ИА REGNUM публикует представление одного из направлений исследований А.А. Корниловой на высокую научную премию, написанное А.А.Рухадзе.

Наиболее весомые достижения науки в течение последних десятилетий, если взять за основу, например, Нобелевские премии, связаны с успехами, с одной стороны, физики элементарных частиц и нанофизики, а с другой, разных отраслей молекулярной биофизики и генетики. Ранее казалось, что это — два разных мира, которые хотя и основываются на общих фундаментальных физических законах, но сосуществуют параллельно и почти независимо.

Есть ли что-либо общее, объединяющее эти, казалось бы, очень разные области окружающего мира, определяющие на микроуровне устройство живой и неживой материи? Эти вопросы, скорее на философском уровне, рассматривались многими учеными, среди которых особое место занимает В.И. Вернадский.

Исследования последних лет еще раз доказали, что мир един и что процессы, которые ранее считались присущими только неживой природе, могут с успехом протекать и в живых системах. В наибольшей степени это относится к феномену протекания управляемых ядерных реакций при низкой (близкой к комнатной) энергии в растущих микробиологических системах, который был обнаружен и исследован в работах Аллы Корниловой и Владимира Высоцкого [1−4].

Жаргонное название этого процесса «биологическая трансмутация изотопов» не вполне корректно, поскольку неявно предполагает, что процессы ядерных преобразований в биологических системах протекают по законам, отличным от аналогичных процессов в ядерно-физических системах. Нет никакого основания полагать, что такие процессы в живой природе протекают на основе особых, присущих только биофизике факторов типа воздействия специальных ферментов и т.д. По нашему мнению, все эти процессы протекают по единым квантовым физическим законам, проявление которых в случае живой природы может быть существенно оптимизированным за счет использования ее специфики, в частности, за счет того, что живая природа, в отличии от статичных лабораторных или природных образцов, всегда находится в состоянии внутреннего движения и развития. Упрощенно говоря, растущий биообъект — это динамическая непрерывно структурируемая матрица, в то время, как типичный лабораторный образец — это в основном статический объект, внешняя форма и внутренняя структура которого статична. Конечно, все сказанное относится только к процессам, протекающим при соизмеримой низкой энергии (температуре) и никак не затрагивает типичные ядерные процессы, протекающие при высокой энергии, когда полностью стирается отличие между реакциями ядерного взаимодействия в биологических и физических объектах, поскольку при такой энергии эти объекты, фактически, ничем не различаются.

Основное возражение, которое интуитивно возникает при анализе вопроса о трансмутации изотопов в биологических системах, связано с традиционным вопросом ядерной физики — каким образом возможно ядерное взаимодействие между заряженными частицами (в основном — протонами и ядрами химических элементов, которые присутствуют в таких системах) при низкой энергии? Это вполне логичный вопрос, поскольку весь многолетний опыт развития термоядерных исследований четко продемонстрировал, что для реализации даже простейших ядерных реакций между изотопами водорода необходима температура порядка 100 млн градусов при высокой плотности вещества в форме плазмы.

Еще один, не менее важный вопрос, связан с тем, что даже при условии реализации таких реакций согласно стандартным представлениям ядерной физики, неизбежно будут образовываться радиоактивные изотопы, являющиеся неизменным спутником большинства ядерных реакций из-за наличия разных каналов ядерных преобразований. В частности, в реакциях с участием дейтерия и трития образуются быстрые нейтроны, которые разрушают стенки реактора и формируют такие изотопы.

В противовес этому, во всех удачных экспериментах, демонстрирующих возможность массового синтеза изотопов в биологических системах, никакой надфоновой активности не обнаруживается!

Означает ли это, что в биологических системах ядерные реакции протекают по другим законам?

Исследования, проведенные в течение последних лет [5−9] показали, что оба эти возражения автоматически снимаются, если рассмотреть более детально специфику ядерных реакций с участием заряженных частиц при низкой энергии в динамических системах типа растущих биологических объектов. Для таких систем характерно непрерывное внутреннее структурирование, проявляющееся в быстром появлении и последующем исчезновении на масштабе наноуровня организации биомолекул различных топологических неоднородностей типа динамических межатомных или межмолекулярных нестационарных потенциальных наноям. Эта структурные неоднородности непрерывно и в большом количестве возникают в зоне роста, в митохондриях, на поверхности мембран, при формировании ДНК и т.д. Квантовомеханические процессы, протекающие в таких объектах, были детально исследованы в работах [5−9] для разных режимов деформации потенциальной ямы и разных типов диссипации в таких ямах.

В этих работах было показано, что в том случае, когда в такой яме находится, например, протон, то процесс быстрой деформации ямы (как ее сжатие, так и растяжение) приводит к формированию когерентного коррелированного состояния этого протона. Это состояние характеризуется максимальной синхронизацией флуктуаций импульса этого протона и приводит к образованию гигантских флуктуаций импульса и кинетической энергии, величина которой может достигать Е≈10−100 кэВ при средней тепловой энергии системы, соответствующей, например, комнатной температуре. Этой энергии вполне достаточно, чтобы преодолеть кулоновский потенциальный барьер и реализовать ядерное взаимодействие с соседними ядрами, образующими «стенки» этой потенциальной ямы. В стационарных потенциальных ямах такие процессы невозможны.

С другой стороны, поскольку эта флуктуация энергии является виртуальным процессом, то она может существовать только такое время, которое ограниченно модифицированным соотношением неопределенностей (соотношением Шредингера-Робертсона [5−9]), реализуемым для таких состояний. Специфика когерентных коррелированных состояний состоит в том, что они допускают одновременно очень большую флуктуацию энергии и достаточно большое время (по ядерным масштабам) существования этой флуктуации. Это время оказывается достаточным для того, чтобы частица (протон) прошли в объем соседнего ядра и инициировали ядерную реакцию.

В некоррелированных состояниях это принципиально невозможно. Вместе с тем, это время, по меркам макромира, является очень малым, оно при приведенном уровне флуктуации энергии не превышает долей фемтосекунды и, как для любого виртуального процесса, флуктуация энергии должна исчезнуть по завершению этого времени. Очевидно, что для этого необходимо такое условие, когда эта инициируемая ядерная реакция с «возвращением» энергии должна завершиться за время существования этой флуктуации. Исходя из такого условия, очевидно, что при таком механизме будут реализовываться только такие каналы реакции, которые ведут к мгновенному преобразованию ядер за время, меньше длительности существования флуктуации. Любые другие ядерные реакции с участием частиц с такой виртуальной энергией, приводящие к долгоживущим ядерным состояниям, то есть фактически к радиоактивным ядрам, принципиально невозможны!

Исходя из такого сценария, очевидно, что любая локальная нестационарная микронеоднородность, возникшая в структуре растущего биообъекта, является потенциальным микрореактором и она может способствовать ядерным процессам при условии, что в объеме этого микрореактора случайно оказались подходящие изотопы.

Эти процессы действительно наблюдались в многочисленных целенаправленных экспериментах, проведенных на основе разных микрокультур и их комплексов (ассоциаций).

В частности, при выращивании микрокультур в среде на основе тяжелой воды D2O наблюдалась очень эффективная реакция Mn55+d=Fe57 преобразования марганца Мn-55 в редкий изотоп железа Fe-57, концентрация которого в природном железе не превышает 2,7%, а рыночная цена такого изотопа равна многим тысячам долларов за 1 грамм. Такая высокая стоимость этого изотопа связана с тем, что его сложно отделять от остальных изотопов природного железа, а сам он является основным изотопом в мессбауэровской спектроскопии.

Эффективность такого преобразования при использовании оптимальных быстрорастущих микробиологических комплексов была достаточной для решения прикладных задач (например, промышленного синтеза редких изотопов).

В процессе последующих исследований было проведено много успешных экспериментов по трансмутации более тяжелых стабильных изотопов в биологических системах. В частности, была реализована реакция Na23+P3l=Fe54 преобразования изотопа натрия Na-23 при участии фосфора Р-31 в другой редкий изотоп железа Fe-54. Одна из наиболее интересных реакций CsI33+p=Ba134, стимулированная в растущих микрокультурах, соответствовала трансмутации стабильного еще более тяжелого изотопа цезия Cs-133 в стабильный изотоп бария Ва-134 в присутствии обычной (легкой) воды Н2О.

В развитие этой методики были проведены эксперименты по трансмутации радиоактивных изотопов в стабильные. Наиболее интересные эксперименты были проведены с целью осуществления и оптимизации реакции деактивации биологически очень опасного реакторного изотопа Cs-137 в стабильный изотоп Ва-138. Было обнаружено, что при использовании микробиологических ассоциаций, растущих в объеме реакторной воды, содержащей Cs-137 и ряд химических солей, протекала быстрая реакция Cs137+p=Ba138 такой трансмутации с резким уменьшением концентрации изотопа Cs-137 и, соответственно, возрастанием концентрации Ва-138. При использовании оптимальных условий было показано, что время деактивации этого изотопа вместо «стандартного» периода полураспада 30 лет уменьшилось до 310 дней, то есть в 35 раз. При проведении уточняющих экспериментов с использованием других типов микробиологических ассоциаций было показано, что это время может быть дополнительно ускорено еще в 5−10 и более раз. Эта реакция открывает очень эффективный альтернативный путь к биологической деактивации опасных радиоактивных материалов.

Проведенные оценки, часть из которых приведена в [1, 2] показывают, что таким же путем могут быть деактивированы и другие опасные долгоживущие радиоизотопы за счет их превращения в стабильные изотопы других элементов.

Несомненна важность и актуальность реализации такой деактивации. Это связано с тем, что в настоящее время существует определенный тупик в решении глобальной проблемы утилизации сотен тысяч тонн долгоживущих твердотельных ядерных отходов очень высокой удельной активности. Кроме того, на атомных станциях находятся сотни тысяч тонн высокоактивной воды, содержащей много радиоактивных изотопов, которая формируется в процессе работы водоводяных ядерных реакторов, так и в реакторах других типов за счет длительно выдерживания (хранения) в воде тепловыделяющих элементов после завершения периода их эксплуатации. Еще большее количество радиоактивной воды хранится (и непрерывно возрастает из-за необходимости охлаждения аварийных реакторов) на территории АЭС Фукусима.

В мире отсутствует эффективная технология очитки такой воды от радионуклидов. Более того, все прогнозируемые и гипотетические методы стандартной деактивации такой воды сводятся только к выделению радиоактивных изотопов. В то же время предложенный и исследованный нами метод биологической очистки путем трансмутации позволяет деактивировать эти изотопы, переведя их в стабильные изотопы других элементов, что является принципиально новым методом решения таких глобальных экологических проблем.

Обнаруженные процессы ядерной трансмутации стабильных и радиоактивных изотопов, осуществляемые с помощью растущих биологических систем имеют очень большое значение для науки, экологии, задач ядерной безопасности.

Они позволяют объяснить некоторые аномалии в элементном и изотопном составе многих биологических объектов, решить некоторые проблемы геологии, связанные с биологической эволюцией на Земле. Они могут иметь большое значение для медицины и генетики, помогать в лечении многих заболеваний, связанных с недостатком или избытком некоторых микроэлементов или их изотопов в организме. Несомненное значение таких результатов в фармакологии. С другой стороны, эти процессы образуют своеобразные устойчивые «мосты» с традиционной ядерной физикой, позволяя (в перспективе) использовать те же методы для реализации ядерных процессов в оптимизированных неживых динамических системах.

Литература:

1. Высоцкий В.И., Корнилова А.А. Ядерный синтез и трансмутация изотопов в биологических системах. Монография, Издательство «Мир», Москва, 2003, 302 с.

2. Vysotskii V.I., Kornilova А.А. Nuclear transmutation of stable and radioactive isotopes in biological systems, Pentagon Press, India, 2009,187 p.

3. Vladimir I. Vysotskii, Alla A.Komilova. Transmutation of stable isotopes and deactivation of radioactfffi waste in growing biological systems. Annals of Nuclear energy, 2013, v.62, p.626−633.

4. V.I. Vysotskii, A.A.Komilova. Microbial Transmutation of Cs-137 and LENR in growing biological systems. Current Science, 2015, v.108, No.4, p. 142−146

5. V.I.Vysotskii, M. V.Vysotskyy. Coherent correlated states and low-energy nuclear reactions in non stationary systems. European Phys. Journal. A (2013) V.49, issue 8:99, p.1−12

6. В.И. Высоцкий, M.B. Высоцкий. Коррелированные состояния и прозрачность барьера для частиц низкой энергии при монотонной деформации потенциальной ямы с диссипацией и стохастической силой. Журнал экспериментальной и теоретической физики (ЖЭТФ), 2014, т. 145, №4, с. 615−632

7. В.И. Высоцкий, М.В. Высоцкий. Формирование коррелированных состояний и оптимизация ядерных реакций для частиц низкой энергии при нерезонансной низкочастотной модуляции потенциальной ямы. Журнал экспериментальной и теоретической физики (ЖЭТФ), 2015, т.146, №2, с. 279−291.

8. V.I. Vysotskii, М. V.Vysotskyy. Coherent correlated states of interacting particles — the possible key to paradoxes and features of LENR. Current Science, 2015, v.108, No.4, p. 30−36

9. В.И. Высоцкий, M.B. Высоцкий. Формирование коррелированных состояний и оптимизация туннельного эффекта для частиц с низкой энергией при немонохроматическом и импульсном воздействии на потенциальный барьер. Журнал экспериментальной и теоретической физики (ЖЭТФ), 2015, т.148, №4(10), с.643−657

Справка ИА REGNUM :

Анри Амвросиевич Рухадзе — российский физик-теоретик, заслуженный деятель науки России, академик РАЕН, доктор физико-математических наук, дважды лауреат Государственной Премии СССР, лауреат Премии им. М.В.Ломоносова I степени МГУ, специалист с мировым именем в области электродинамики материальных сред, физики плазмы и плазменной электроники, профессором МГУ, главный научный сотрудник ИОФ РАН.