Синтез благородных и редкоземельных металлов

Все слышали про алхимиков, многие знают про их попытки получить золото из свинца или ртути, но немногие знают, что эта фантастика уже давно стала реальностью. А именно трансмутация одних элементов в другие происходит во всех реакторах атомных электростанций (АЭС): уран превращается в ряд других элементов, в основном радиоактивных. Аналогичные реакции протекают при взрыве атомной бомбы, но в ускоренном режиме.

Также в ядерных ускорителях можно синтезировать золото и другие элементы, только это оборудование слишком дорогое и синтезированный продукт получается дороже природного.

Но есть ядерные реакции без радиоактивных процессов, их называют низкоэнергетическими ядерными реакциями. В них превращения элементов идут по другим малоизученным механизмам. Эти механизмы были обнаружены исследованиями А.В. Вачаева, Л.И. Уруцкоева, С.В. Адаменко, К.Шоулдерса и Б.В. Болотова.

Исследования в нашей лаборатории проводились на малых энергиях, но и благодаря им были зафиксированы в результате опытов ферромагнитные частицы, т.е. частицы, реагирующие на магнит, а изначально в реакторе была только медь и вода.

Согласно исследований ученых, используемые нами значения энергии находятся в нижней границе возможности для синтеза новых элементов. Для получения стабильного синтеза необходимы более мощные конденсаторы и возможность анализировать полученные образцы, чтобы подобрать наиболее оптимальные условия для синтеза благородных и редкоземельных металлов в промышленных масштабах.

Разработка экономически эффективной технологии получения синтезированных элементов (благородных и редкоземельных металлов).

Иначе говоря — это малозатратная в энергетическом плане технология синтеза золота, платины, палладия, родия, иридия,осмия (благородные металлы), а также скандия, иттрия, лантана, церия и др. редкоземельных металлов из металлов, которые не представляют такой серьезной ценности и весьма распространены (меди, свинца, железа и др.).

Проектирование промышленного реактора малой мощности для синтеза и разделения элементов.

В перспективе привлечение инвестирования для создания производства, способного в промышленных масштабах производить любые металлы и сплавы, в зависимости от потребностей. Главное — без необходимости добычи этих металлов.

Создание технологии утилизации радиоактивных отходов.

Исследованиями лаборатории Протон-21 подтверждена возможность утилизации радиоактивных отходов, причем в формате трансмутации радиоактивных отходов в нерадиоактивные изотопы других элементов. Что дает широкие перспективы стать первыми в этой отрасли. Поскольку она является скорее пассивной — т.е. строятся подземные высокозащищенные полигоны в расчете на тысячи лет складирования — возможно создать активную отрасль переработки подобных отходов в полезные металлы.

Подбор условий синтеза сверхтяжёлых элементов.

Исследованиями той же лаборатории подтверждена возможность синтеза неизвестных науке изотопов и металлов. В настоящих условиях — это высокозатратная область науки, связанная с созданием высокотехнологичных ускорителей и не способная перейти в промышленную область. Благодаря открытию стабильных изотопов с перспективными свойствами возможно создание прорывных технологий во всех сферах жизнедеятельности человека, начиная от наномикросхем и заканчивая приборами для медицины.

Поскольку мы понимаем, как сложно будет получить сразу все необходимое финансирование, мы разбили проект на несколько этапов (вариантов) по оборудованию и работам:

1. Химический элементный анализатор:

Цена одного анализа со всеми расходами на доставку в других лабораториях составляет 15000 руб. На первом этапе исследований необходимо сделать не менее 100 анализов при разных параметрах реактора и исходных веществах. Что составляет суммарно 1,5 млн. руб. и более. Гораздо целесообразнее приобретение анализатора и неограниченное его использование для получения целевых показателей в собственной лаборатории. Это не ограничит возможности проекта и можно будет провести гораздо больше опытов. Элементный анализатор был включен в состав промежуточного проекта.

2. Масс-спектрометр:

Использование масс-спектрометра вместо рентгенофлуоресцентного элементного анализатора позволит более чувствительно определять не только элементный состав получаемых в результате опытов продуктов синтеза, но и определять изотопный состав элементов, а также наличие изотопов, выходящих за пределы таблицы Менделеева. Это оборудование также необходимо для определения возможности трансмутации радиоактивных изотопов в нерадиоактивные.

Масс-спектрометр включили в состав максимального финансирования.

3. Оборудование для фиксации излучений:

Первоначально необходимо подтвердить факт трансмутации ядер без радиоактивных выбросов или с минимальным их фоном. В нашей лаборатории наблюдали за показаниями дозиметра, но от вспышек в реакторе на разных металлах не было превышения фона. Фиксировалось изменение цвета вспышки, яркость и мощность. Есть шанс, что из-за скоротечности процессов, может возникать короткий рентгеновский или гамма импульс, но бытовой дозиметр просто не успевает на него среагировать. А для фиксации таких данных необходимо специализированное оборудование, приобретение которого выходит за рамки этого проекта.

В опытах группы Уруцкоева применялась ядерная эмульсия (что-то типа фотографии для элементарных частиц), в ней радиоактивные излучения оставляют следы в виде линий, спиралей и т.д., рассматриваются под микроскопом и путём измерения длин, углов и др. их относят к разным типам частиц. Это очень старый метод и имеется по нему множество атласов и карт для идентификации частиц. В этих эмульсиях нашли новые частицы, которые вылетали из их реактора. Но эти частицы застревали в железе, о каком-то вредоносном воздействии неизвестно, но достаточно поставить стальной лист и они не проходят. Т.е. это уже и есть малоизученный момент, а классической альфа, бэта и гамма радиации там или мало или нет. По крайней мере изотопы синтеза стабильные, а то что во время вспышки идёт рентгеновский импульс никакой серьёзной опасности не несёт, он экранируется тем же листом стали.

4. Высоковольтная конденсаторная батарея:

По сведениям исследователей начиная с 200-300 Дж (порядка 1кВ) в импульсе можно фиксировать трансмутацию (в реакторе медные электроды и вода), у других в вакууме на медных электродах синтез при 1кДж (около 20кВ), и у Уруцкоева 50кДж на титановую фольгу в воде. Для наших опытных исследований были выбраны батареи в 2кДж 20кВ. А конструкция реактора и среда, где утилизируются эти импульсы энергии, уже не так важны. Если смотреть на максимальные энергии, описанные в литературе – 50 кДж, то по габаритам такая батарея будет большой и вся установка потребует небольшого ангара, который при необходимости в такой конструкции будет заземлен всем корпусом для снижения помех на радиосеть.

5. Камера реактора:

В ранних опытах использовался полипропиленовый бытовой контейнер, внутри которого замыкались медные электроды. Электроды были подключены к батарее электролитических конденсаторов, которая максимально заряжалась до 350В и максимальный запас энергии был около 600Дж на каждый взрыв.

Также сама камера может быть изготовлена из различных материалов и т.д. В проекте рассматривается полипропиленовая бочка на 100 л, в ней можно спокойно взрывать по несколько кДж в разряде. Что касается опытов, в промышленном масштабе она, конечно, от УФ (возможно и более коротких волн) будет рассыпаться, т.е. в промышленном реакторе нужно использовать металл.

6. Камеры видеоконтроля:

Для контроля хода проекта будут поставлены пару web-камер, которые будут транслировать изображение в Интернет по выделенному каналу. Возможно одна из камер будет помещена в шкаф с реактором.

Для выбора оптимального режима для синтеза в процессе опытов будут меняться:

а) Сечение электродов:

Чем тоньше электроды, тем больший ток пойдёт на единицу сечения электрода, а значит и приведёт к более сильным взрывным процессам. Т.е. нужно подбирать сечения проводников для электродов. Возможно, подойдёт установка автоматической подачи сварочной проволоки. Такая проволока в основном состоит из стали с медным покрытием. В промышленной установке нужно будет устанавливать стандартные бобины с этой сварочной проволокой, которая будет подаваться в реактор, где и будет преобразовываться в порошок...

б) Зазор между электродами и автоматически регулируемое напряжение разрядов:

Скорее всего, большая часть синтеза идёт на аноде в процессе взрывных явлений. Поэтому тут нужно выдерживать зазор между электродами.

В реакторе изначально будут установлены 2 электрода с зазором, при котором пробой будет при начальных 5кВ. По мере "сгорания" электродов при разрядах (не чаще 1 в секунду), зазор будет увеличиваться, возрастёт напряжения разряда до 20кВ. Таким образом, с каждым новым разрядом будет расти энергия разряда, а, значит, могут быть различия в синтезе по мере «сгорания» электродов.

Мощность разряда определяет типы реакций и виды получаемого продукта, мощность питания определяет в большей степени скорость наработки.

в) Фронт импульса:

С помощью осциллографа контролируются электрические параметры импульсов в реакторе, одним из важных параметров этих импульсов является скорость спада напряжения или фронт импульса, время которых должно быть менее 100 наносекунд, в нашей лаборатории фиксируется около 25нс. В некоторых исследованиях упоминается фронт до 1 наносекунды.

г) Металлы электродов:

Электротехническая медь из силового кабеля должна идти чище чем 99,9% (согласно данным производителя). В разных тестах были опробованы магний, вольфрам, алюминий, сталь, титан.

Согласно исследований лаборатории "Протон-21" как правило синтез новых элементов происходил с увеличением а.е.м. относительно исходного элемента. Таким образом, элемент, из которого будет состоять электрод, выбирается в расчете получения в результате синтеза благородных металлов, редкоземельных металлов и стабильных изотопов, неизвестных современной науке.

Также для опытов будут использованы различные сплавы.

д) Среда в реакторе:

Во всех средах исследователи наблюдали синтез (воздушной и вакуумной). Где лучше/больше выход по синтезу также можно узнать опытным путем.

Нами был выбран пробой воздуха между электродами. Здесь размеры электродов не принципиальны. Из отрицательного электрода стартует лавина электронов, по пути взаимодействует с атомами воздуха и, врезаясь в положительный электрод, приводит к взрывным процессам на его поверхности.

Несколько образцов были получены только в воздушной атмосфере, в воздухе также есть вода, во время теста ёмкость заполняется бурым газом - оксидами азота. Оксиды вступают в реакцию с водой с образованием азотной кислоты... В данном случае воздушная среда изменяется в процессе работы. Окисление азота воздуха происходит как минимум за счёт жёсткого УФ из вспышки. Один из образцов получался при продувке ёмкости водяным паром из УЗ увлажнителя воздуха (холодный пар), здесь потребление несколько выше. При наличии воды могут протекать побочные процессы с расходом электричества.

То, что сразу бросается в глаза, и многие это замечают, усиление взрыва, когда электроды смочены водой. Получается, что от батареи мы вносим одну энергию и видим светошумовой эффект, а когда электроды увлажнены (дистиллированная вода), то этот эффект усиливается. Т.е. невооружённым глазом виден прирост энергии от воды. Можно допустить, что вода ускоряет лавинный процесс испускания электронов катодом, а более быстрый их выброс приводит к большей концентрации энергии в единицу времени.

Методика синтеза у Уруцкоева и Адаменко различная, но в обоих случаях нужно проводить перезарядку реактора после одного разряда, а на это уходит время, что для промышленного варианта неэффективно. Но они и не стремились к какому-либо внедрению в промышленное производство. После долгого анализа различных реакторов в плане технологичности оба этих варианта были признаны слишком сложными. Поэтому поиски простого варианта в плане технологичности приводят к несколько другой схеме реактора. Как главное условие - применение подходящих конденсаторов: батарея в 2кДж 10-20кВ в эксперименте для безопасности будет заряжаться где-то наполовину, т.е. до 1кДж, что будет соответствовать работам лаборатории "Протон21".

В реакторе в результате разрядов между электродами образуется мелкодисперсная пыль, которая оседает и скапливается в виде порошка. В порошке наблюдаются продукты синтеза, в лаборатории "Протон21" чаще всего фиксировались элементы и стабильные изотопы, имеющие атомные массы выше начального элемента.

В промышленной же установке хотелось бы ставить толстые электроды или параллельные шины так, чтобы процесс «сгорания» электродов шёл долго. В результате сотен замыканий электродов и скапливается порошок с кусочками электродов. В таком виде перезарядка реактора будет реже. Хотелось бы за цикл проводить сотни и тысячи разрядов. Такой формат для промышленной установки будет хорош, но будут ли идти нужные реакции при толстых электродах можно будет проверить на экспериментальной установке. Изначально проще всего в реакторе иметь воздушную атмосферу. Сложнее и дороже реализовывать с вакуумом. Можно также повторить опыты Уруцкоева, но там скорее всего нужно организовывать подачу какой-то проволоки автоматом, в общем сложнее для промышленной установки.

Одной из ключевых задач проекта является получение благородных и редкоземельных металлов с использованием более распространенных, потому были исследованы все результаты в этой области у других ученых, получавших в своих лабораториях синтетические элементы.

У Болотова своя теория мироздания, где он отрывает/цепляет альфа частицы к атомам, так и получается на один атомный номер выше. И установка Болотова несколько туманна, нет таких понятных моментов, как у Уруцкоева. Более реалистично выглядит целый спектр элементов после синтеза, а не один, как указывает Болотов. У всех используются электроны относительно низких энергий (напряжение), но высокой плотности (ток). Когда Болотов расписывает свою установку, то можно представить некий мощный сварочный аппарат с дополнительной приставкой формирования высоковольтных импульсов. Смысл в том, что зажигается обычная сварочная дуга при большом токе, а его приставка позволяет создавать в этом токе короткие высоковольтные импульсы. Вот во время этих импульсов и происходит синтез, всё сводится к коротким очень мощным импульсам под несколько кВ. Можно представить этот тигель с расплавленным свинцом, через который пропускаются эти импульсы, постепенно накапливается новый элемент, сплав меняется, а значит эти импульсы будут также воздействовать и на новый элемент. К примеру, в свинце накапливается золото, но одновременно оно же должно частично переходить и в другой элемент. Т.е. логически там должен получиться спектр разных элементов, а не так что поместил в реактор свинец, а получил золото. Вот у Уруцкоева и Адаменко ясно показано, что как раз и получается целый спектр элементов.

Подробнее изучить технологию можно будет на сайте проекта: http://techno-all.com.