîâàòü ïëîùàäè ïîïåðå÷íî­ãî ñå÷åíèÿ, ò.å. ì2. Íî, ïîñêîëüêó ìàãè÷åñêèå ÷èñëà îïðåäåëåíû íà îñíîâå íàëè÷èÿ äâóõ òðåõìåðíûõ ïðîñòðàíñòâ (ïðîòÿæåííîãî è âðåìåííîãî), òî ðàçìåðíîñòü áóäåò îïðåäåëÿòüñÿ åùå è êâàäðàòîì ñêîðî­ñòè, ì22.

-- 7 –

.

à) á) â)

 

Ðèñ. 5. Îêòàýäðè÷åñêèå ÷àñòèöû (îêòîíû)

Àòîìíûå ÷àñòèöû òàêîé ôîðìû íàìè íàçâàíû îêòîíàìè, îíè, êàê è êóáîíû, îáëàäàþò õèðàëüíîé ñèììåòðèåé (íàïðèìåð, ïî îñè À - À).Íå ñëó÷àé­íî, îêàçûâàåòñÿ, õèðàëüíîé ñèììåòðèåé îáëàäàþò óãëåðîä, àìèíîêèñëîòû, ñàõàðà, ò.ê. íà âñåõ ÷åòûðåõ âàëåíòíîñòÿõ óãëåðîä ïðèñîåäèíÿåò ÷åòûðå ðàçëè÷­íûå ëèãàíäû. Òàêèå æå ñâîéñòâà èìåþò ôîñôîð è àçîò. Êðèñòàëëû ó ôîñôîðà îêòàýäðàëüíû. Ýòî äàåò îñíîâàíèå ñ÷èòàòü, ÷òî ýòè àòîìû íåñóò ãåíåòè­êó îêòàýäðàëüíûõ ÷àñòèö (îêòîíîâ). Åñëè òàêîå ïðåäïîëîæåíèå âåðíî, òî èñòîêè áèîëîãè÷åñêîé æèçíè íà÷èíàþòñÿ îò ÷àñòèö ñ õèðàëüíîé ñèììåòðèåé. Îêòîíû îòëè÷àþòñÿ ÷èñëîì çàðÿæåííûõ ÷àñòèö. Ñàìûì ïðîñòûì îêòîíîì ÿâëÿåòñÿ øåñòèçàðÿäíàÿ êîíñòðóêöèÿ (ðèñ. 5). Ñëåäóþùèì ìàãè÷åñêèì ÷èñëîì äëÿ îðòîíîâ ÿâëÿåòñÿ ÷èñëî 19. Åñòåñòâåííî, òàêîé îêòîí îáëàäàåò çàðÿäíîñòüþ. Ýòó îñîáóþ ÷àñòèöó ìû íàçâàëè Äåìîíîì. Âñå ïîñëåäóþùèå ìàãè­÷åñêèå ÷èñëà äëÿ ÷àñòèö îêòîíîâ ïðèâåäåíû â ÷åòâåðòîé ñòðîêå òàá­ëèöû 1. Äðóãàÿ ðàçíîâèäíîñòü ÷àñòèö èìååò äîäåêàýäðàëüíûé ãàáèòóñ (ðèñ.6), íàçâàííûé íàìè äîäåêîíîì. Ýëåìåíòàðíûé äîäåêîí ñîñòîèò èç ñåìè çàðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ, à ñëåäóþùèì ìàãè÷åñêèì ÷èñëîì â ðÿäó äîäåêîíîâ ÿâëÿåòñÿ ÷èñëî 13. Âñå ïîñëåäóþùèå ÷àñòèöû òàêæå ñîñòîÿò èç íå÷åòíîãî ÷èñëà çàðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî îäèí èç çàðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ çàæàò â öåíòðå äîäåêîíà.  ïðèíöèïå äîäåêîí ìîæåò áûòü ïóñòîòåëûì.  ýòîì ñëó÷àå äîäåêîíû áóäóò èìåòü íåéòðàëüíûé îáùèé çàðÿä, ÷òî íåëüçÿ ñêàçàòü î èõ ãðà­íÿõ,

á) ã)

Ðèñ. 6. Äîäåêàýäðàëüíàÿ êîíñòðóêöèÿ ÷àñòèö (äîäåêîíû).

-- 8 --

(2)
 
 

êîòîðûå âñåãäà áóäóò èìåòü íåíóëåâóþ çàðÿæåííîñòü. Äîäåêîí, ñîñòîÿùèé èç 13 çàðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ (ðèñ.6, â, ã), ìû íàçâàëè ÷åðòîíîì. Âñå ïîñëåäóþùèå ìàãè÷åñêèå ÷èñëà àòîìíûõ ÷àñòèö òèïà äîäåêîíà ïðåäñòàâëåíû â ïÿòîé ñòðîêå òàáëèöû 1. Ìàãè÷åñêèå ÷èñëà äðóãîé óïàêîâêè äîäåêîíîâ âû÷èñëÿþòñÿ ïî ôîðìóëå : Îíè, â ÷àñòíîñòè, ïðèâåäåíû â 17-îé ñòðîêå.

Äîäåêîíû îáëàäàþò õèðàëüíîé ñèììåòðèåé, à ïîýòîìó ñïîñîáíû ñîçäà­âàòü áèîëîãè÷åñêóþ ðàçíîâèäíîñòü æèçíè, îòëè÷íîé îò áèîëîãè÷åñêîé æèçíè íà óãëåðîäå, ôîñôîðå, àçîòå, ò.ê. îêòàýäðàëüíàÿ õèðàëüíîñòü ñóùåñòâåííî îò­ëè÷àåòñÿ îò äîäåêàýäðàëüíîé õèðàëüíîñòè. Ñóùåñòâà ñ äîäåêàýäðàëüíîé õèðàëüíîñòüþ ñêîðåå âñåãî áóäóò ïîõîæè íà ïàóêîâ, êàëüìàðîâ, êðàáîâ, ìîðñêèõ çâåçä, èìåþùèõ ÷èñëî êîíå÷íîñòåé êðàòíîå ïÿòè (íàïðèìåð, êàê ó íàñåêîìûõ, òðè ïàðû íîã, äâà êðûëà è äâå çàõâàòûâàþùèå êîíå÷íîñòè). Äîäåêàýäðàëüíûå êðèñòàëëû îáðàçóþòñÿ è ñðåäè îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ. Íàïðèìåð, ñîåäèíåíèå Ñ20Í20 êðèñòàëëèçóåòñÿ â âèäå äîäåêàýäðà. Ëþáîïûòíî çàìåòèòü, ÷òî ñôåðè­÷åñêàÿ ïîâåðõíîñòü äîäåêàýäðà áîëüøå, ïîâåðõíîñòè òåòðàýäðà â 12 ðàç è ïîâåðõíîñòè êóáà â3,44 ðàçà. Ãåêñàýäð è òåòðàýäð ÿâëÿþòñÿ ýëåìåíòàìè áîëåå ñëîæíûõ àòîìíûõ ÷àñ­òèö. Òàê, íàïðèìåð, èêîñàýäð â ïðèíöèïå ìîæåò áûòü ñîáðàí èç 10 ãåêñàýäðàëüíûõ ÷àñòèö, õîòÿ îí, êàê è äîäåêàýäð, ðàçâèâàåòñÿ îò ãåíåòè÷åñêîãî çàðî­äûøà, íàçâàííîãî íàìè èêîñîíîì (ðèñ.7.).

 

Ðèñ. 7. Èêîñàýäðàëüíàÿ êîíñòðóêöèÿ àòîìíûõ ÷àñòèö (èêîñîí)

 

Èêîñîí ñâîå ãåîìåòðè÷åñêîå íà÷àëî áåðåò îò ÷åðòîíà. Ïîýòîìó ïåðâîé àòîìíîé ÷àñòèöåé ìîæíî ñ÷èòàòü ÷àñòèöó, ñîñòîÿùóþ èç 55 çàðÿæåííûõ ýëå­ìåíòîâ (ñì. òàáëèöó 1, øåñòàÿ ñòðîêà). Èêîñîíû, êàê è äîäåêîíû, ñîñòîÿò òîëüêî èç íå÷åòíîãî ÷èñëà çàðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ. Ïîýòîìó îíè âñåãäà èìåþò çàðÿä è âñåãäà, êàê è äðóãèå ïðîòîíû è ìåçîíû, îáëàäàþò ñïèíîì, êîòîðûé ñêëàäûâàåòñÿ íå èç ñïèí

 

-- 9 --

 

êâàðêîâ, êàê ýòî ñ÷èòàåòñÿ â ñîâðåìåííîé ôèçèêå, à èç ñïèí ýëåêòðîíîâ è ïîçèòðîíîâ [28].

Êðîìå ðàññìîòðåííûõ ïÿòè Ïëàòîíîâûõ òåë, àòîìíûå ÷àñòèöû ìîãóò õà­ðàêòåðèçîâàòüñÿ åùå ÷åòûðüìÿ ôîðìàìè.

Äëÿ ïîëíîòû è ãëóáèíû àíàëèçà ñâîéñòâ âåùåñòâ, õàðàêòåðèçóþùèõ ìàãíåòèçì, ðàññìîòðèì âêðàòöå è èõ êîíñòðóêòèâíûå îñîáåííîñòè. Òàê, ãëàâ­íîé èç íèõ, ïî íàøåìó ìíåíèþ, ÿâëÿåòñÿ ðîìáîäîäåêàýäðîí (ðèñ.8), íàçâàí­íûé íàìè ðîíîì.

 

 

Ðèñ. 8. Ðîìáîäîäåêàýäðàëüíàÿ êîíñòðóêöèÿ àòîìíîé ÷àñòèöû (ðîí)

Ìàãè÷åñêèå ÷èñëà òàáëèöû 1 - ýòî èñõîäíûå êîíñòàíòû âñåõ àòîìíûõ ÷àñòèö, ñîñòàâëÿþùóþ íóêëîííóþ ïëàçìó. Ïðîäîëæèì èõ êðàòêîå ðàññìîòðåíèå â òîì ðàêóðñå, êàê è ïðåäûäóùèå ïÿòü Ïëàòîíîâûõ òåë. Ìàãè÷åñêèå ÷èñëà èêîñîíîâ âû÷èñëåíû ïî ôîðìóëå:

Ìï = [lO(n- 1)315(ï - I)2 + 1(ï - 1) - Ç]. (3)

Ïðè

 
 


À ðàñ÷åò ìàãè÷åñêèõ ÷èñåë äëÿ ðîíîâ íåñêîëüêî óñëîæíåí, ò.ê. ìåæäó äâóìÿ ãðóïïàìè èç øåñòè çàðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ ðàçìåùàåòñÿ íå äâà, à òðè çà­ðÿæåííûõ ýëåìåíòà (+ - + èëè - + -), êàê óêàçàíî íà ðèñ.8, á.  ýòîì ñëó÷àå ãåíåòè÷åñêèì çàðîäûøåì ÿâëÿåòñÿ, êàê ó êóáà, âîñüìèýëåìåíòíûé êðèñòàëë (äâà çàðÿæåííûõ ýëåìåíòà îáòÿíóòû øåñòüþ äðóãèìè). Ýòîò ýëåìåíò î÷åâèäíî ÿâëÿåòñÿ åäèíñòâåííûì íåéòðàëüíûì âî âñåì ðÿäó ðîíîâ. Ïîñêîëüêó ðîí èç âîñüìè ýëåìåíòîâ ÿâëÿåòñÿ ãåíåòè÷åñêèì äëÿ êóáîíà è ðîìáîíà, òî äëÿ íåãî æå â êà÷åñòâå ãåíåòè÷åñêîãî áóäåì ñ÷èòàòü ðîí, ñîñòîÿùèé èç 15 ýëåìåíòîâ (ñì. òàáëèöó 1, ñåäüìàÿ ñòðîêà). Ðîíû îáëàäàþò õèðàëüíîé ñèììåòðèåé (ñì. îñü À- À), à ïîýòîìó ÿâëÿþòñÿ íîñèòåëÿìè áèîëîãè÷åñêîé æèçíè. Íåñêîëüêî áîëåå ïðîñòàÿ àòîìíàÿ ÷àñòèöà ñ õèðàëüíîé ñèììåòðèåé èçî­áðàæåíà íà ðèñ 9. Îíà ñîñòîèò èç äâóõ ãðóïï çàðÿæåííûõ ÷àñòèö ïî 4 ýëåìåí­òà, ñæàòûõ ýëåêòðè÷åñêèìè , èëè ýôèðíûìè ñèëàì.

 

-- 10 --

Íàäî ïðåäïîëàãàòü, ÷òî äåâÿòàÿ çàðÿæåííàÿ ÷àñòèöà (èçîáðàæåííàÿ ïóíêòèðíî íà ðèñ. 9, à) ìàëîãî ðàçìåðà íàõîäèòñÿ âíóòðè.  ñèëó ýòèõ îá­ñòîÿòåëüñòâ âñå ÷àñòèöû ïîäîáíîãî ãàáèòóñà, íàçâàííûå íàìè õèðîíàìè, áóäóò âñåãäà îáëàäàòü çàðÿäíîñòüþ. Ìàãè÷åñêèå ÷èñëà äëÿ çàðÿæåííûõ ýëåìåíòîâ õèðîíîâ ïðèâåäåíû â

âîñüìîé ñòðîêå òàáëèöû 1.

Ðèñ. 9. Àòîìíàÿ ÷àñòèöà õèðîí

 

Áîëåå ñëîæíàÿ àòîìíàÿ ÷àñòèöà ñ õèðàëüíîé ñèììåòðèåé ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 10. Îíà èìååò ñâîå ãåíåòè÷åñêîå íà÷àëî îò äâóõ ïÿòèýëåìåíòíûõ ïèðà­ìèä, ñäâèíóòûõ ïî îòíîøåíèþ äðóã ê äðóãó íà 45°. Ìåæäó îñíîâàíèÿìè çàæàòà îäèííàäöàòàÿ çàðÿæåííàÿ ÷àñòèöà. Íà ðèñ. 10, á îíà èçîáðàæåíà ïóíêòèðíîé ëèíèåé íåìíîãî ìåíüøåãî ðàçìåðà.

à)á) â)

Ðèñ10. Àòîìíàÿ ÷àñòèöà áèîêòîí

Ñðåäè ïèðàìèäàëüíûõ àòîìíûõ ÷àñòèö, êðîìå òåòðîíîâ, èìåþòñÿ è äðóãèå âàðèàíòû. Íåêîòîðûå èç íèõ èçîáðàæåíû íà ðèñ. 11. Âñå ïèðàìèäàëüíûå àòîìíûå… à) á) â) ã) ä) å)

Ýôôåêòû ýëåêòðîëèçà èìïóëüñíûì òîêîì áåç ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé[1,16].

ðàäèêàëîâ âûñîêîé ýíåðãèè è èîí-ðàäèêàëîâ [16]. Äëÿ ïðîâåäåíèÿ íàïðàâëåííîãî ýëåêòðîëèçà âàæíà ôîðìà èìïóëüñîâ èñïîëüçóåìîãî íàïðÿæåíèÿ.… á à U U

Ðèñ.14. Èìïóëüñû íàïðÿæåíèÿ äëÿ öåëåé ýëåêòðîëèçà.

 

ÿâëÿåòñÿ ñèíóñîèäà (Ðèñ.14,à). Îíà íå ãîäèòñÿ, íàïðèìåð, äëÿ ýëåêòðîîñàæäåíèÿ,

òàê êàê ÷åðåäóþùèåñÿ ïðîöåññû îñàæäåíèÿ è ðàñòâîðåíèÿ ýëåêòðîäîâ ïðè èçìåíåíèè íàïðàâëåíèÿ òîêà êîìïåíñèðóþò äðóã äðóãà. Îäíàêî çà ñ÷åò

-- 16 --

âåíòèëüíîãî ýôôåêòà ðàçëè÷íûõ ìåòàëëîâ âîçìîæíî ÷àñòè÷íîå îñàæäåíèå è ïðè ñèììåòðè÷íîì íàïðÿæåíèè, íå ñîäåðæàùåé ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé. Íàëîæåíèå ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé íà ïåðåìåííûé òîê (Ðèñ.14,â) óëó÷øàåò ïðîöåññ ýëåêòðîëèçà ìåòàëëîâ. Îäíàêî, íàëîæåíèå, ïðèìåíåííîå âïåðâûå ïî ñõåìå Â.Ìàð÷åçà îêàçûâàåòñÿ ýôôåêòèâíûì òîëüêî ïðè ýëåêòðîîñàæäåíèè. Ïðèìåíÿëèñü è äðóãèå ðàçíîâèäíîñòè ñõåì íàëîæåíèÿ ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé íà ïåðåìåííûé òîê; ôîðìà âûõîäíîãî íàïðÿæåíèÿ ïðè ýòîì ïðèîáðåòàåò âèä (Ðèñ.14,â). Ïðè äâóõïîëóïåðèîäíîì âûïðÿìëåíèè ôîðìà íàïðÿæåíèÿ ïðèâåäåíà íà Ðèñ.14, ã. À.Ê.Êðèâöîâ èñïîëüçîâàë òèðèñòîðíîå óñòðîéñòâî, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî åìó óäàâàëîñü óâåëè÷èòü ïëîòíîñòè èìïóëüñíûõ òîêîâ äî 25 À/äì2. Ôîðìà èìïóëüñîâ íàïðÿæåíèÿ íà ýëåêòðîäàõ âàííû áëèçêà ê ïðÿìîóãîëüíîé è ðàñïîëîæåíû îíè äðóã îò äðóãà íà çíà÷èòåëüíîì ðàññòîÿíèè (Ðèñ.14,å).  íàñòîÿùåå âðåìÿ ñóùåñòâóåò ìíîãî ðàçëè÷íûõ èñòî÷íèêîâ èìïóëüñíîãî íàïðÿæåíèÿ, îáåñïå÷èâàþùèõ ñîçäàíèå èìïóëüñîâ ïðàêòè÷åñêè ëþáîé ôîðìû. Íåêîòîðûå èç íèõ ïðèâåäåíû íà Ðèñ.14. Îäíàêî, âî âñåõ îïèñàííûõ ñëó÷àÿõ èñïîëüçîâàëîñü îáÿçàòåëüíîå ñî÷åòàíèå ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé ñ êîìïîíåíòàìè ïåðåìåííîãî òîêà. Öåëüþ æå íàñòîÿùåãî èññëåäîâàíèÿ áûëî èçó÷åíèå ñâîéñòâ è ýôôåêòîâ ýëåêòðîëèçà ïðè îñîáîé ôîðìå èìïóëüñíîãî, àñèììåòðè÷íîãî íàïðÿæåíèÿ îòíîñèòåëüíî îñè âðåìåíè, íî íå ñîäåðæàùåãî â ñâîåì ñïåêòðå ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé. Ïðè ýòîì öåëåñîîáðàçíî èññëåäîâàòü äâà ñëó÷àÿ: êîãäà ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ îòñóòñòâóåò â ñïåêòðå èñïóëüñîâ íàïðÿæåíèÿ è â ñïåêòðå èìïóëüñîâ òîêà. Õàðàêòåðíîé îñîáåííîñòüþ òàêîãî íàïðÿæåíèÿ ÿâëÿåòñÿ ïîñòîÿííîå ðàâåíñòâî èíòåãðàëüíûõ ïëîùàäåé ïîëîæèòåëüíûõ è îòðèöàòåëüíûõ ïîëóâîëí èìïóëüñîâ (Ðèñ.14, ê,ì ). Cïåêòð ýòèõ èìïóëüñîâ ïðåèìóùåñòâåííî ñîäåðæèò ÷åòíûå êîìïîíåíòû. Òàêèå ôîðìû èìïóëüñîâ ìîæíî ïîëó÷èòü ñ ïîìîùüþ äðîññåëåé íàñûùåíèÿ ïðàêòè÷åñêè íà ëþáûå ìîùíîñòè. Ïîñêîëüêó âñÿêàÿ ýëåêòðîëèòè÷åñêàÿ âàííà îáëàäàåò íåëèíåéíîé, íî ñèììåòðè÷íîé, âîëüò-àìïåðíîé çàâèñèìîñòüþ, òî ïðè àñèììåòðè÷íîì íàïðÿæåíèè ìîæíî íàáëþäàòü âûïðÿìëÿþùåå ñâîéñòâî âàííû. Åñòåñòâåííî âîçíèêøàÿ ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ â öåïè ýëåêòðîäîâ âàííû áóäåò ïîðîæäàòü ïðîöåññû ðàíåå íåèçâåñòíûå. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, èìïóëüñíîå íàïðÿæåíèå àñèììåòðè÷íîé ôîðìû áåç ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü â âàííå è àñèììåòðè÷íóþ ôîðìó òîêà. Óñòàíîâëåíèå ÿâëåíèÿ ïðîõîæäåíèÿ íàïðàâëåííîãî ïðîöåññà ýëåêòðîëèçà â ýëåêòðîëèòè÷åñêîé âàííå îò ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà, íå ñîäåðæàùåãî ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé, çàñòàâëÿåò ïî íîâîìó îöåíèâàòü çàêîí Ôàðàäåÿ. Äåéñòâèòåëüíî, ñîãëàñíî çàêîíà Ôàðàäåÿ êîëè÷åñòâî ïåðåíåñåííîãî âåùåñòâà â âàííå ïðîïîðöèîíàëüíî êîëè÷åñòâó ýëåêòðè÷åñòâà, ïðîòåêøåìó ÷åðåç ýëåêòðîäû.  íàøåì æå ñëó÷àå êîëè÷åñòâî ýëåêòðè÷åñòâà èìïóëüñíîãî òîêà áåç ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé âñåãäà ðàâíî íóëþ. Îäíàêî íàïðàâëåííûå ïðîöåññû â âàííå ïðîèñõîäÿò. Äðóãèìè ñëîâàìè, àâòîðû îáíàðóæèëè ïðè äåéñòâèè àñèììåòðè÷íûõ èìïóëüñîâ òîêà áåç ïîñòîÿííîé

-- 17 --

ñîñòàâëÿþùåé äðóãèå ÿâëåíèÿ, íå èìåþùèå îòíîøåíèÿ ê çàêîíó Ôàðàäåÿ, íî îïðåäåëÿþùèå ê àòîìíûì ïðåâðàùåíèÿì.

Ðàçáåðåì âêðàòöå, â ÷åì çàêëþ÷àåòñÿ ïðèíöèï ýëåêòðè÷åñêîãî âûïðÿìëåíèÿ èìïóëüñíîãî íàïðÿæåíèÿ àñèììåòðè÷íîé ôîðìû äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà ïðèêëàäûâàåìîå íàïðÿæåíèå èìååò ïðÿìîóãîëüíóþ ôîðìó (Ðèñ.14,ì ).  ñèëó íåëèíåéíûõ ñâîéñòâ ýëåêòðîëèòà âàííû àìïëèòóäû ïîëîæèòåëüíîé è îòðèöàòåëüíîé ïîëóâîëí òîêà áóäóò îòëè÷àòüñÿ îò ïðîïîðöèé àìïëèòóä íàïðÿæåíèÿ. Ýòî õîðîøî ïîíÿòíî èç äèàãðàììû 2,à.

 

£ £ 4˜

£ τ1

2˜

τ1

à) 3 4

£1 £3

t
1 U

£2 £4

U1 U τ2 τ2

U2 τ1

 

τ2 5

               
       
 
 
 
 


£

E U

t

           
   
     
 


á)

Ðèñ.15. Ïîÿñíåíèå ýôôåêòà àñèììåòðè÷íîãî âûïðÿìëåíèÿ.

-- 18 --

Åñëè ýëåêòðîëèòè÷åñêàÿ âàííà îáëàäàåò íåëèíåéíîñòüþ (£,U), êàê ïîêàçàíî íà Ðèñ.15. ( êðèâûå 1 è 2 ), òî çíà÷åíèÿ èìïóëüñîâ òîêà áóäóò ïðåäñòàâëåíû äèàãðàììàìè 3 è 4. Ìîæíî ñðàâíèòü, ÷òî ïðè ëèíåéíîé çàâèñèìîñòè çíà÷åíèå èìïóëüñîâ òîêà áóäåò èíûì, à èìåííî ìàêñèìàëüíàÿ àìïëèòóäà èìïóëüñîâ òîêà áóäåò îãðàíè÷èâàòüñÿ óðîâíåì 4˜ .Ñðàâíèâàÿ èìïóëüñíî-òîêîâûå äèàãðàììû 3 è 4 ñ òîêîâîé äèàãðàììîé, êîòîðàÿ áûëà áû ïîëó÷åíà ïðè ëèíåéíîé çàâèñèìîñòè (J,U) âàííû ( 2˜ ), ìîæíî óñòàíîâèòü, ÷òî ïëîùàäü ïîëîæèòåëüíîãî èìïóëüñà òîêà áóäåò ñóùåñòâåííî áîëüøå ïëîùàäè îòðèöàòåëüíîé ïîëóâîëíû, ò.å.

J1· τ1 > j2 τ2 (15)

 òî æå âðåìÿ êàê èñõîäíûå ïëîùàäè íàïðÿæåíèÿ âñåãäà çàäàþòñÿ ðàâíûìè ò.å.

U1· τ1 = U2τ2 (16)

Ïèêîâàÿ ìîùíîñòü ïîëîæèòåëüíîãî èìïóëüñà â íàãðóçêå áóäåò:

(17)

Ñîîòâåòñòâåííî ïèêîâàÿ ìîùíîñòü îòðèöàòåëüíîé ïîëóâîëíû áóäåò:

(18)

Åñëè ó÷åñòü, ÷òî

, (19)

òî ñîîòâåòñòâåííî:

(20)

Èç ýòîãî âûðàæåíèÿ âûòåêàåò, ÷òî èìïóëüñíàÿ ìîùíîñòü â íàãðóçêå, ðàçâèâàåìîé â âàííå ïîëîæèòåëüíîé âîëíû áîëüøå îòðèöàòåëüíîé âîëíû íà âåëè÷èíó

(21)

Ñðåäíåå çíà÷åíèå ìîùíîñòåé òàêæå ðàçëè÷íî. Îíè, ñîîòâåòñòâåííî, áóäóò:

(22)

(23)

Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî è ýíåðãèè ïîëóâîëí íàãðóçî÷íûõ èìïóëüñîâ òîêà áóäóò òàêæå îòëè÷àòüñÿ. Òàêèì îáðàçîì, ýíåðãèè èìïóëüñíîãî íàïðÿæåíèÿ

-- 19 --

àñèììåòðè÷íîé ôîðìû äàæå â ëèíåéíîé íàãðóçêå ðàñïðåäåëÿþòñÿ íåðàâíîìåðíî îòíîñèòåëüíî îñè âðåìåíè.  òî æå âðåìÿ êàê ýíåðãèè ïîëóâîëí ÷èñòî ñèíóñîèäàëüíîãî íàïðÿæåíèÿ àáñîëþòíî ðàâíû. Àñèììåòðè÷íîå íàïðÿæåíèå (Ðèñ.14,ì) ñîñòîèò òîëüêî èç ñóììû

ãàðìîíè÷åñêèõ ñîñòàâëÿþùèõ. Îäíàêî ïðèðîäà ýòîé ñóììû òàêîâà, ÷òî ïðè ýòîì ïðîèñõîäèò ôîðìèðîâàíèå ýíåðãèè ïðåäïî÷òèòåëüíî â îäíó ñòîðîíó. Ýòî çàìå÷àòåëüíîå ñâîéñòâî âîëíîâîé ýíåðãèè ñîñòîèò â òîì, ÷òî ñóììà ÷åòíûõ è íå÷åòíûõ ãàðìîíè÷åñêèõ ñîñòàâëÿþùèõ ïðîèçâîäèò îïðîêèäûâàíèå íàïðàâëåíèå ýíåðãèè îòíîñèòåëüíî îñè âðåìåíè. Ýòî ÿâëåíèå òàêæå ñïðàâåäëèâî íå òîëüêî äëÿ âðåìåííûõ ïðîöåññîâ, íî è äëÿ ïðîñòðàíñòâåííûõ. Çäåñü ðàçäåëüíàÿ ñóììà äåéñòâèÿ îò íå÷åòíûõ è ÷åòíûõ ãàðìîíè÷åñêèõ êîëåáàíèé íå ðàâíà ñóììàðíîìó äåéñòâèþ îò ñóììû íå÷åòíûõ è ÷åòíûõ ãàðìîíè÷åñêèõ êîëåáàíèé.Òàêîå ñâîéñòâî èñòî÷íèêà èìïóëüñîâ àñèììåòðè÷íîé ôîðìû áåç ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé ïåðåðàñïðåäåëÿòü ýíåðãèþ íåñèììåòðè÷íî îòíîñèòåëüíî îñè âðåìåíè è ïðîñòðàíñòâà, ÿâëÿåòñÿ îäíèì èç âàæíåéøèõ ôàêòîðîâ âîçäåéñòâèÿ íà âåùåñòâà, èõ àòîìíîãî ïðåîáðàçîâàíèÿ è íå òîëüêî â ýëåêòðîëèòè÷åñêîé âàííå, íî è ýôèðíîé ñðåäå. Íàïðÿæåíèå àñèììåòðè÷íîé ôîðìû áåç ïîñòîÿííîé ñîñòàâëÿþùåé ìîæåò áûòü ïîëó÷åíî îò ãåíåðàòîðà èìïóëüñîâ ïðîèçâîëüíîé ôîðìû ñ òðàíñôîðìàòîðíûì âûõîäîì, èëè ïðîïóñòèòü èìïóëüñû ÷åðåç êîíäåíñàòîð. Ýòî è ïîíÿòíî, òàê êàê òðàíñôîðìàòîðû íà ïîñòîÿííîì òîêå íå ðàáîòàþò è îíè íå ñïîñîáíû òðàíñôîðìèðîâàòü ïîñòîÿííóþ ñîñòàâëÿþùóþ íàïðÿæåíèÿ, à êîíäåíñàòîðû íå ïðîïóñêàþò ïîñòîÿííóþ ñîñòàâëÿþùóþ òîêà. Àòîìíûå ïðåâðàùåíèÿ ëó÷øå âñåãî íàáëþäàòü â ðàñòâîðàõ èëè ðàñïëàâàõ. Äåéñòâèòåëüíî, íàïðèìåð, ïîäâåðãíåì èìïóëüñíîìó âîçáóæäåíèþ îáû÷íóþ äèñòèëëèðîâàííóþ âîäó (Í2Î). Âîäà îáû÷íî äèññîöèèðóåò íà èîíû âîäîðîäà è êèñëîðîäà. Òåïåðü, åñëè îáðàòèòü âíèìàíèå íà èîí âîäîðîäà, òî ìîæíî îáíàðóæèòü, ÷òî îí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îáû÷íûé ïðîòîí, ò.å. ÿäåðíóþ ÷àñòèöó ñ òî÷êè çðåíèÿ ñîâðåìåííîé ÿäåðíîé ôèçèêè. Ñ íàøåé æå òî÷êè çðåíèÿ, òàê êàê ìû îòðèöàåì áîðîâñêóþ ïëàíåòàðíóþ ñèñòåìó, èîí âîäîðîäà - ýòî îáû÷íûé ïðîòîí, èëè çàðÿæåííûé íåéòðîí, ò.å. àòîìíàÿ ÷àñòèöà. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðîöåññ ýëåêòðîëèçà, ò.å. ïåðåíîñ èîíîâ ÿâëÿåòñÿ îáû÷íûì àòîìíûì ïðåîáðàçîâàíèåì. Íî äëÿ òîãî, ÷òîáû ýòîò ïðîöåññ íàáëþäàòü â ÷èñòîì âèäå, íåîáõîäèìî îò èìïóëüñîâ íàïðÿæåíèÿ óäàëèòü åå ïîñòîÿííóþ ñîñòàâëÿþùóþ. Òîãäà ôàðàäååâñêîãî äâèæåíèÿ èîíîâ íå áóäåò, òàê êàê îòñóòñòâóåò ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ. Áóäåò çà òî äðóãîå äâèæåíèå. Îíî ïîëíîñòüþ îòíîñèòñÿ ê àòîìíûì ïåðåìåùåíèÿì, ïðèâîäÿùèì ê àòîìíûì ïðåâðàùåíèÿì, òàê êàê ïðîòîíû , íåéòðîíû è ìåçîíû ðåàãèðóþò íå ñòîëüêî íà êîëè÷åñòâî ýëåêòðè÷åñòâà ýëåêòðè÷åñêîå ïîëÿ, ñêîëüêî íà ýíåðãåòè÷åñêèå åãî ïàðàìåòðû.

Ðåçóëüòàòû ïðîâåäåííîãî ýëåêòðîëèçà ïîêàçûâàþò, ÷òî ïðè àñèììåòðè÷íîì

-- 20 -- íà÷àëüíûé ìîìåíò ïîñòóïëåíèÿ áîëüøîãî èìïóëüñà. Ïðîèñõîäèò ïðîöåññ ñõîäíûé ñ…

Ñáîðíàÿ òàáëèöà 2

Öåëü îïûòà è ôîðìà Èìïóëüñîâ íàïðÿæåíèÿ Ðàññòîÿíèå ìåæäó Ýëåêòðîäàìè, ìì Ïëîùàäü ýëåêòðîäîâ ñì2 Ïðîäîëæèòåëüíîñòü ýëåêòðî-ëèçà, ìèí Ñðåäíåå çíà÷åíèåèìïóëüñîâ òîêà, À Ïîñòîÿííàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ, ìÀ Èçìåíåíèå ìàññû ýëåêòðîäà ïðè Åêòðîëèçå, Ã. Çàìå÷àíèÿ È âûâîäû
Èññëåäîâàíèåâîçìîæíîñòè îñàæäåíèÿ Âåùåñòâà ïðè òîêå (Äèàã.1,ì) 0,23 Δà=--0,0020 Δê=--0,0005 Íåñèììåòðè÷íîå ðàññòâîðåíèå ýëåêòðîäîâ
Óñèëåíèå ýôôåêòà Çà ñ÷åò óâèëè÷åíèÿ ×àñòòû äî 200 èìï/ñåê. 0,06 Δà=--0,0033 Δê=--0,0005  çîíå àíîäíîãî ýëåêòðîäà âûäå ëåíèå ãàçîâ è îñàäêà
Ïîâòîðåíèå îïûòà, Íà÷àñòîòå100èìï/cåê 0,03 Δà=--0,0089 Δê=+0,0002 Ðàñòâîðåíèå Àíîäíîãî ýëåêòðîäà óâåëè÷èëîñü ïî÷òè â 40 ðàç
Óñòàíîâëåíèåâîçìîæíîñòè ðàñòâîðåíèÿ Ïëàòèíû â 30%-íîì ðàñòâîðå ÍNÎ3 ×àñòîòà 200èìï/ñåê Ïëàòèíîâàÿ Ïðîâîëîêà 0,06 Δà=--0,0012 Δê=-- 0,0002 Ïîä àíîäíûì Ýëåêòðîäîì âû- ïàë òåìíî-ñåðûé îñàäîê
Òîò æå îïûò, íî ñ ðàñòâîðîì NàñI. ×àñòîòà èìïóëüñîâ 50 èìï/ñåê. Òîæå Ñàìîå 0,015 Δà=--0,0018 Δê=--0,0000 Òîò æå îñàäîê

 ýêñïåðèìåíòàõ èìïóëüñíûå òîêè äîâîäèëèñü äî 106 àìïåð íà ìì2 Ýëåêòðîëèò ìîæåò áûòü äîâåäåí äî êèïåíèÿ, íî íå áîëåå.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå âîçìîæíà çíà÷èòåëüíàÿ óòå÷êà êîìïîíåíò ýëåêòðîëèòà.  äåéñòâóþùåì òåïëîâîì

-- 21 --

ðåàêòîðå, êîòîðûé áûë âûïîëíåí â ëàáîðàòîðèè, â êà÷åñòâå ýëåêòðîëèòà èñïîëüçîâàëñÿ êðèîëèò Na3AIF6 c äîáàâêàìè LiF, CaF2 è äðóãèìè, ïîíèæàþùèìè òåìïåðàòóðó ïëàâëåíèÿ âåùåñòâàìè. Äëÿ ïîâûøåíèÿ ýëåêòðîïðîâîäíîñòè ýëåêòðîëèòà ââîäÿòñÿ äîáàâêè èç îêñèäà öèðêîíèÿ, ñóëüôèäà òèòàíà, ñóëüôèäà öèíêà è äðóãèå ñîåäèíåíèÿ. Äëÿ ïîâûøåííîé òåïëîîòäà÷è ýëåêòðîëèòà ââîäÿò ôîñôàòû ( íàïðèìåð, ôîñôèä àëþìèíèÿ ).

Êðàòêîå îïèñàíèå ðàáîòû ëàáîðàòîðíîãî òåïëîâîãî ðåàêòîðà.Ïðèíöèï äåéñòâèÿ.

Ðàçðàáîòàííûé ãåíåðàòîð ýíåðãèè (â ÷àñòíîì ñëó÷àå – òåïëîâîé) îñíîâàí íà ÿâëåíèè ÷àñòè÷íîé àííèãèëÿöèè ïîçèòèâíîãî è íåãàòèâíîãî âåùåñòâà, îòêðûòîãî è ðàçðàáîòàííîãî ñåìü¸é Áîëîòîâûõ (Á.Â.Áîëîòîâ, Í.À.Áîëîòîâà, Ì.Á.Áîëîòîâ, È.Ì.Áîëîòîâ). Ïðèâåäåì îïèñàíèå è ïðèìåíåíèå ýòîãî çàêîíà áîëåå ïîäðîáíî,

Çàêîí Áîëîòîâûõ

 

WϱWH=KÁ (24)

Ãäå: WÏ – ýíåðãèÿ ïîçèòèâà,

WH– ýíåðãèÿ íåãàòèâà,

KÁ – êîíñòàíòà Áîëîòîâûõ.

Ôîðìóëèðîâêà çàêîíà

«Ýíåðãèÿ âîëíîâîãî ïðîöåññà ïîçèòèâà (WÏ) ïëþñ ýíåðãèÿ âîëíîâîãî ïðîöåññà íåãàòèâà (WH) ðàâíÿåòñÿ óñëîâíîé ïîñòîÿííîé êîíñòàíòå (KÁ) ».

Ïîÿñíåíèå çàêîíà

Åñëè âçÿòü äâà ôîòîãðàôè÷åñêèõ ñíèìêà íà ïë¸íêå, îäèí èç êîòîðûõ íåãàòèâíûé, à äðóãîé – ïîçèòèâíûé, îäíîãî è òîãî æå ñàìîãî ïðåäìåòà, ñîâ- ìåñòèòü èõ äðóã ñ äðóãîì ïî êîíòóðàì è ïîñìîòðåòü íà ïðîñâåò, òî èçîáðàæåíèå íà ñíèìêàõ ïîëíîñòüþ èñ÷åçíóò. Âñå ïîëÿ íåãàòèâà è ïîçèòèâà áóäóò ðàâíîìåðíî îäíîðîäíîé òåìíîòû, ò.å. îïðåäåëåíû óñëîâíîé êîíñòàíòîé ÊÁ.

Ñîâìåùåíèå èçîáðàæåíèé ïîçèòèâíîé è íåãàòèâíîé ïë¸íêè ñîçäà¸ò êàê-áû ðåæèì àííèãèëÿöèè ýòèõ èçîáðàæåíèé, íå ïðîâîäÿùèé, îäíàêî, ê çíà÷èòåëüíûì ïðåîáðàçîâàíèÿì ýíåðãèé.

(25)
Åñëè âçÿòü ÷èñëî r, êîòîðîå ðàâíî

 
 

è âîçâåñòè åãî âî âòîðóþ ñòåïåíü, òî ïîëó÷èòñÿ r2. Òåïåðü åñëè îò ÷èñëà r2 îòíÿòü ÷èñëî r òî ïîëó÷èì ðåçóëüòàò ðàâíûé 1.

 

r2 - r = 1 (26)

-- 22 --

Ïðèëîæèâ ýòè ÷èñëà ê çàêîíó Áîëîòîâûõ, îïðåäåëèì, ÷òî ÷èñëî r ÿâëÿåòñÿ ïîçèòèâíûì, à ÷èñëî r2 – íåãàòèâíûì, òàê êàê ñóììà èëè ðàçíîñòü ýòèõ ÷èñåë ðàâíà êîíñòàíòå, ò.å. åäèíèöå. Ôîðìóëó ìîæíî îïðåäåëèòü â êà÷åñòâå ìåðû ìàòåìàòè÷åñêîé àííèãèëÿöèè. Ïîäîáíîå ìû îáíàðóæèâàåì è â òðèãîíîìåòðèè:

Sin2x + Cos2x = 1 (27)

Çäåñü âåëè÷èíà Sin2x ÿâëÿåòñÿ ïîçèòèâîì, à Cos2x – íåãàòèâîì. Åäèíèöà ÿâëÿåòñÿ êîíñòàíòîé Áîëîòîâûõ. Îäèíî÷íûé èìïóëüñ íà âðåìåííîé îñè ÿâëÿåòñÿ ïîçèòèâîì, à òàêîé æå àìïëèòóäû áåñêîíå÷íîé äëèòåëüíîñòè èìïóëüñ ñ ïðîìåæóòêîì íà âðåìåííîé îñè ÿâëÿåòñÿ íåãàòèâîì. Òàê, ÷òî â ñóììå ýòè äâà èìïóëüñà äàäóò íà îñè âðåìåíè ïîñòîÿííóþ êîíñòàíòó Áîëîòîâûõ ÊÁ.

 

 
 

 

 

Ðèñ.16. Íåãàòèâíîñòü è ïîçèòèâíîñòü âðåìåííûõ èìïóëüñîâ.

 

Ïåðåéä¸ì ê îïðåäåëåíèÿ íåãàòèâíîñòè è ïîçèòèâíîñòè âåùåñòâ.

Èñòèííûå ýëåìåíòû ìàòåðèè (ÈÝÌ), òî åñòü ýëåêòðîíû è ïè-ýëåêòðîíû (ïîçèòðîíû), êàê áûëî àâòîðàìè îïðåäåë¸íî â ðàáîòå [24], îáðàçóþò â ýôèðå ôèãóðû â âèäå âîëíîâûõ ñòîÿ÷èõ è øàðîâûõ ïó÷íîñòåé. Îíè íàïîìèíàþò ïóñòîòåëûå ïóçûðüêè, êîòîðûå óâåëè÷èâàåòñÿ äî íåêîòîðûõ ðàçìåðîâ è óìåíüøàåòñÿ äî íóëÿ ïî ñèíóñîèäàëüíîìó çàêîíó. Äðóãèìè ñëîâàìè ýëåêòðîí è ïîçèòðîí ñîîòâåòñòâåííî îòíîñÿòñÿ, êàê è âîëíîâîå âûðàæåíèå ê ïîçèòèâó è ê íåãàòèâó. Åñëè ïîçèòðîí îäíîãî ÝÏÐ ñîâìåñòèòü ñ ýëåêòðîíîì äðóãîãî ÝÏÐ, òî ïðè p/4 ãðàäóñîâ, êîãäà àìïëèòóäû èõ áóäóò ðàâíû, ïðîèçîéä¸ò íå òîëüêî ìàòåìàòè÷åñêàÿ àííèãèëÿöèÿ, íî è âçàèìíîå ãàøåíèå îáîèõ ïó÷íîñòåé ñ âîçìóùåíèåì îêðóæàþùåé ñðåäû. Àííèãèëÿöèþ ýëåêòðîíà è ïîçèòðîíà ìîæíî íàáëþäàòü â ÷èñòîì âèäå, à àííèãèëÿöèþ áîëåå êðóïíûõ ÷àñòåé (ïðîòîíîâ,

-- 23 --

íåéòðîíîâ, ìåçîíîâ è ò.ï.) íàáëþäàòü áîëåå òðóäíî. Ïîýòîìó ðåàëüíî íàáëþäåíèå ÷àñòè÷íîé àííèãèëÿöèè, êîòîðàÿ âîçìîæíà ìåæäó âåùåñòâàìè, ñîñòàâëÿþùèõ íåãàòèâíóþ è ïîçèòèâíóþ êîìïîíåíòû. Äåéñòâèòåëüíî, åñëè áàðèé (ýëåìåíò òàáëèöû Ä.È. Ìåíäåëååâà) ñ÷èòàòü ïîçèòèâíûì, òî íåãàòèâîì åìó áóäåò êðèïòîí. Äåéñòâèòåëüíî, åñëè ïëîòíî ñæàòü áàðèé è êðèïòîí â íåêîòîðîì îáú¸ìå, òî ïðîèçîéä¸ò ñëèÿíèå èõ íóêëîíîâ è îáðàçîâàíèå ýëåìåíòà óðàíà. Äëÿ áîðà íåãàòèâîì ÿâëÿåòñÿ àçîò. Áîð àííèãèëèðóåò ñ àçîòîì è îáðàçóåò äîâîëüíî ïðî÷íûå íîâûå ýëåìåíòû . Òàê ñîåäèíåíèÿ áîðà è àçîòà îáðàçóþò ìèíåðàë Áîðàçîí, B2N2, â êîòîðîì îáíàðóæèâàþòñÿ òàêæå ëèíèè õðîìà. Äëÿ àëþìèíèÿ íåãàòèâîì ÿâëÿåòñÿ êèñëîðîä. Òÿãà àëþìèíèÿ ê àííèãèëÿöèè, ò.å. ê ñáëèæåíèþ ñ êèñëîðîäîì íàñòîëüêî ñèëüíàÿ, ÷òî îí îòíèìàåò êèñëîðîä äàæå îò îêèñëîâ æåëåçà. Òàêóþ ñïîñîáíîñòü àëþìèíèÿ ìû çàìåòèëè â ðåàêöèè àëþìîòåðìèè, êîãäà îòáîð êèñëîðîäà îò îêèñëîâ æåëåçà ñîâåðøàåòñÿ ñ âûäåëåíèåì ýíåðãèè è îáðàçîâàíèåì êðåìíèÿ.

 

Fe2O3 + 3Al = Al2O3 + Fe + Si + W (28)

 

Îñîáåííî ðåàêöèÿ àëþìîòåðìèÿ ñòèìóëèðóåòñÿ íå îêèñüþ æåëåçà, à îêèñüþ öèðêîíèÿ. Òîãäà àëþìèíèé íåïîñðåäñòâåííî áóäåò ïðåîáðàçîâûâàòüñÿ â êðåìíèé, åñëè åñòü ïðîòîíû. À ïðîòîíû ïîÿâëÿþòñÿ â èçîáèëèè íåïîñðåäñòâåííî èç íåéòðîíîâ, êîòîðûå âûõîäÿò èç àòîìîâ öèðêîíèÿ.

 

Zr4091 Zr4040p+51n Zr40 +51n Zr40 + 51p + 51e (29)

 

Ó àòîìà öèðêîíèÿ èìååòñÿ 51 íåéòðîí, ïîýòîìó îäèí àòîì öèðêîíèÿ ìîæåò äàòü äî 51 ïðîòîíà è ñòîëüêî æå ýëåêòðîíîâ, êîòîðûå çàìåòíî óâåëè÷èâàþò ýëåêòðîïðîâîäíîñòü ýëåêòðîëèòà è ïîçâîëÿþò ïðåâðàòèòü òåïëîâóþ ýíåðãèþ â ýëåêòðè÷åñêóþ ñ âûñîêèì êîýôôèöèåíòîì ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ. Òàêèì îáðàçîì íàøà ýíåðãåòèêà îñíîâûâàåòñÿ íà ÷àñòè÷íîé àííèãèëÿöèè ïîçèòèâíîãî è íåãàòèâíîãî âåùåñòâà îãðàíè÷åííîé ðàìêàìè èñõîäíûõ âåùåñòâ è îïðåäåëèìûõ â ñôåðå ýëåêòðîííûõ âçàèìîäåéñòâèé. Ïîýòîìó ñ öåëüþ ïîëó÷åíèÿ òåïëîâîé è ýëåêòðè÷åñêîé ýíåðãèè íà áàçå îïèñàííûõ ÿâëåíèé, öåëåñîîáðàçíî èìïóëüñíûì

óñòðîéñòâîì äðîáèòü àòîìû íà ìåëêèå ôðàãìåíòû. Îñâîáîäèâøèåñÿ ïðè ýòîì íåéòðîíû è ïðîòîíû òîðìîçÿòñÿ è çà ñ÷åò èõ òîðìîçíîãî ýôôåêòà ïîëó÷àþò òåïëî.

 îïûòíîì óñòðîéñòâå æåëåçî-íèêåëåâûé ñïëàâ ïðè èìïóëüñíûõ òîêàõ îêîëî 300-500 Êà/ìì2 äåëèëñÿ ïî ñõåìå:

Fe26 + Ni28 = 2Al13 + 2Si14 + 4n0 + W (30)

 îòäåëüíîñòè è æåëåçî è íèêåëü ïðè ïîâûøåííûõ èìïóëüñàõ òîêà äåëÿòñÿ êàæäûé íà äâå îäèíàêîâûå ÷àñòè. Æåëåçî äåëèòñÿ íà äâà àòîìà àëþìèíèÿ, à íèêåëü íà äâà àòîìà êðåìíèÿ. Ýòî çàìå÷àòåëüíîå ñâîéñòâî äåëåíèÿ íåêîòîðûõ ÷åòíûõ ýëåìåíòîâ òàáëèöû Ä.È. Ìåíäåëååâà íà äâà àòîìà ïîêàçûâàåò, ÷òî

-- 24 --

ïðèðîäíûå ýëåìåíòû â äàííîì ïðèìåðå æåëåçî è íèêåëü ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ïîäîáèå ìîëåêóëû. Êâàçèìîëåêóëàìè ïîäîáíûå ñîîðóæåíèÿ èç äâóõ àòîìîâ íàçûâàëè Á.Ã. Êðàêîâ è Ý.Ñ. Ïàðèëèñ èç èíñòèòóòà ýëåêòðîíèêè À.Í. Óç.ÑÑÐ.[33]. Äðóãèìè ñëîâàìè, æåëåçî ïðåäñòàâëÿåòñÿ ìîëåêóëîé àëþìèíèÿ, ò.å. Fe = Al2, a íèêåëü ìîëåêóëîé êðåìíèÿ ò.å. Ni = Si2. Ýòè ìîëåêóëû îáðàçîâàëèñü â ðåçóëüòàòå áîëåå ïëîòíîãî ñîåäèíåíèÿ äâóõ àòîìîâ, êîãäà àòîìû ñáëèæåíû íà ðàññòîÿíèå ïîðÿäêà äåéñòâèÿ ÿäåðíûõ ñèë. ßäðà ó òàêèõ àòîìîâ ïîëó÷àþòñÿ äâîéíûìè, à èíîãäà òðîéíûå è ìíîæåñòâåííûå. Áóäåì â äàëüíåéøåì íàçûâàòü òàêèå àòîìû «À Fewatoms». Çàìå÷àòåëüíûì ñâîéñòâîì òàêèõ àòîìîâ ñîñòîèò â âîçìîæíîñòè ïðèîáðåòàòü è óäåðæèâàòü èìè äîïîëíèòåëüíûå íåéòðîíû. Äåéñòâèòåëüíî, íàïðèìåð, àòîì àëþìèíèÿ óäåðæèâàåò âñåãî 14 íåéòðîíîâ, à Fewatoms àëþìèíèÿ, ò.å. æåëåçî óäåðæèâàåò óæå 30 íåéòðîíîâ âìåñòî 28. Òàêèì îáðàçîì, æåëåçî, ò.å. a Fewatoms àëþìèíèÿ ìîæåò ÿâëÿòüñÿ ÿäåðíûì òîïëèâîì, êàê âåùåñòâî ïðè äåëåíèè äàþùåå íåéòðîíû. Âàæíî çäåñü îòìåòèòü, ÷òî äëÿ äðîáëåíèÿ a Fewatoms íà ñîñòàâíûå ôðàãìåíòû òðåáóåòñÿ çíà÷èòåëüíî ìåíüøå ýíåðãèè, ÷åì ïðè èõ ñèíòåçå. Ïî âèäèìîìó, â ïëàíå ïîñòðîåíèÿ àòîìíûõ ðåàêòîðîâ æåëåçî áóäåò âûñòóïàòü êàê ñàìûé äåøåâûé òîïëèâíûé ìàòåðèàë. Åñòåñòâåííî, àòîìíûå ðåàêòîðû ìîæíî ñòðîèòü è íà äðóãèõ ìàòåðèàëàõ â òîì ÷èñëå è íà íèêåëå è íà ñïëàâàõ æåëåçà è íèêåëÿ.

Ïðè ïîâûøåííûõ ïëîòíîñòÿõ òîêîâ ÷åòíûå àòîìû äåëÿòñÿ ÷àñòî ïîïîëàì, õîòÿ ýòî ïðàâèëî íå âñåãäà âûïîëíÿåòñÿ. Äåéñòâèòåëüíî, íå÷åòíûå àòîìû ìîãóò äåëèòüñÿ è íà òðè ÷àñòè, íàïðèìåð, èòòðèé, êîòîðûé ñîñòîèò èç òðåõ àòîìîâ àëþìèíèÿ Y3989 = 3Al, Òåëëóð ñîñòîèò èç ÷åòûðåõ àòîìîâ àëþìèíèÿ Tå52128 = 4Al.

Òåðáèé èç ïÿòè àòîìîâ Tb65159 = 5Al. Ïëàòèíà èç øåñòè àòîìîâ àëþìèíèÿ Pt78195 = 6Al, à ïðîòàêòèíèé èç ñåìè àòîìîâ àëþìèíèÿ Pa91231 = 7Al, õîòÿ âîçìîæíû è äðóãèå êîìáèíàöèè àòîìîâ. Àíàëîãè÷íàÿ êàðòèíà íàáëþäàåòñÿ è ïðè àòîìíîì ñëèïàíèè àòîìîâ êðåìíèÿ. Òàê äâà àòîìà êðåìíèÿ îáðàçóþò íèêåëü Ni2859 =2Si. Ýòî äîêàçàíî àâòîðàìè ýêñïåðèìåíòàëüíî. Òðè àòîìà êðåìíèÿ îáðàçóþò ìîëèáäåí Mo4296 =3Si. Ýòî òàêæå àâòîðàìè äîêàçàíî ýêñïåðèìåíòàëüíî. ×åòûðå àòîìà êðåìíèÿ âîçìîæíî îáðàçóþò áàðèé Ba56137 = 4Si, ïÿòü àòîìîâ ìîãóò îáðàçîâàòü èòòåðáèé Yb70173 = 5Si, øåñòü àòîìîâ ìîãóò îáðàçîâàòü ïîëîíèé Po84209 = 6Si è òàê äàëåå.

Íà çåìíîì øàðå ãëàâåíñòâóþò àëþìîñèëèêàòû. Âîçìîæíî àëþìèíèé è êðåìíèé áîëåå ñòàáèëüíûå ýëåìåíòû è, â êîíå÷íîì ñ÷åòå, âñå ýëåìåíòû òàáëèöû Ä.È. Ìåíäåëååâà îáðàçîâàíû èç êîìáèíàöèè àëþìèíèÿ, êðåìíèÿ è ôðàêöèé ýòèõ æå ýëåìåíòîâ. Êàê áûëî ðàíåå ïîêàçàíî, ÷òî ïðè èìïóëüñàõ òîêà â ïåðâûé ìîìåíò âðåìåíè ïðîèñõîäèò äðîáëåíèå ýëåìåíòîâ æåëåçà è íèêåëÿ íà àëþìèíèé è êðåìíèé. Íî ïîñëå ïðåêðàùåíèÿ äåéñòâèÿ òîêà íàáëþäàåòñÿ ñëèïàíèå ôðàêöèé äðóã ñ äðóãîì. Íàïðèìåð, ïîëó÷åííûé îò äåëåíèÿ íèêåëÿ êðåìíèé âíîâü ïðèñîåäèíÿåòñÿ ê íèêåëþ, îáðàçóÿ ìîëèáäåí ïî ñõåìå:

Ni2859 + Si14 29 = Mo42 88 (31)

 

-- 25 --

Ýòîò ìîëèáäåí îòëè÷àåòñÿ îò ïðèðîäíîãî íåõâàòêîé íåéòðîíîâ, íî ÷àñòè÷íî îñâîáîäèâøèåñÿ íåéòðîíû ïî ñõåìå (30) óâåëè÷èâàþò ó ìîëèáäåíà ÷èñëî íóêëîíîâ.

Êîëè÷åñòâî íåéòðîíîâ ìîæíî óâåëè÷èòü çà ñ÷åò äåëåíèÿ áîëåå òÿæåëûõ àòîìîâ, íàïðèìåð, áàðèÿ èëè öèðêîíèÿ. Çäåñü áàðèé ïðè èìïóëüñíûõ òîêàõ ìîæåò

ïîäåëèòüñÿ íà äâà àòîìà íèêåëÿ, êîòîðûå áóäóò äåëèòüñÿ íà êðåìíèé ïî ñõåìå:

Âà56137 = 2Ni2859 + 19no = 4Si1428 + 25no (32)

Òàêèì îáðàçîì, îäèí àòîì áàðèÿ ïðè ðàñùåïëåíèè ìîæåò äàòü äî 25 íåéòðîíîâ. Çíàÿ, ÷òî æåëåçî ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñëèïøèåñÿ ïàðàìè àòîìû àëþìèíèÿ, ìîæíî äîâîëüíî êðàñèâî ïîÿñíèòü è àëþìîòåðìèþ. Äåéñòâèòåëüíî, åñëè ïðåäñòàâèòü ñìåñü àòîìàðíîãî àëþìèíèÿ è ìîëåêóëÿðíîãî àëþìèíèÿ, ò.å. ñëèïøåãîñÿ ïàðàìè, òî ïðèñóòñòâóþùèé êèñëîðîä áóäåò ñîåäèíÿòüñÿ ïðåäïî÷òèòåëüíî ñ àòîìàðíûì àëþìèíèåì. Ïîäîáíûå àòîìíûå ðåàêöèè îñóùåñòâëÿëèñü òàêæå ìíîãîêðàòíî â íàøèõ ýêñïåðèìåíòàõ ñîâìåñòíî ñ ÿäåðùèêàìè Ñëîâàêèè.

 çàâåðøåíèè ðàáîòû ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî óïðàâëÿåìûå àòîìíûå ðåàêöèè îñîáåííî äðîáëåíèå íà ôðàãìåíòû îêîí÷àòåëüíî ïîäòâåðæäåíû ìíîãî÷èñëåííûìè ñïåêòðîãðàôè÷åñêèìè èññëåäîâàíèÿìè â ëàáîðàòîðèè Ìèðîñëàâà Êîëëàðà ñ íåïîñðåäñòâåííûì åãî ó÷àñòèåì â ìíîãî÷èñëåííûõ ýêñïåðèìåíòàõ. À òàêæå ñ ïðèâëå÷åíèåì âûäàþùèõñÿ ó÷åíûõ Ñëîâàêèè ( óêàçàòü ôàìèëèèè ……… ) óäàëîñü îáíàðóæèòü äðîáëåíèå êðóïíûõ àòîìîâ ïðåèìóùåñòâåííî íà àëþìèíèé, êðåìíèé, êàëüöèé … , à ñ íèìè îêîí÷åí ïåðâûé ýòàï â óïðàâëÿåìîé àòîìíîé ýíåðãåòèêå. Âòîðûì ýòàïîì áóäåò âûáîð âåùåñòâ, ïðè êîòîðîì ìîæíî ïîëó÷èòü ìàêñèìàëüíûé óðîâåíü íåéòðîíîâ ïðè îòíîñèòåëüíî äåøåâîì èñïîëüçóåìîì ìàòåðèàëå. Íà òðåòüåì ýòàïå áóäåò îòðàáîòêà ïðèíöèïèàëüíûõ ñõåì ëàáîðàòîðíûõ ìàêåòîâ, à íà ÷åòâåðòîì ýòàïå – îòðàáîòêà îïûòíîãî îáðàçöà.

 

Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ

Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ïðîâîäèëèñü íà äåéñòâóþùåé óñòà- íîâêå (ðèñ.17). Îíà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé èíäóêöèîííóþ ïå÷ü, ðàáîòàþùóþ ñ …   -- 26 --

Òåîðåòè÷åñêîå îáîñíîâàíèå

5927Co ® 3,2,11H ® 5927Co = 56,57,5826Fe + 60,61,6228Ni + w , (33)   ãäå w – âûäåëÿåìàÿ ýíåðãèÿ, êîòîðàÿ ïîäñ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå [24, c. 53.]