В последнее время появились сообщения об обнаружении чрезвычайно интересного с физической точки зрения и перспективного для практического использования эффекта. Суть этого эффекта заключается в аномально высоком тепловыделении в некоторых теплоэнергетических установках. Сюда, по–видимому, в первую очередь следует отнести теплогенератор изобретателя Потапова из Рубцовска. Целью данной работы является обсуждение физической природы наблюдаемого аномального тепловыделения.

Прежде всего следует отметить, что аномально большое выделение тепла наблюдалось в водной среде в режиме развитой кавитации. Высказано предположение о том, что высокие температуры и давления, возникающие на стадии схлопывания кавитационного пузырька, приводят к инициированию ядерной реакции синтеза. В качестве наиболее вероятной реакции указывается реакция синтеза протона и дейтона с образованием ядра . Исходные дейтоны появляются вследствие наличия в природной воде малых примесей тяжелой воды D₂O. Прежде чем анализировать возможность ядерных превращений в указанных условиях, представляется целесообразным определить условия, необходимые для осуществления самоподдерживающейся реакции термоядерного синтеза:

1. Реакция синтеза в звездах.

В настоящее время имеется устоявшаяся точка зрения на физические процессы, приводящие к подтверждению свечения звезд. Характерным примером является Солнце – звезда, состоящая в основном из водорода и гелия. В центре Солнца температура составляет 1,5´ 10⁷ K, а давление превышает 10¹⁶ Па. Газ сжат здесь до плотности около 1,5´ 10⁵ кг/м³, т. е. средние расстояния между протонами составляют величину ~ 0,2 . Но даже при таких экстремальных условиях реакция синтеза двух протонов с образованием дейтона затруднена, что приводит к очень малому удельному энерговыделению. Ограничение связано с очень малым сечением позитронного распада протона:

.

С появлением дейтона цепочка дальнейших превращений идет совершенно свободно.

2. Установки по исследованию управляемого термоядерного синтеза.

В установках термоядерного синтеза используются исходные материалы с высоким содержанием дейтерия и трития. Интерес представляют опыты на установках с инерционным удержанием плазмы. В этом случае берется крупинка дейтерий-тритиевой смеси и разогревается внешним источником до температур 10⁸ K и давлений 10¹⁷ Па. При этом исходная концентрация частиц n ~ 5´ 10²⁸ м^-3 при сжатии увеличивается в 10³ раз и более. В установках подобного типа – “Шива”, “Ангара”– уверенно регистрируются быстрые нейтроны, свидетельствующие о существовании реакции синтеза.

Рассмотрение условий возникновения синтеза легких ядер показывает, что если имеется специально подготовленное исходное вещество (дейтерий-тритиевая смесь), то необходим разогрев до температур ~ 10⁸ K и давлений ~ 10¹⁷ Па. Если же в качестве исходного вещества взята протон-электронная плазма, то реакция синтеза ограничена в значительной степени малой вероятностью реакции позитронного распада протона.

Параметры плазмы, образующейся при схлопывании кавитационного пузырька, следующие: температура ~ 10⁴ K, давление ~ 10⁹ Па, длительность импульса давления ~ 10^-6 с. По-видимому, эти величины (температура, давление) могут быть повышены использованием акустического резонанса, когда схлопывание кавитационного пузырька происходит в условиях повышенного давления в области нахождения кавитационной полости. Но даже если использование резонанса даст повышение температуры и давления на порядок (что весьма сомнительно), получаемые параметры плазмы существенно ниже тех, при которых следует ожидать реакции синтеза легких ядер, особенно если учитывать малую концентрацию дейтерия в этой плазме. Таким образом, физический механизм аномального тепловыделения, связанный с возникновением реакции синтеза легких ядер при схлопываниях кавитационных полостей, может считаться несостоятельным.

Гораздо более вероятным представляется другой физический механизм аномального тепловыделения. Атомы водорода, имеющие малые атомные радиусы, являются типичными примесями внедрения для металлов. Если каким-либо способом добиться высоких степеней заполнения октаэдрических и тетраэдрических междоузлий в металле водородными атомами, то их концентрация может достигать очень больших значений (больше 10²⁸ м^-3), сравнимых с концентрацией частиц внутри звезд. Остается, правда, ограничение, связанное с малым сечением реакции превращения протона в нейтрон. Однако именно здесь решающее значение может иметь наличие в природной воде малого содержания тяжелой воды. Процесс синтеза может быть представлен в следующем виде. При схлопывании кавитационной полости вблизи поверхности металла и на самой поверхности он сопровождается импульсом давления ~ 10⁹ Па. Под действием таких давлений происходит интенсивная инжекция протонов и дейтонов в металл, причем достигаются высокие степени заполнения междоузлий. Каждый дейтон в образующейся сверхрешетке окружен протонами, находящимися на расстояниях < 1 , что позволяет предположить реакцию синтеза.

Другой дополнительной возможностью, которая, по-видимому, должна быть рассмотрена, является электронный захват протоном в поле кристаллической решетки, при котором протон превращается в нейтрон и в итоге образуется дейтон:

Проверка действительного механизма аномального тепловыделения, если в качестве исходной предпосылки взяты процессы, происходящие внутри металла, может быть достаточно простой. Эффект аномального тепловыделения в этом случае должен существенным образом зависеть от используемых в установке металлических конструкционных материалов (тип решетки, постоянная решетки).