Эпопея с ультразвуковым термоядом продолжается

Не исключено, что свет, порожденный в процессе сонолюминесценции в дейтериевых жидкостях, несет в себе и отпечаток термоядерной реакции (изображение с сайта www.nature.com)
Не исключено, что свет, порожденный в процессе сонолюминесценции в дейтериевых жидкостях, несет в себе и отпечаток термоядерной реакции (изображение с сайта www.nature.com)

Не стихает полемика по поводу сенсации 2002 года: «термоядерной реакции в стакане с водой». Масла в огонь подливают новые опыты, проведенные по усовершенствованной методике, которые по-прежнему «видят» следы ультразвукового термояда.

Сонолюминесценция — свечение, порожденное ультразвуковой волной, — полвека не давала физикам покоя. Какие только экзотические механизмы не привлекались для объяснения совершенно загадочного спектра этого свечения! Лишь несколько лет назад в результате массированного экспериментального изучения этого явления был понят его механизм: сверхзвуковое сжатие кавитационного пузырька и разогрев среды до десятков тысяч градусов (см. статью Сонолюминесценция: загадки, идеи, объяснения). Это явление уже нашло применение в химии, материаловедении и даже в медицине.

Недавно сонолюминесценция преподнесла еще один сюрприз, уже совершенно иного рода. В 2002 году эксперименты интернациональной группы физиков под руководством Р. Талеярхана показали, что при сонолюминесценции в дейтериевом ацетоне рождались нейтроны и образовывался тритий. Это наводило на мысль, что в экстремальных температурных условиях внутри кавитационного пузырька «зажигалась» реакция термоядерного синтеза (ультразвуковой термояд).

Эти сенсационные результаты сразу же стали полем битвы, которая длится уже несколько лет. Критика экспериментов Талеярхана (см., например, заметку Ультразвуковой термояд: критический анализ) сводилась к трем основным пунктам:

  • Температуры, необходимые для термоядерной реакции слияния дейтерия, составляют миллионы градусов, однако до сих пор все измерения температуры внутри пузырька давали результаты не выше сотни тысяч градусов.
  • Экспериментально установлено, что в летучих органических жидкостях сонолюминесценция идет хуже, чем в воде.
  • Сама постановка эксперимента с использованием внешних нейтронов вызывала множество нареканий и могла привести к целому ряду неучтенных погрешностей.

Тем временем, новые опыты Талеярхана и его коллег продолжают подтверждать наличие нейтронного сигнала. В их свежей статье, R. P. Taleyarkhan, Physical Review Letters 96, 034301 (27 January 2006), приводятся результаты экспериментов, поставленных по усовершенствованной методике. Отметим ключевые ее моменты:

  • Для инициирования кавитации использовался не внешний, а «внутренний» источник нейтронов: урановые соли, растворенные в рабочей жидкости. Это автоматически устраняет проблему внешних нейтронов. Напомним, что в ранних опытах Талеярхана был мощный внешний нейтронный поток, из которого потом «выцарапывались» немногочисленные нейтроны, рожденные в термоядерной реакции.
  • В качестве рабочей среды использовались различные жидкости. Эксперименты в органических жидкостях показали наличие нейтронов, эксперименты с тяжелой водой — нет. Фактически, авторы пытаются доказать, что их данные не противоречат предыдущим экспериментам, поскольку подавляющее большинство из них проводилось именно с водой.

Кроме того, стоит отметить, что в новой работе приводится гораздо более подробное описание как системы детекторов (которая к тому же была значительно усовершенствована), так и хода экспериментов, а результаты предъявляются с большей тщательностью, чем ранее.

Результат опытов таков: нейтронный сигнал наблюдается и без внешнего источника нейтронов. Статистическая значимость сигнала столь велика, что никакой «игрой случая» его уже не объяснить. Авторы считают этот сигнал безоговорочным проявлением ультразвукового термояда.

Для критически настроенного читателя остаются, впрочем, и темные моменты. Во-первых, совершенно непонятно, зачем вообще использовать элементарные частицы (как внешние нейтроны, так и альфа-частицы, испущенные ураном) для создания кавитации. Ведь известно, что сонолюминесценция прекрасно возникает и сама по себе в сосуде с жидкостью при достаточно сильной звуковой волне. Во-вторых, как утверждают авторы в своей теоретической статье R. I. Nigmatulin et al., Physics of Fluids 17, 107106 (25 October 2005), скорость конденсации на границе пар—жидкость как раз очень мала в воде, но велика в органических жидкостях, и именно поэтому температуры в миллионы градусов кажутся им вполне достижимыми. Но как это можно согласовать с экспериментальными данными об ухудшении сонолюминесценции в летучих жидкостях?

Для ответов на эти вопросы крайне нужны эксперименты независимых исследовательских групп. Как сообщает журнал Nature, два виднейших специалиста по сонолюминесценции, Кеннет Саслик (Kenneth Suslick) и Сет Паттерман (Seth Putterman), которые не смогли воспроизвести результаты Талеярхана, в ближайшее время планируют посетить его лабораторию и увидеть эксперимент в действии.

Если же термоядерная реакция в этих условиях действительно подтвердится, то встанет один-единственный вопрос: почему опыты Талеярхана находятся в таком вопиющем противоречии со всей совокупностью экспериментальных данных по сонолюминесценции (а значит, и с теоретическими моделями, которые были построены на этих данных), полученными за последние десятки лет? Поиск ответа на него будет настоящим приключенческим романом.

Игорь Иванов


2
Показать комментарии (2)
Свернуть комментарии (2)

  • seasea  | 06.02.2006 | 07:06 Ответить
    Много путаницы, когда говорят об интенсивности сонолюминесценции в разных жидкостях. На самом деле все очень просто. Для «хорошей» сонолюминесценции нужны только два свойства жидкости. 1) Низкое давление насыщенных паров и 2) произведение плотности на квадрат скорости звука должно быть большим. Второе условие определяет несжимаемость, т.е. условие наиболее эффективной передачи кинетической энергии от жидкости к пузырьку. В таблице показаны эти характеристики для различных жидкостей. В последнем столбце — экспериментальные данные из книги Маргулиса.

    Саслик немного не угадал, когда выбрал серную кислоту для своих экспериментов. А уж с ацетоном ребята Нигматуллина совсем промахнулись.d>-tr> tr> >2>3d>-tr> >2>1d>->
    Жидкость
     
    Скорость звука
    при 20°С, м/с
    Плотность
    при 20°С, кг/м3
    ρ с2,
    Дж/м3
    WSL,
    отн. ед.
    Ртуть14531360028,71 -
    Глицерин192312704,7028
    Серная кислота144018303,79->
    Этиленгликоль165811153,07>22
    Анилин165610232,81
    Нитробензол146012002,56td>-
    Морская вода153110302,41-
    Вода148410002,206
    Касторовое масло14778501,85-
    Дисульфид углерода114912901,70-d>
    Бензол13249001,58
    Толуол13288661,53
    Керосин13248001,40
    Четыреххлористый
    углерод
    92015951,35-
    Дизельное
    масло
    12508501,33-
    Этанол12077901,15
    Ацетон11748101,12
    Метанол11037920,96
    Этиловый эфир9857140,69-
    Ответить
  • Роман.Р.Ч.  | 01.03.2006 | 00:12 Ответить
    кроме всего прочего, при наличии нейтронов это может быть реакция электронного катализа, которая следует из трехполюсной модели единого поля.
    Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»