A. Kladov

Такое название работы вытекает из того, что главным действующим фактором в представленных технологических процессах является кавитация. В научно-технической литературе широко известно, что кавитация является весьма сильным деструктивным фактором. Однако, для деструкции материи (ядер химических элементов) обычная ультразвуковая кавитация недостаточна. Для этого процесса необходимо использовать ультразвуковую кавитацию с интенсивностью излучения более 1 МВт/м². Целью данной работы является демонстрация реальной возможности кавитационной деструкции материи на примере трансмутации различных химических элементов с показом, по крайней мере, трех основных режимов деструкции:

Лабораторная ультразвуковая установка состоит из гидродинамического генератора звука роторного типа, электромотора и средств контроля технологических параметров. Схема установки представлена на рис. 1. Активатор изготовлен из нержавеющей стали. Охлаждение осуществляется теплообменником пластинчатого типа, изготовленным из нержавеющей стали. Контроль технологии осуществлялся с помощью термометров Т1 в рабочей камере активатора, Т2, Т3 - на выходе и входе активатора, Т4, Т5 - на входе и выходе охлаждающей воды, манометров Р1 - в рабочей камере активатора, Р2 - на входе в активатор, расходомерами Q1 - расход радиоактивного раствора, Q2 - расход охлаждающей воды, амперметром, счетчиком электроэнергии Е - потребление электрической энергии. Два последних прибора на схеме не показаны

Для измерения технологических параметров установки были использованы обычные средства контроля.

На рис. 2 показано суммарное действие ультразвукового активатора на раствор хлорида цезия-137 в воде. В данном разделе перечислены лишь основные эксперименты с краткими примечаниями. Дополнительные комментарии к результатам экспериментов см. в разделе 5 "Дискуссия".

После 20-часовой обработки в раствор, который находился в установке, было добавлено 16 mл свежего радиоактивного хлорида цезия и активатор был включен в работу на второй 20-часовой период обработки. Снижение радиоактивности раствора составило 62,7 %.

На третий 20-часовой период обработки в раствор было добавлено 24 mл радиоактивного цезия 137 и 10 мг стабильного хлорида цезия. Снижение радиоактивности раствора составило 65,1 %.

На четвертый период было добавлено соответственно 24 mл Cs-137 и 100 мг стабильного хлорида цезия. Снижение радиоактивности раствора составило 33,2 %.

На пятый период было добавлено 24 mл Сs-137 и 1000 мг стабильного хлорида цезия. Снижение радиоактивности раствора составило 58,2 %.

После пятого периода в установку было добавлено еще раз 24 mл Cs-137 и 1000 мг стабильного хлорида цезия и осуществлен второй период сорбции в течение 90 часов без работы активатора. Результаты измерения радиоактивности раствора еще раз подтвердили тот факт, что сорбции не влияет на процесс снижения радиоактивности раствора в ультразвуковой установке.

После второго периода сорбции в раствор было добавлено 230 mл Cs-137 и активатор был включен в работу. Снижение радиоактивности раствора составило 43,2 %.

Наблюдения третьего механизма деструкции радионуклидов в данном эксперименте было возможно по величине уменьшения количества обрабатываемого раствора и по индикации энергии излучения в далекой коротковолновой части спектра электромагнитного поля. Уменьшение количества раствора путем испарения или утечки было исключено тем, что герметичность установки контролировалась в течение всего эксперимента. Результаты измерения уменьшения массы обрабатываемого раствора представлены на рис. 3, а результаты индикации коротковолнового электромагнитного излучения на рис. 4.

Далее, на рис. 5 представлено измерение частиц высоких энергий черенковским счетчиком с радиатором из органического стекла, а на рис. 6 результаты измерения нейтронов.

В следующем эксперименте в обрабатываемый раствор цезия-137 было добавлено 8,94 МБк кобальта-60. Результаты измерения активности раствора в процессе обработки показаны на рис. 7. Результаты гамма спектрометрических измерений проб раствора до и после обработки даны в табл. 3. По окончании эксперимента было произведено осаждение всех растворенных химических элементов кроме цезия. Осадок был высушен и отдан на полуколичественный спектрометрический анализ. Результат анализа представлен в табл. 4.

Для того, чтобы стали понятны результаты представленных экспериментов, необходимо установить, что не всякая кавитация способна инициировать ядерные реакции. В настоящее время специалисты различают, по крайней мере, три типа кавитации:

(1)

R₀ - начальный радиус сферы жидкости, которая участвует в движении при схлопывании пузырька.

R_k - радиус пузырька в конечной стадии схлопывания;

ρ - ολξтность жидкости;

Q - количество жидкости, втекающей в пузырек за единицу времени;

В приведенном уравнении (1) важнейшим моментом является правильная установка границ интегрирования. С теоретической точки зрения, в статике границами интегрирования являются нуль и бесконечность с возможностью получения бесконечной энергии кавитационного пузырька. Наша установка и наш объект, на который мы хотим воздействовать, имеют конечные размеры. Поэтому мы можем установить конечные границы интегрирования. Верхняя граница может быть, например, установлена на радиусе от центра пузырька, где перемещение жидкости, заполняющей пузырек, равно диаметру молекулы воды. Имеем возможность не устанавливать эту границу очень точно, потому что она не является решающим фактором а, кроме того, в динамике эта граница устанавливается автоматически. Сигнал движения передается со скоростью звука, поэтому верхняя граница не может превысить половину длины звуковой волны. Нижняя граница должна соответствовать размеру того объекта, на который направлено воздействие кавитационного коллапса. В данном случае это может быть размер радиуса ядра элементов.

После образования пузырька начинается его рост под действием растягивающих напряжений в жидкости и одновременное заполнение растворенным в ней газом и насыщенным паром. В зависимости от длительности этого процесса давление внутри пузырька повышается до определенного уровня. Максимальное давление в пузырьке может вырасти до суммы давлений газов и насыщенных паров. Давление в жидкости складывается со статической и динамической (звуковое давление) частей. Когда скорость движения оболочки пузырька станет равной нулю, закончится подготовительный полупериод формирования и пузырек будет готов для работы в основном полупериоде в полупериде коллапса. Именно этот момент изображен на рис. 8. Последующее движение кавитационного пузырька в режиме коллапса рассмотрим по отдельным стадиям.

Под воздействием давления в жидкости оболочка пузырька начинает движение по направлению к центру с повышающимся ускорением рис. 9. За счет термодинамических газовых процессов в кавитационном пузырьке повышаются давление и температура. Нарастающее давление в пузырьке препятствует дальнейшему сжатию. Эта стадия в научно-технической литературе считается конечной.

Под воздействием ультразвука сверхвысокой интенсивности кавитационный пузырек запасает кинетическую энергию, достаточную для преодоления давления, возникшего в конце второй стадии. Оболочка пузырька за счет повышающегося ускорения достигает скорость, выше скорости звука, и в этот момент изменяются условия внутри пузырька (см. рис. 10). Содержание пузырька начинает конденсироваться на внутренней стороне оболочки пузырька, а поэтому снижается давление в пузырьке. Оболочка пузырька поэтому может уменьшаться далее. Движению стенки (сферы) пузырька по направлению к центру уже ничто не препятствует, а ускорение стенки постоянно повышается. Благодаря повышающемуся ускорению повышается плотность вещества оболочки пузырька, которая достигает величины плотности ядерной материи.

Скорость движения оболочки пузырька к центру равна скорости звука. Известно, что обозначенные условия в кавитационном пузырьке (P_b ~ 10³ MПa, T ~ 10⁴ °K) являются конечными для процесса коллапса. Наши эксперименты однако показали, что процесс коллапса продолжается значительно дальше.

Если скорость движения оболочки пузырька к центру много больше скорости звука, то наступает процесс обратной диффузии вещества из пузырька на стенку. Ускорение движения оболочки пузырька постоянно повышается благодаря чему плотность тонкого слоя оболочки повышается и достигает плотность ядерной материи.

В последней стадии пузырек захлопнется и при этом выделится кинетическая энергия (см. рис. 11). Эта энергия является спусковым механизмом различных ядерных реакций. От величины энергии зависит тип ядерного процесса. При меньшей энергии протекает процесс синтеза. При энергии средней величины протекает процесс деления. При большей энергии протекает процесс превращения материи в энергию. Экспериментально мы установили, что одновременно протекают все три процесса, но в разных соотношениях. Лимитирующим фактором является настройка технологических параметров активатора.

Движение оболочки пузырька к центру закончилось и пузырек захлопнулся. Кинетическая энергия движения вещества превратилась в энергию активации различных. реакций. Энергия коллапса может достигать ~ 10²¹ eV. Эта энергия достаточна для того, чтобы в кавитационном пузырьке в коллапсе протекали различные ядерные реакции. Экспериментальные наблюдения процесса кавитационной деструкции материи выявили широкий спектр ядерных реакций протекающих в ультразвуковом активаторе.

Механизм деструкции наглядно объясняется на основе простейшей капельной модели изображенной на рис. 12. Для того, чтобы две капли ядерной жидкости слились в одну, необходима дополнительная энергия. Эту энергию передает каплям кавитационный пузырек в конце своего коллапса. Энер-гию поверхностного натяжения ядерной жидкости можно оценить по формуле:

, (2)

R=1,1Ч A^1/3Ч 10^-15 m (3)

(4)

На рис. 13 этот тип кавитационной деструкции материи изображен на схеме. Это физическая модель слияния ядер в кавитационном пузырьке в момент коллапса.

На рис. 14 некоторые процессы слияния ядер изображены на П-Н диаграмме. Большинство процессов слияния происходит на стабильные состояния ядер. Ниже будут представлены экспериментальные доказательства реальности описанных процессов.

Этот механизм деструкции тоже удобно объяснить с помощью капельной модели, только на этот раз речь пойдет о делении капли на несколько фрагментов. Отличие предлагаемого механизма деления капли на несколько фрагментов заключается в том, что капля вначале подвергается всестороннему сжатию в кавитационном пузырьке рис. 15.

В процессе сжатия капля приобретает необходимую энергию для разрыва на несколько частей. Увеличение поверхностной энергии при делении капли на n частей:

D E = s Ч D S = 12,8Ч 10^-13Ч АЧ (n^1/3 - 1) [Дж] (5)

Механизм деструкции остался такой же, как в первом случае, изменились лишь условия. В данном случае также необходимо ввести в ядро дополнительную энергию. Для процесса деления ядра ¹³⁷Cs на 5 фрагментов, как изображено на рис. 16 эта энергия равна примерно 70 МэВ. На рис. 17 процесс деления ядра цезия на 5 частей изображен на П-Н диаграмме.

На ядерном уровне этот процесс представляется в виде разрыва ядра на отдельные барионы, мезоны или фотоны (лептоны) рис. 18. Наименьшими структурными элементами из группы барионов в данном случае являются нуклоны, составляющие ядро. Свободные нейтроны при этом распадаются на протон, электрон и электронное антинейтрино:

(6)

Когда радиус сжимающегося ядра станет равным величине гравитационного радиуса (радиус сферы Шварцшильда), сжимающееся ядро станет микроскопической черной дырой. Микроскопические черные дыры с массой менее 10¹⁵г неустойчивы и согласно гипотезе Хокинга теряют энергию "испарением", как черное тело.

(7)

R_g - гравитационный радиус.

(8)

Вычисления по формулам (7, 8) дают величину длины волны излучения для ядра цезия равную 3Ч 10^-51 м. Это излучение обладает исключительно большой проникающей способностью и поэтому свободно уходит за пределы Земли. В настоящее время не существует приборов для его прямого измерения. Можно воспользоваться косвенными измерениями, например, по убыли массы обрабатываемого вещества или по изменению температуры микропористого электропроводящего вещества, которое способно поглощать электромагнитное излучение. Результаты экспериментальной проверки данного процесса приведены ниже.

которая отдельно показана на рис. 19. После обработки проба раствора из активатора была отдана на анализ в Исследовательский Институт Водного Хозяйства в Братиславе. В результате анализа методом атомной абсорбции было установлено общее содержание бария, гадолиния, алюминия, калия, цезия. Если от количества бария, установленного анализом, вычтем количество бария от распада радиоактивного цезия и внесенного со стабильным цезием, то получим количество бария, образовавшегося в результате действия кавитационной деструкции. Этот остаток бария 0,00862 мг/л в 150 раз превышает ошибку измерения. Поэтому измеренная концентрация бария может быть доказательством реальности ядерной реакции синтеза. Эта реакция экзотермична, поэтому для ее осуществления необходимо лишь придать энергию активации.

Гадолиний получается по эндотермическим реакциям (10, 11) добавлением к ядру ¹³⁷Cs молекулы воды или радикала ОН:

¹³⁷Cs + H₂O а ¹⁵⁵Tb а ¹⁵⁵Gd (10)

¹³⁷Cs + OH а ¹⁵⁴Gd (11)

Несмотря на то, что общее содержание гадолиния в обработанном растворе было установлено на пороге чувствительности прибора, нет оснований сомневаться в реальности протекания реакций (10, 11). Схема реакции (11) показана рис. 20. Реакция (10) протекает с меньшей вероятностью, чем реакция (9). Это видно по энергии реакции. В реакции (9) выделяется 8,465 MeV энергии, а в реакции (10) поглощается 5,45 MeV. Реакции (11) еще более эндотермична (см. рис. 20). Поскольку энергии в коллапсирующем пузырьке неограниченное количество для осуществления обычных ядерных реакций, то необходимо лишь правильно настроить технологические параметры. Покажем примеры осуществления еще более эндотермичных ядерных реакций. На рис. 21 показана схема получения платины путем добавления к ядру цезия ядра железа по реакции:

¹³⁷Cs + ⁵⁸Fe ¹⁹⁵Tl ¹⁹⁵Pt (12)

Одним из возможных практических приложений данного способа может быть, например, синтез металлов платиновой группы. На рис. 22 показана схема получения золота путем слияния ядер цезия и кобальта по реакции:

137Cs + ⁶⁰Co ¹⁹⁷Pb ¹⁹⁷Au_stable (13)

Соединяя ядро цезия с двумя ядрами кобальта получим свинец по реакции:

137Cs + 2∙⁶⁰Co ²⁵⁷X₁₀₉ ²⁰⁵Bi ²⁰⁵ Pb (12)

схема этой реакции показана на рис.23. Из приведенных схем (см. рис. 19 - 23) видно, как увеличивалась энергия, необходимая для осуществления реакций. Несмотря на достаточно большие величины энергии, количества образующихся химических элементов были такими большими, что для их идентификации использовали обычные спектрометрические методы. Производительность активатора даже на лабораторном уровне довольно высокая. В табл. 2 приведены результаты обработанных первичных данных масс спектрометрического анализа осадка после обработки водных растворов стабильного хлорида цезия и хлорида лития, которыми мы занимались на более ранних этапах работы. Из табл. 2 видно, как по мере увеличения длительности работы активатора, увеличивается число образующихся химических элементов, как изменяется их концентрация. Большая доля образовавшихся элементов имеет в ядре "магическое" число нуклонов, т.е. представляет группу наиболее стабильных химических элементов.

Широкий спектр образующихся элементов объясняется техническим и технологическим несовершенствами нашей лабораторной установки. Часть этих недостатков можно устранить при дальнейшем развитии технологии. Некоторые недостатки принципиального характера устранить довольно трудно. Примером такого, трудно устранимого недостатка, может быть чрезвычайно широкий спектр размеров кавитационных пузырьков в начальной стадии (см. рис. 8). В результате кавитационного коллапса получается разная величина энергии, следовательно, разные химические элементы.

Таким образом, можно сделать предварительное заключение о том, что показана реальная возможность переработки опаснейших отходов энергетики, в т.ч. в благородные металлы. У скептиков, не знакомых с предлагаемой технологией, моментально возникнет вопрос о стоимости металлов, полученных таким способом. При работе по двухступенчатой схеме внедрение данной технологии в промышленность вызовет обесценивание благородных металлов. Это, однако, далекая перспектива. Главная цель этой работы - показать альтернативную возможность ликвидации ядерных отходов. Предлагаемая технология имеет неоспоримые преимущества перед классической технологией складирования отходов в специальных захоронениях. Основным является то, что радиоактивные ядра по этой технологии моментально перестраиваются в ядра стабильных элементов, или вообще полностью превращаются в полевую форму существования материи. Ниже представлены экспериментальные материалы по второй и третьей форме кавитационной деструкции материи на примере деструкции радионуклидов.

Изменение структуры нуклида делением на несколько фрагментов.

При делении ядра исходного радионуклида, например ¹³⁷Cs на два фрагмента получается цинк (Zn) по реакции:

Схема этого процесса показана на рис. 24. Выделяющейся энергии достаточно для организации замкнутого процесса. Вероятность осуществления этой реакции довольно высокая, потому что даже в лабораторном активаторе концентрация цинка в растворе достигает величины 100 мг/л.

При делении ядра цезия на три фрагмента получаются кальций и титан по реакции:

Схема этого процесса показана на рис. 25. Выделяющейся энергии в этом процессе значительно меньше, чем в предыдущем.

При делении ядра цезия на четыре фрагмента получаются кремний и титан по реакции:

Схема этого процесса показана на рис. 26. Энергетика этой реакции уже сменилась на противоположную, т.е. в данном случае энергия поглощается. Вероятность осуществления этого процесса еще достаточна высокая, потому что концентрация кремния в продуктах реакции находится на уровне 25 мг/л.

При распаде ядра цезия-137 на пять фрагментов могут образоваться алюминий и кремний по реакции

Схема этого процесса показана на рис. 27. Эндотермичность реакции еще выше, чем в реакции при распаде на четыре фрагмента. Однако, вероятность осуществления реакции (16) достаточна высока, потому что в продуктах реакции обнаружено большое количество алюминия.

Схемы реакций на рис. 24-27 приведены лишь в качестве примера осуществления одного из многочисленных возможных вариантов деструкции радионуклидов делением исходного радионуклида на несколько фрагментов. В соответствии с законом статистического разброса подобных вариантов может быть бесконечное множество. На основе экспериментального подтверждения одного из вариантов мы имеем возможность утверждать, что механизм деструкции материи путем деления работает. За счет деструкции по первому и второму механизмам в обрабатываемом растворе уменьшается количество исходного радионуклида ¹³⁷Cs. Это подтверждается радиометрическими измерениями проб раствора и установки в целом.

На рис. 2 показаны результаты 8 опытов с раствором радиоактивного хлорида цезия на установке ULZ-2A, размещенной на кафедре охраны окружающей среды в STU. Наиболее часто оппоненты задают вопрос: "Не оказывает ли влияние сорбция ¹³⁷Cs на внутренней поверхности циркуляционного контура установки на процесс снижения радиоактивности?" и при этом, как правило, не желают обращать внимания на факт появления новых химических элементов, которых в исходном растворе не было. В крайнем случае, оппонентура переключается на другую тему, например "Эти новые элементы могут быть вымыты из конструкционных материалов". Однако, элементарный расчет показывает полную абсурдность подобного заключения оппонентов.

Известно, например, что в легированной антикоррозионной стали, может быть кремний, но не более 0,03 %. Это означает, что при растворении 1 г стали в растворе может присутствовать 0,3 мг кремния. Мы имеем в растворе 250 мг кремния (в 10 литрах раствора). Для того чтобы получить это количество кремния необходимо растворить более 830 г стали.

То же самое можно сказать и по отношению сорбции цезия на внутренней поверхности активатора. Цезий является одним из наиболее электроположительных металлов. В ряду напряжений цезий расположен далеко впереди водорода и вытесняет его из воды, образуя при этом сильное основание CsOH. Поэтому цезий всегда будет в растворе, а не на поверхности. Для того, чтобы перевести цезий на поверхность твердой фазы, необходимо придать этой поверхности специальные свойства, т.е. ввести в раствор специальный сорбент на цезий.

Несмотря на это замечание дополнительно экспериментально показано, что снижение радиоактивности за счет сорбции отсутствует. Этот процесс мы контролировали в течение 72 часов.

После включения активатора радиоактивность раствора значительно снизилась в течение 20 часов обработки (более, чем на 50 %). В следующих четырех опытах мы постепенно добавляли новую дозу радиоактивного цезия (¹³⁷Cs) и стабильного цезия (¹³³Cs). В раствор было добавлено суммарно 2,11 г стабильного цезия. Это означает, что в растворе на каждый атом радиоактивного цезия приходилось 45000 атомов стабильного цезия, причем, производительность процесса деструкции не изменилась.

Во всех 5 опытах снижение радиоактивности было значительным, что указывает на хорошую воспроизводимость экспериментов. Затем мы повторили процесс сорбции и наблюдали его в течение 90 часов. Результаты измерений показали, что сорбции нет. Потом мы добавили в раствор десятикратную дозу радиоактивного цезия и включили активатор. Особенностью этого эксперимента было случайное изменение условий процесса деструкции, когда после 260-го часа от начала эксперимента начался противоположный процесс - синтез радиоактивности. Это случайное обстоятельство послужит нам сейчас для дополнительного доказательства управляемости процесса кавитационной деструкции материи.

На рис. 28 показан процесс управления режимом работы активатора. В точке 42 после окончания контрольного процесса сорбции была добавлена последняя доза радиоактивного цезия. Активность раствора в активаторе повысилась до точки 43. В точке 44 было установлено, что ход процесса деструкции отклонился от нормы. Коррекция процесса в том же направлении, как это было сделано на старте в точке 43, привела к еще большему увеличению активности раствора в активаторе, т.е. в точку 45. Потому произвели коррекцию в обратном направлении. Постепенно процесс деструкции вернули на первоначальный уровень точки 46-48. После этого на короткое время повторили процесс повышения активности точка 49, а затем вернули ход процесса деструкции в нормальное русло точки 50, 51 и далее до конца эксперимента. Вся серия этих опытов, показанная на рис. 2, длилась 420 часов.

Изменение структуры нуклида делением на мельчайшие структурные фрагменты или полным превращением материи в излучение (в полевые формы существования материи).

В соответствии с теоретическими основами данного процесса, изложенными на стр. 7-11, контроль процесса деструкции осуществляли по 5 параметрам:

1. Выход заряженных частиц высокой энергии (детектор Черенкова).
2. Выход нейтронов в процессе деструкции.
3. Выход суперкоротковолнового электромагнитного излучения (спец. калориметры).
4. Уменьшение объема раствора в активаторе в процессе деструкции.
5. Уменьшение активности раствора в процессе деструкции.

 

Выход заряженных частиц высокой энергии (детектор Черенкова)

Результаты измерения выхода заряженных частиц высокой энергии представлены на рис. 5. В зависимости от режима работы активатора ступенчато изменяется излучение. В связи с тем, что в черенковском детекторе в качестве радиатора был использован плексиглас, то энергия частиц должна быть достаточно высокой. Поскольку в задачу наших исследований на данном этапе не входило подробное изучение характеристики этого излучения, то был лишь констатирован факт его присутствия и корреляция с изменением режима работы активатора.

Выход нейтронов в процессе деструкции.

Измерения производились с помощью радиометра-дозиметра типа МКС-01Р в режиме измерения эквивалентной дозы перед включением активатора и во время его работы на разных режимах. Результаты измерения представлены на рис. 6. Здесь, прежде всего, необходимо обратить внимание на то, что значительно снизилась активность плутоний-бериллиевого источника нейтронов, который во время эксперимента находился рядом с активатором на расстоянии 2,4 м. Сомнения в правильности измерений абсолютно исключены многократной проверкой. Этот факт говорит о том, что активатор при некоторых режимах работы дает излучение, которое оказывает влияние на состояние источника нейтронов.

Выход суперкоротковолнового электромагнитного излучения (спец. калориметры).

В соответствии с изложенной теорией процесса кавитационной деструкции материи таким излучением может быть излучение супермикроскопических черных дыр. Ближнюю длинноволновую часть спектра этого излучения мы попытались зарегистрировать специальными детекторами-калориметрами, которые изображены на рис. 29. Были приготовлены два одинаковых детектора трех разных размеров. Детекторы были выполнены в форме кубов с внутренним 125, 1000 и 8000 см³ из пенопласта с толщиной стен 3 см. Одна тройка детекторов была пустой, а другая была наполнена активным углем. Внутри каждого их шести детекторов был вставлен лабораторный стеклянный термометр с ценой деления шкалы 0,1 °C.

Активный уголь является микропористым телом с размером пор порядка 5Ч 10^-10 м. Микропоры в этом случае работали как резонаторы, которые рассеивали энергию электромагнитного излучения. Результатом этого процесса было изменение температуры внутри детектора. В качестве рабочего сигнала мы использовали разность температур в детекторах равного размера между пустым и наполненным активным углем. Величина разности температур повышалась с увеличением размера детекторов и достигала максимума во время работы ультразвукового активатора. Результаты измерений графически изображены на рис. 4.

Уменьшение объема раствора в активаторе в процессе деструкции

В случае идеальной настройки установки на процесс превращения массы в излучение в кавитационный пузырек должно попадать строго одинаковое количество раствора со стабильным соотношением различных ядер. Кавитационный пузырек в стадии коллапса превращает попавшее в него количество раствора в излучение. При такой настройке активность раствора должна оставаться без изменения в течение всего эксперимента. Изменяться может только количество раствора в установке.

В течении первых 180 часов работы в установку было добавлено 5 литров раствора (см. рис. 3). Рабочий объем установки равен 10 литров. Следовательно, за это время ликвидировано 50% радиоактивного раствора со средней производительностью порядка 28 мл/час. Производительность установки изменялась в процессе работы от 42 мл/час до -8 мл/час, т.е. менялось направление процесса. В течение последующих 120 часов установка производила радиоактивный раствор. Это произошло после вынужденной остановки из-за отключения электроэнергии. Настроенный режим ликвидации раствора каким-то образом изменился. В последующие 154 часа удалось восстановить режим ликвидации раствора.

На рис. 3 в графическом виде представлены также результаты измерения удельной активности проб раствора. В действительности, как следует из результатов измерений, в первой половине эксперимента было повышение удельной активности раствора, которое потом было устранено корректировкой настройки установки.

В связи с тем, что доливали в установку радиоактивный раствор меньшей концентрации, чем был исходный, активность проб могла бы только уменьшаться, но не увеличиваться. Суммарное изменение активности раствора в установке при доливании 1 литра раствора (за счет разбавления) не могло быть больше 5,2%. Реально максимальное изменение активности раствора в течение 84 часов достигло 29% (см. понижение активности от 96-го часа по 180-й час работы установки). Это снижение не объясняется даже трехкратным разбавлением раствора в установке.

Уменьшение активности раствора можно объяснить лишь ядерными процессами, протекающими в кавитационных пузырьках, за счет которых происходит превращение ядер ¹³⁷Cs в стабильные элементы или в элементы радиоактивные, но с периодом полураспада значительно большим чем у ¹³⁷Cs. Например, в ядерной реакции деления ядра цезия-137 на три фрагмента:

137Csа ³²Mg +⁴⁰K + ⁶⁵Cr

Магний-32 распадается по цепочке:

32Mgа ³²Alа ³²Sib _{,172 годаа} ³²Pа ³²S_стаб.

в середине которой изотоп ³²Si имеет период полураспада 172 года.

Калий-40 имеет период полураспада 1,28Ч 10⁹ лет.

Так как окно анализатора радиометра было настроено на пик цезия, то все остальные радионуклиды кроме цезия, не должны давать заметного вклада в активность раствора. Следовательно, изменение активности раствора может быть связано с изменением количества ядер цезия-137 в растворе. Механизм уменьшения активности описан выше.

В данном эксперименте и в предыдущих было зафиксировано повышение концентрации ¹³⁷Cs в результате обработки. Повышение концентрации ¹³⁷Cs в данном случае можно объяснить действием двух процессов:

• синтез из легких ядер
• обратный процесс превращения энергии в вещество.

Процесс синтеза ¹³⁷Cs из легких ядер возможен, но маловероятен, т.к. ядро цезия-137 содержит много нейтронов (отношение N/Z = 1,491). Следующие ядерные реакции могли бы поставлять ¹³⁷Cs:

136Хе + Н а ¹³⁷Cs

130Te + ⁷Li а ¹³⁷Cs

Для того, чтобы этот механизм работал, необходимо присутствие исходных ядер реакций в обрабатываемом растворе в достаточном количестве. Так как достаточное количество можно гарантировать только для ядер водорода, то этот механизм образования ядер ¹³⁷Cs в данном случае можно считать маловероятным.

Процесс превращения энергии в вещество более вероятен, поскольку имеется достаточное количество энергии и сильные поля, создаваемые при коллапсе кавитационных пузырьков. Так как в предыдущем и данном экспериментах удавалось менять ход процесса повышения активности на обратный, то можно считать оба процесса реальными. Для уверенной реализации прямого и обратного процесса необходимо иметь в установке более чувствительную систему управления и систему измерения технологических параметров.

Уменьшение активности раствора в процессе деструкции

Для наблюдения комплексного процесса кавитационной деструкции материи, в котором бы присутствовали все три упомянутых механизма деструкции был выполнен еще один эксперимент. В обработку был взят остаток раствора от предыдущего эксперимента, в который было добавлено 1500 mл радиоактивного хлорида кобальта-60 с удельной активностью 5,96 кБк/мкл. Это было сделано для того, чтобы показать работу установки на смеси радионуклидов.

В процессе обработки количество раствора в установке постоянно уменьшалось. Поэтому для нормальной работы аппарата необходимо было добавлять новый раствор. На 120-м часе от начала работы установки в активатор было добавлено 4 литра раствора рис. 7. Следовательно, за это время ликвидация объема радиоактивного раствора происходила со средней производительностью порядка 33,3 мл/час. На рис. 7 представлен также график измерения удельной активности раствора в установке в течение времени его обработки. Начальная удельная активность раствора цезия-137 = 236,25 МБк. Общая активность кобальта-60 = 8,94 МБк. Следовательно, начальная удельная активность цезия и кобальта равна 16,24 кБк/мл, после 120 часов обработки удельная активность раствора снизилась до 12,93 кБк/мл.

Снижение активности за счет уничтожения массы составляет:

кБк/мл

При этом удельная активность раствора должна бы была оставаться без изменения, т.е. на уровне 16,24 кБк/мл, однако, она снизилась до уровня 12,93 кБк/мл. Следовательно, в ходе обработки протекали процессы трансмутации радиоактивных изотопов. Снижение общей активности за счет этих процессов составляет: (16,24 - 12,93) Ч 11 = 36,41 МБк Общее снижение активности за первые 120 часов работы активатора составило:

58,34 + 36,41 = 94,75 МБк. При этом на процесс уничтожения массы приходится 61,6 % снижения активности.

Полное время работы установки составило 450 часов. Второй период работы занимал, следовательно, 330 часов. За то время количество раствора уменьшилось на 3 литра. Режим работы аппарата в этом периоде часто сбивался. Это видно и по ходу изменения удельной активности. Средняя производительность установки в процессе уничтожения массы составила 9,1 мл/час. Конечная удельная активность раствора составила 8,45 кБк/мл. Снижение активности за счет процесса уничтожения массы составило:

МБк

Снижение массы за счет процессов трансмутации составило:

(12,93 - 8,45) Ч 12 = 53,76 МБк

Общее снижение активности во втором периоде работы за 330 часов составило:

32,07 + 53,76 = 85,83 МБк,

При этом на процесс уничтожения массы приходится 37,4 % снижения активности.

Общее снижение активности на данный эксперимент составило:

94,75 + 85,83 = 180,58 МБк,

что составляет 70,5 % в том числе на процесс снижения активности за счет уничтожения массы приходится:

58,34 + 32,07 = 90,41 МБк,

т.е. 50,1 % от общего снижения активности.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

1. Экспериментально показана возможность ликвидации фактически любых ядерных отходов в процессе кавитационной деструкции материи, который происходит при коллапсе кавитационных пузырьков.

2. Экспериментально показана возможность осуществления кавитационной деструкции материи в широком диапазоне, вплоть до полного превращения материи в энергию (в полевую форму существования материи), это позволяет выполнять полную ликвидацию отходов в жидкой фазе во всем диапазоне человеческой деятельности.

3. Использование экзотермической энергии, выделяющейся в процессе ликвидации ядерных отходов, устраняет экономические ограничения при осуществлении процесса кавитационной деструкции ядерных отходов в промышленном масштабе.

4. Использование экзотермической энергии, выделяющейся в процессе ликвидации ядерных отходов, открывает новое дополнительное решение в области энергетики.

5. Большой выход продуктов синтеза в установке позволяет прогнозировать экономически выгодное производство химических элементов в промышленном масштабе.

 

НАЗАД