Авангард мировой науки: О механизмах биологической трансмутации изотопов
«Ядерная трансмутация стабильных и радиоактивных изотопов в растущих биологических системах»
Доклад профессора Киевского национального университета имени Тараса Шевченко доктора физико-математических наук Владимира Ивановича Высоцкого и старшего научного сотрудника Физического МГУ им. М.В. Ломоносова кандидата физико-математических наук Аллы Александровны Корниловой на Всероссийском семинаре по холодному синтезу и шаровой молнии в Российском университете дружбы народов (РУДН) 29 ноября 2016 года
Вступительное слово Аллы Корниловой
Сегодня я хочу, прежде всего, приветствовать тех ученых, которые более 25 лет участвуют во Всероссийском семинаре по холодному синтезу и шаровой молнии. Особую благодарность я хочу высказать руководителю нашего семинара Николаю Владимировичу Самсоненко. Давайте посчитаем: если в год проводилось 10 семинаров, то получается, что под руководством Николая Владимировича было проведено 250 семинаров, на которых было сделано и опубликовано более 500 докладов. Достойна восхищения его работа по интеграции и обобщению полученного участниками семинара опыта, огромный объем редакционной работы, его постоянное стремление к повышению уровня научной дискуссии на семинаре, привлечение ученых не только из России, но и других стран, благодаря чему наш семинар давно стал международным. Подтверждением этого является сегодняшний доклад Владимира Ивановича Высоцкого.
Я полагаю, что сделанное Николаем Владимировичем — это научный подвиг и попрошу аудиторию поддержать мою искреннюю благодарность научному руководителю семинара за терпение и тот груз ответственности за семинар, который он бессменно несет уже 25 лет. Спасибо Вам, Николай Владимирович!
Сегодня прозвучала оценка исследований низкоэнегетических ядерных реакций (НЭЯР) как направления нетрадиционной науки, с такой оценкой я категорически не согласна. Я никогда не разделяю науку на традиционную и нетрадиционную. Вся наука традиционная. Сто лет назад была создана новая физика, которую тоже считали нетрадиционной. Написаны были сотни работ, многие из которых стали классическими и которые мы все подробно изучали со студенческих времен, но, почему-то, некоторые из этих провидческих работ мы пропустили. Но от этого они не становятся нетрадиционными. О некоторых незаслуженно забытых идеях классиков сегодня в своем докладе расскажет Владимир Иванович Высоцкий. Этот доклад мы переписывали семь раз, так как он подводит итог нашей работы, выполненной в области исследования низкоэнергетических реакций почти за 25 лет.
Может быть, будет интересно, что я начинала свою работу в науке в Центре управления космическим полетами, и в своем домашнем архиве у меня есть автографы всех космонавтов начиная с Германа Титова. Это были работы, связанные с жизнеобеспечивающими технологиями, очень большой цикл работ. Как-то получалось так, что я всегда опережала время: в 90-е годы я занималась исследованиями гиалуроновой кислоты, по которой зарегистрировала 23 патента. Сегодня гиалуроновая кислота — это все наши ботаксы, омолаживающие кремы, проблемы геронтологии. А в 90-е годы мы использовали эту кислоту для создания многих лечебных средств для Министерства обороны. Сегодня, например, выпускаются ранозаживляющие повязки, которые активно используются в боевых условиях.
Занимаясь исследованиями гиалуроновой кислоты, мы столкнулись с вопросом, что же такое вода, так как гиалуроновая кислота удерживает в организме человека огромное количество связанной воды. Мы с Владимиром Ивановичем Высоцким разработали теорию строения и памяти воды. По этой теории написана книга, которая была опубликована на английском языке и которая пользуется большой популярностью. Так получилось, что в этом году за очередное издание этой книги я получила роялти 1,5% — 700 долларов, посчитайте сколько книг продано!
И все это — классическая традиционная наука, так как все новые знания были получены по канонам традиционной науки, для чего требовалось правильно формулировать вопросы и ответы, правильно проводить исследования, правильно их доводить до научной общественности и никогда не закрывать глаза на то, что ты реально делаешь. Наши исследования холодного синтеза выполнены на высоком научном уровне с использованием всех современных средств, доступных сегодня экспериментальной науке. Надеюсь, что фильм, который мы сегодня покажем, будет вам интересен.
Сегодня, когда мы широко обсуждаем генераторы Андреа Росси и Александра Пархомова, главным является вопрос о том, лежат ли в основе работы этих генераторов ядерные процессы. Сколько бы мы не обсуждали эту тему с Владимиром Ивановичем, я всегда говорила, что если мы разберемся с тем, как происходит изменение изотопного состава лития в экспериментах Росси и Пархомова, то тем самым докажем, что этот процесс является ядерным. В сегодняшнем фильме будет впервые дано еще нигде не опубликованное объяснение изменения изотопного состава лития при работе генератора Росси. В нарушение существующих норм этот результат впервые будет опубликован в общественных средствах массовой информации, так как наш семинар становится общественно значимым. Наш сегодняшний семинар снимают и освещают три известных электронных СМИ. Освещения наших результатов, уверена, сегодня важно не только нам, ученым, но и всему обществу.
Макс Планк писал: «Существует непрерывная связь от физики к химии, от химии к биологии, от биологии к антропологии и к социальным наукам». Занимаясь естественными науками мы часто забываем, что вокруг нас идет социальная жизнь, и большинство живущих рядом с нами людей не занимаются ни физикой, ни математикой, ни химией, но участвуют в процессе передачи и развития наших знаний. Я полагаю, что если 100 лет назад тема взаимодействия науки и общества интересовала и волновали ученых, то сегодня эти предвидения стали реальностью, потому что сегодня мы работаем в едином поле знаний и информации, пронизанном многочисленными информационными каналами и сетями. Нам предлагаются совершенно новые формы взаимодействия общества и науки, о которых нам сегодня рассказывал Влад Жигалов. Но начинаются все эти процессы распространения новых знаний и технологий с простого лабораторного эксперимента.
Я думаю, что в докладе Владимира Ивановича Высоцкого будут даны ответы на большинство вопросов, возникающих в связи с нашими исследованиями по биологической трансмутации и низкоэнергетическим ядерным реакциям. А я готова после семинара дать любые дополнительные разъяснения.
Видеодоклад Владимира Высоцкого
Уважаемые коллеги, я хотел Вам рассказать об одной проблеме, которую мы с Аллой Александровной Корниловой решаем уже около 20-ти лет. Проблема относится к задаче утилизации радиоактивных изотопов, трансмутации стабильных изотопов и протеканию различных ядерных процессов в живых системах.
На Рис. 1 вы видите символическое изображение двух миров: слева — мир живого, справа — мир ядерный. Они столь различны. С одной стороны ядерные взрывы, реакторы, ускорители… С другой — ДНК, растения, милые животные, люди… Что между ними общего? Есть ли какой-то мостик, который их объединяет, могут ли они встретиться? Давайте поговорим об этом.
Этими вопросами занимался в XX веке профессор Парижского университета Луи Кервран. Им было написано несколько книг, названия которых приведены на Рис. 2. Он был фактически не то чтобы первым, кто этим занимался, но первым, кто это поднял достаточно высоко и поставил на научную основу (конечно, на уровне своего времени).
Он даже номинировался на Нобелевскую премию, ну естественно, не получил её, этого нельзя было ожидать. У него было много интересных работ, в частности на Рис. 3 представлены некоторые результаты его исследований.
На верхнем рисунке вы видите эксперименты по изучению изменения концентрации калия и кальция в прорастающим из семени ростке. Видно, что синхронно с уменьшением калия идет возрастание кальция, предположительно в следствие реакция ядерной трансмутации калия-39 в кальций-40. Кервран измерял вес этих изотопов. Интересно, что концентрация магния при этом оставалась неизменной.
Нижний график — это эксперименты другого ученого, которые Кервран внимательно проанализировал. Здесь происходило изменение концентрации натрия и калия в крови рыбы, когда в воду, в которой находилась рыба, постепенно добавляли поваренную соль. При этом в крови рыбы одновременно увеличивалась не только концентрация натрия, но и концентрация калия. Вот такой любопытный эксперимент.
Кервран очень много занимался изучением изменения химических элементов в биологических системах, в частности, в растениях. В то же время, его точка зрения, его результаты, обоснования их — были очень далеки от современной трактовки ядерной физики. Например, он рассматривал все ядерные процессы как протекающие под действием некоторого неизвестного гипотетического фермента.
Это традиционная точка зрения для любых биологов: если что-то непонятно, давайте скажем, что здесь работает какой-то неизвестный фермент, который это все объясняет и обеспечивает. Была у него и «ядерная» модель. Он считал, что, например, при взаимодействии двух ядер азота между ними происходил обмен протоном и нейтроном, тем самым образовывался углерод и кислород (см. Рис. 4). Конечно, это очень далеко от реальных процессов, протекающих в подобных системах.
Второе его предположение состояло в том, что все реакции, протекающие в биологических системах, являются обратимыми. Например, возможна реакция Калий-39 плюс протон с образованием Кальция-40, а возможен и обратный процесс распада кальция на калий и протон. Но такая обратимость невозможна, поскольку первая из этих реакций является энерговыгодной и при ее реализации выделяется очень большая энергии (более 8 МэВ), но, где эту энергию взять для обратной реакции, совершенно непонятно.
Кроме того, хотя он и использовал понятие изотопов, он рассматривал все процессы трансмутации, как процессы, протекающие с участием химических элементов. Анализу изотопного состава он не уделял должного внимания. С другой стороны известно, что ядерная физика — это химия изотопов, но никак не элементов. Без такого анализа обойтись невозможно!
Надо сказать, что подобными вопросами занимался не только Кервран. Здесь представлена титульная страница и оглавление отчета министерства энергетики США, сделанного еще в 1978 году.
Посмотрите какое название — «Изменение энергии при трансмутации элементов в биологических системах». Естественно в этой работе никаких экспериментов не проводилось. Тут просто был анализ энергетического баланса и делались некоторые соображения: если такие процессы действительно протекают в биологических системах, то где они могут быть, какие элементы таких систем могут быть к ним причастны и откуда берется необходимая энергетика таких процессов?
Мы к этой проблеме подошли впервые еще в 1992 году, поскольку оба имели прямое отношение к ядерной физике и опосредованное — к биологии. Наш творческий коллектив существует уже 25 лет. Первые эксперименты были проведены нами на основе реакции с образованием мессбауэрского изотопа железа-57.
Мы взялись за него по принципу «ищите там, где светло» — то-есть взяли за основу оптимальный метод регистрации конечного продукта потенциально возможных реакций, который должен в реакциях накапливаться и надежно идентифицироваться. Поскольку мы оба имеем прямое отношение к мессбауэрской спектроскопии, то изотоп железо-57 сразу показался наиболее оптимальным кандидатом. Железо входит в число жизненно необходимых микроэлементов и без него рост биологических культур практически невозможен.
Дальше были простые соображения. Реакция марганца-55 с протоном дает железо-56. Этот «обычный» изотоп составляет основу любой случайной примеси, от которой сложно избавится в экспериментах. А реакция марганца-55 с дейтерием дает железо-57 — редкий мессбауэрский изотоп, которого в случайных примесях крайне мало — примерно 2,2% (см. Рис. 6).
На этих соображениях и основывались эксперименты, проводимые в разных кюветах. Только в одной из них была оптимальная среда, содержащая, кроме типичных компонент, тяжелую воду и растворимые соли марганца, что потенциально позволяло реализовать синтез железа-57. А в остальных кюветах этих обеих компонент не было (была или легкая вода с марганцем, или тяжелая без марганца). В кюветы помещалась микробиологическая культура, она там росла, потом извлекалась и высушивалась, а затем исследовалась на мессбауэровском спектрометре.
Уже в первых экспериментах мы сразу увидели, что в кювете с оптимальным составом в высушенной культуре зарегистрировался месcбауэровский резонанс. А в остальных случаях (это нижние графики) никакого резонанса нет (см Рис. 7).
Эффективность трансмутации, которая была рассчитана по этим экспериментам, была достаточно низкая, примерно 10-8. Это вероятность трансмутации, или образования железа-57 в секунду на каждое одиночное ядро марганца-55.
На Рис. 8 вы видите результаты изучение этого же процесса с участием легкого изотопа (дейтерия) на время-пролетном масс-спектрометре (его схема слева на рисунке). Самый верхний график на соответствует контрольному спектру обычного железа с тремя основными изотопами (54, 56 и 57).
Дальше снимается спектр марганца, у которого имеется только один изотоп. После этого делается контрольное исследование спектра железа, входящего в состав культуры, выросшей в неоптимальных условиях (без марганца и тежелой воды). Причина появления этого железа может быть связанной, например, с примесями в других химических компонентах питательной среды. Видно, что в контрольном эксперименте красный пик железа-57 очень маленький по отношению к синему пику железа-56, а их отношение примерно такое, как в природном железе (соответственно 2.2% и 94%).
И наконец, на нижнем графике представлены результаты исследований на этой же аппаратуре культуры, которая выросла в оптимальной среде. Видно, что на этом графике оба пика примерно одинаковые и это сразу показывает, что количество железа-56 в этом эксперименте такое же, как в контроле и этот изотоп не имеет отношения к трансмутации (он явно принадлежит примеси). В противовес этому большой пик изотопа железо-57 связан с его синтезом в оптимальной кювете.
Следующая серия измерений была направлена на изучение возможности реализации ядерных процессов с участием более тяжелых изотопов. Исходя из адаптивности биологических систем к присутствию жизненно необходимых элементов, была выбрана реакция с участием натрия-23 и фосфора-31, которая ведет к образованию еще одного редкого изотопа железа-54 (см. Рис. 9).
Схема эксперимента была аналогичной: предпосылки для трансмутации (в данном случае это правый канал) были только в том эксперименте, где присутствовала соли натрия и фосфора, а остальные — это контроль при разной неоптимальной комбинации компонент. Сразу после проведения эксперимента выращенная микрокультура высушивалась и исследовалась на время-пролетном масс-спектрометре (см. Рис. 10).
Результаты представлены на трех фотографиях. Они сделаны с экрана двухлучевого осциллографа с памятью. Сначала на экране записывается эталонный спектр обычного железа, виден небольшой пик железа-54 и большой железа-56. Пика, соответствующего железу-57 на фото не видно, он расположен дальше и очень маленький.
После этого на тот же экран (но ниже) записывается масс-спектр выращенной культуры в том же масштабе. Левая фотография — это контрольный эксперимент. Соотношение малого и большого пиков на обоих графиках примерно одинаковое, что подтверждает природное происхождение железа и свидетельствует об отсутствии трансмутации. А две правые фотографии — масс-спектр разных точек экспериментального образца. Видно, что амплитуды обоих пиков железа-54 и железа-56 в этом случае примерно одинаковые, что может быть только в случае синтеза железа-54! Эффективность преобразования была примерна такой же как и в предыдущем случае, то есть 10-8.
Для повышения эффективности трансмутации, что необходимо для создания реальной технологии, нужно было использовать более эффективные методы, то есть повысить эффективность преобразования изотопов. Анализ показал, что главная проблема в этой трансмутации связана с тем, что «чистые» культуры, с которыми мы работали (это E-coli, стафилококк, дрожжевые культуры и др.), очень неэффективны, у них длительность роста ограничена процессами автоинтоксикации, то есть самоотравления, а также изменением метаболического состояние окружающей среды, которое имеет место в процессе роста. Для устранения этих проблем были выбраны синтрофные микробные ассоциации, которые состоят из тысяч разных культур, которые находятся в одном симбиотическом сообществе и которые очень хорошо помогают друг другу. Эти ассоциации предельно устойчивы к критическим условиям и поэтому могут расти при очень агрессивных условиях. На фото на Рис.11 представлены гранулы, содержащие эти ассоциации совместно с некоторыми жизненно необходимыми для их роста макроэлементами.
Эти же с образцы далее были исследованы с помощью метода термоионизационной масс-спектрометрии (см. Рис.12).
Левый график — спектр масс до экспериментов по трансмутации, правый — после. Видно, что в процессе роста культуры концентрация марганца-55 уменьшилась, а железа-57 (красный пик) — выросла. Разница это и есть итоговый результат. Важно то, что из-за резкого роста эффективности процесса впервые удалось показать, что увеличение концентрации железа-57 полностью синхронизировано с уменьшением концентрации марганца. А это — основа будущей технологии переработки изотопов.
Следующие шаги были направлены на создание технологии трансмутации тяжелых изотопов. В частности исследовалась реакция цезия-133 с протоном и образованием бария-134.
На Рис.13 показана схема экспериментов, включающую как опытную, так и контрольные серии, цель которых была связана с поиском оптимальных методов организации экспериментов. В данных экспериментах использовалась биологическая ассоциация другого (анаэробного) типа.
В базовой опытной серии использовались все компоненты, необходимые для ожидаемой трансмутации, включая раствор цезия-133 и необходимые питательные элементы, которые не относились ни к цезию, ни к барию. А в контрольных сериях были разные варианты — в одних не было цезия, а в других был раствор цезия, но добавлялся калий. Был и контроль с тем же составом, но без биологической субстанции.
В процессе роста культуры периодически отбирались пробы жидкости и культур для анализа (для этого в каждой серии было 18 одинаковых кювет), которые после высушивания исследовалась на рентгеновском спектрофотометре на основе электронного микроскопа для выяснения химического состава.
На следующем обобщающем графике (см. Рис.14) представлены результаты этих анализов.
Горизонтальная ось — время в часах. Вертикальная ось — концентрация цезия и бария. Красная линия — это уменьшение концентрации цезия в высушенной питательной среде. Красные столбики — его концентрация в высушенной биологической культуре, она частично сорбировала цезий. Прерывистая синяя линия — концентрация бария в высушенной среде. А синие столбики это концентрация бария в самой культуре. Итоговое соотношение определяет коэффициент преобразования — отношение суммарного количества бария к исходному количеству цезия.
Из этих данных следует, что за 192 часа коэффициент преобразования был порядка 50% (то есть половина цезия была преобразована в барий). Это очень много! Эта величина соответствует эффективности преобразования на уровне 10-6 (ядер бария в секунду на ядро цезия).
По такой же методике недавно нами была проведена еще одна серия экспериментов. Принципиальное отличие состояло в типе используемых культур (вместо анаэробной использовалась аэробная микробиологическая ассоциация, то есть требующей наличия воздуха). Результаты на Рис.15 подтверждают ранее полученную закономерность — синхронное уменьшение концентрации цезия (верхний график) и возрастание концентрации бария (нижний). Отличие этих графиков от предыдущих состоит в том, что на них представлена только часть результатов — по барию исследовался состав жидкости около дна кюветы, а по цезию — и культура и вся жидкость.
Естественным шагом для дальнейших исследований была попытка преобразовать не только стабильные изотопы, но и радиоактивные изотопы. Важность этой проблемы иллюстрируют несколько следующих картинок, показывающих и, казалось бы прекрасный мир ядерных станций, и некоторые очень отрицательные итоги, которые возникают при аварийных ситуациях (Рис.16).
Актуальность этой проблема легко показать на примере Фукусимы, где после аварии и необходимого охлаждения реактора в районе атомной станции хранится около 380 000 тонн радиоактивной воды, которой охлаждают реактор (см. Рис.17). Каждый день к этому добавляется около 350 тонн.
А вот так выглядит город Фукусима (см. Рис.18).
Не станция, город — это достаточно далеко от станции (примерно 70 км). Я там был в начале октября этого года. Вот видите, тут прямо на улицах стоят мешки, прикрытые специальными тентами. Так хранится радиоактивный грунт, собранный тут же на улицах. Вот в этих домиках (железные бараки на фото) проживают жители, которых отселили из зоны атомной станции. Мощность дозы радиации в городе небольшая, но все равно — это колоссальная проблема.
На территории, примыкающей к станции, мощность дозы в сотни раз больше. Что с ней делать — неизвестно.
Теперь вернемся к нашим экспериментам по утилизации (трансмутации) радиоактивных изотопов.
Первые эксперименты мы провели в Киеве, на реакторе Института Ядерных Исследований еще в 2003 году. Бралась вода из первого контура реактора. Она содержала разные изотопы. Справа на Рис.19 показан спектр гамма-излучений этой воды.
Вода разливалась по кюветам. Некоторые содержали биологически активную субстанцию, некоторые были контрольные, без биологической субстанции. Исследовалось изменение активность разных изотопов с течением времени. Синяя прерывистая линия — это стандартный распад лантана-140 (короткоживущего дочернего изотопа бария-140), который мы регистрировали в контрольных кюветах без биологической субстанции А красная линия — соответствует данным в экспериментальных кюветах.
Мы обнаружили, что начиная примерно с 7−10-го дня началось ускоренное уменьшение активности лантана из-за предположительного преобразования бария-140 в самарий-152. Оно эквивалентно уменьшению времени жизни примерно в три раза. Конечно, это не был ускоренный распад, а ускоренная трансмутация радиоактивного изотопа бария в нерадиоактивный изотоп другого элемента.
Дальнейшие исследования были проведены с цезием-137, как наиболее опасным в биологическом отношении изотопом. Ожидаемая реакция, которую мы хотели провести: Cs137 + p = Ba138.
Эти эксперименты были проведены в Чернобыле, прямо на территории научного центра при Чернобыльской АЭС. Брались активные частицы из реактора, переводились в растворимое состояние, затем делался раствор воды с этими изотопами, туда помещалась биологическая субстанция и некоторые компоненты питательной среды и исследовалось изменение активности закрытых бутылочек с этой композицией в зависимости от времени и в зависимости от наличия дополнительных солей калия, натрия, кальция, железа и т.д. Это делалось для того чтобы найти наиболее оптимальный метод утилизации. Результаты экспериментов представлены на Рис.20.
Верхняя черная линия — контроль изменения активности просто в растворе цезия-137 в течении 45 дней. Она не меняется, так как 45 дней по отношению к времени жизни (30 лет) — это очень мало. Остальные линии — изменение активности при наличии биологической культуры и разных солей. Самый быстрый спад активности был в случае присутствия в кювете соли кальция (зеленая кривая). Если пересчитать на эффективное уменьшение времени жизни, то оно соответствует 310 дням. Это колоссальное изменение эквивалентного периода полураспада (уменьшения активности) с 30 лет до 310 дней. Реакция утилизации Cs137+p=Ba138 в этом случае была очевидным обобщением исследованной ранее реакции трансмутации стабильного изотопа Cs133+p=Ba134.
Следующие уточняющие и оптимизированные эксперименты мы провели совсем недавно, в прошлом году, в Москве, по той же самой схеме и на основе той же реакции Cs137+p=Ba138, но с использованием других типов (аэробных) синтрофных ассоциаций.
На левом графике приведены усредненные данные по уменьшению в течении 20 дней активности кюветы, содержащей изотоп цезия-137. Видно что среднее значение активности примерно за 10 дней снизилась на 23%. После этого проходило некоторое торможение и стабилизация процесса трансмутации, что связано с определенными биохимическими аспектами (существенным изменением характеристик жидкой среды из-за процессов жизнедеятельности биологической субстанции). Решение мы знаем — нужно оперативно менять биохимическую композицию, добавлять некоторые новые компоненты, что мы успешно делали в аналогичных экспериментах со стабильными аналогами. Отметим, что в самых оптимальных случаях (результат представлен на правом снимке), уменьшение активности за 10 дней достигало 70%. Это исключительно хороший результат.
Ниже графиков представлена оценка темпа уменьшения активности: 2*10-7 деактивированных ядер Cs137 в секунду в расчете на одно ядро Cs137. Темп примерно тот же, что и у стабильных изотопов.
Нужно заметить, что в данном случае культура очень спокойно реагирует на активность среды, которая в этом эксперименте составляла 10 Кбк на кювету. В экспериментах в Чернобыле цифра была на порядок больше, тем не менее это не влияло на эффект трансмутации.
Приведенные выше результаты опубликованы во многих статьях, в частности, в одном из главных европейских журналов по ядерной физике Annals of Nuclear Energy, и других
Vladimir I. Vysotskii Alla A.Kornilova. Transmutation of stable isotopes and deactivation of radioactive waste in growing biological systems. Annals of Nuclear energy, 2013, v.62, p.626−633
V.I.Vysotskii, A.A.Kornilova. Microbial Transmutation of Cs-137 and LENR in growing biological systems. Current Science, 2015, v.108, No.4, p. 142−146.
Большая часть полученных нами результатов изложена в двух монографиях.
В.И.Высоцкий, А.А.Корнилова. «Ядерный синтез и трансмутация изотопов в биологических системах».М.: Мир, 2003. — 304 с. (http://www.second-physics.ru/lib/books/vysotskii_transmutation.pdf);
Vysotskii V.I., Kornilova A.A. Nuclear transmutation of stable and radioactive isotopes in biological systems, Pentagon Press, India, 2009.
Одна издана в издательстве «Мир» в Москве в 2003 году. Другая в издательстве «Пентагон пресс» в Индии в 2009 году. В первой был анализ работы только со стабильными изотопами. Во второй — также с радиоактивными изотопами. Эти же материалы с некоторыми дополнениями опубликованы в монографии, которая переведена и издана в Японии. У нас есть также много других статей, изданных на разных языках (в основном — на английском).
Кроме того, по этому материалу мы имеем несколько патентов.
Первый из них был получен в 1995 году, последний — в 2015 году. У нас также есть международный патент: метод для очистки воды от радионуклеидов. Это запатентованная технология, основанная на наших исследованиях.
A.A.Kornilova, V.I.Vysotskii. Method for purifying water of radionuclides. Int. patent WO 2 015 156 698 A1, Номер заявки PCT/RU2014/000273. Дата публикации 15 oct 2015.
Дальше возникает интересный вопрос. Какие существуют физические причины и механизмы трансмутации изотопов в биологических системах. По нашему мнению в основном они совпадают с проблемами LENR, то есть с проблемами, которые нужно объяснить при успешной реализации ядерных реакций при низкой энергии:
- Аномально большая вероятность ядерных реакций при низкой энергии.
- Отсутствие радиоактивности в продуктах реакции
Обе эти проблемы очень удивительные и странные, если их рассматривать с точки зрения «стандартной» ядерной физики.
По нашему мнению обе этих проблемы решаются естественным путем, если мы рассмотрим процесс формирования так называемых когерентных коррелированных состояний хотя бы для одной из взаимодействующих частиц.
Кратко напомним, что это за метод.
Это проблема сейчас активно развивается. Если рассмотреть стандартный туннельный эффект, используя хорошо известную формулу Гамова, то легко посчитать, что для цезия и протона при комнатной температуре прозрачность барьера будет 10-2000. Это фантастически малая величина. Если учесть наличие электронного экранирования, то получим 10-550. Такая прозрачность даже близко не может объяснить те эффекты, которые мы наблюдали.
Что дают нам когерентные коррелированные состояния?
Это некоторая разновидность квантовых состояний частиц, которые находятся в суперпозиционном (смешанном) состоянии. Представим себе многоуровневую систему, в которой частица может с какой-то амплитудой вероятности находиться на каждом из уровней. Если фазы этих состояний чисто случайные, то они взаимно независимы и их интерференция невозможна. Состояние на одном уровне соответствует, например, движению в одном направлении, а на другом уровне — в противоположном направлении. Итоговый импульс, который соответствует таким состояниям, естественно, очень маленький. Эта ситуация качественно представлена на левом рисунке. Строго такая задача описывается методом матрицы плотности. Если все эти состояния взаимно фазированы, то их называют когерентными и они могут интерферировать между собой.
Когерентные коррелированные состояния — это когда мало того, что они когерентны между собой, то есть фазированы, но они фазированы определенным оптимальным образом. Тогда сложение всех этих флуктуаций приводит к формированию флуктуаций гигантского размера. Для примера можно сказать что в состоянии с большим коэффициентом корреляции при средней энергии частицы порядка тепловой (сотая-десятая доля электрон-Вольт), суммарная флуктуация может составлять десятки и даже более кэВ.
Простейшей иллюстрацией этого состояния является соотношение неопределенности Шредингера-Робертсона (см. Рис.24). Это модификация соотношения неопределенности Гейзенберга. Отличие состоит в том, что в знаменателе модифицированного соотношения стоит корень из «1 минус квадрат r», где r — это коэффициент корреляции, который как раз характеризует эти процессы. Максимальное значение коэффициента корреляции равно 1. Когда r стремится к 1, то правая часть этого соотношения стремится к неограниченно большому значению. Это можно оценить, введя некоторую эффективную постоянную Планка. Видно что в коррелированном состоянии постоянная Планка стремиться к бесконечности. А постоянная Планка в итоге определяет меру присутствия квантовых характеристик в нашем макроскопическом мире. Если постоянная Планка стремиться к бесконечности, то квантовые эффекты становятся главенствующими, резко возрастает вероятность и амплитуда флуктуаций.
В частности, если возьмем ту же самую формулу Гамова, то при наличии корреляции она (формула) модифицируется очень интересным образом и из нее прямо следует, что при состоянии близком к идеально коррелированному, когда r стремиться к единице по модулю, прозрачность любого барьера стремиться тоже к 1 при любой как угодно малой энергии! Отсюда следует, что даже при тепловой энергии системы, находящейся в коррелированном состоянии, барьер может быть совершенно прозрачным.
Как это соотносится с биологическими системами? Какое это имеет к ним отношение, где тут потенциальные ямы?
Дело в том, что если рассмотреть живую растущую биологическую систему, то это предельно неоднородный объект. В процессе роста непрерывно возникают разные неоднородности, микрополости, микрокаверны, которые постепенно зарастают или, наоборот необратимо увеличиваются.
На Рис.25 зеленым цветом показано символически изменение этой микро-неоднородности. Это микропотенциальные ямы. Они возникают на наноуровне. Это малые доли микрона или даже десятки ангстрем. Каждая из таких полостей — это возможная потенциальная яма. Если в этой потенциальной яме совершенно случайно оказывается один из нужных компонентов, скажем водород, то в процессе деформации происходит формирование коррелированного состояния.
Здесь же представлены результаты расчета, когда размер ямы уменьшается в определенных пределах. Этот формализм называется использованием нестационарного гармонического осциллятора для формирования подобных состояний. Под рисунком приведены результаты расчета.
Если размер ямы уменьшается в 100 раз, от максимального к минимальному, в частности от 200 ангстрем до 2 Ангстрем, то при некоррелированном состоянии прозрачность барьера при комнатной температуре будет 10-1000 — это ничтожно мало. А в состоянии корреляции с коэффициентом r=0.9999 прозрачность барьера будет уже 10-14.
При изменении размера в 1000 раз, от 0.2 микрон до 2 ангстрем, это тоже типичные размеры, коэффициент корреляции возрастает до 0.99 999, а прозрачность барьера достигает 3*10-5. Это уже очень большая вероятность, с которой легко реализуются ядерные процессы.
Аналогичные процессы могут быть, когда яма не только сужается, но и расширяется. Такие процессы также имеют место в биологии, примеры будут ниже. Аналитические выкладки показывают, что эффективность формирования коррелированных состояний при этом примерно такая же, как в случае сжимающейся ямы.
Если у нас размер потенциальной ямы увеличивается в 1000 раз, то прозрачность барьера получается 0,04. Это почти единичка, так можно сказать, если учесть, что стартовало все с 10-500.
На Рис.27 показаны примеры, где эти ямы естественным образом возникают в биологических объектах.
Это все может быть, в частности, на митохондриях. Это может быть в процессе деления клеток в пространстве между двумя расходящимися клетками — вот вам кратковременная нестационарная яма с увеличивающимся размером.
Это может быть в порах мембран. Когда частица движется в направлении к мембране, вход в мембрану имеет такой конический вид, а в системе покоя частицы это получается нестационарная яма. Внизу фотография колонии в электронном микроскопе. Видно, что пространство между двумя соседними клетками этими микрокультурами это также нестационарная потенциальная яма.
Еще одним объектом может быть область деления ДНК (см. Рис.28).
При этом процессе имеется вилка деления, то есть область между двумя нитями, которые расшиваются с помощью ДНК-полимеразы. Внутри этой области есть микропора, она нестационарная, она быстро движется и если сюда случайно попадает подходящий компонент, который есть в жидкой питательной среде, то создаются условия для снятия барьера и протекания ядерного синтеза.
Еще есть так называемые петли деления (см. Рис.29).
Это характерный пример, когда в петле деления возникают пространственные неоднородности, они быстро движутся, они имеют подходящий размер, они сжимаются, деформируются. и это опять подходящий объект. Таких объектов может быть очень и очень много.
В каждый из таких конкретных объектов вероятность протекания процесса мала, но таких объектов очень много, их миллионы и они постоянно возникают каждую секунду. Фактически, биологическая система с этой точки зрения есть совокупность или ассоциация потенциальных микроядерных реакторов, каждый из которых является потенциально возможным разовым реактором, а поскольку их очень много, то они итоговая вероятность реакций может быть очень большой.
Вторая проблема, связана с тем, почему при низкой энергии, в том числе в биологических системах, существуют только стабильные дочерние изотопы. Ее также можно достаточно хорошо объяснить за счет использования метода когерентных коррелированных состояний. Например, рассмотрим такую обычную реакцию: из изотопа Х и протона образуется некоторый изотоп F, который распадается на два других изотопа K и B.
Рассмотрим реакцию Li-6 с протоном. Прозрачность барьера D можно оценить из обычного соотношения неопределенности Гейзенберга, в соответствие с которым любая флуктуация энергии dE будет существовать только на протяжении времени dt, которое определяется этим соотношением. Длительность этой реакции равна 10-13 сек. Если мы считаем, что для протекания реакции нужна флуктуация энергии амплитудой dE=10 кэВ, то для этого нам необходимо, чтобы длительность этой флуктуации была больше, чем время реакции, и время, необходимое для перемещения частицы и прохождения сквозь барьер. Из «обычного» соотношения неопределенностей для некоррелированного состояния следует, что такая флуктуация существует не более dt =0.5*10-20 сек, что явно недостаточно для протекания этой реакции.
Теперь рассмотрим реакцию Li-7 с протоном, которая ведет к образованию Be-8 и последующему распаду на два ядра гелия. Длительность этой реакции равна 10-20 секунды. Если учесть, что необходимо дополнительное время на прохождение сквозь барьер (это примерно 10-18 секунды), то очевидно, что и она невозможна за счет флуктуаций в некоррелированном состоянии.
Теперь рассмотрим другой вариант. Пусть существует когерентное коррелированное состояние. Основной результат — в этом случае возможно длительное время существования dt большой флуктуации энергии dE. Например, при тех же самых оценках представим, что нам необходима флуктуация с той же энергией dE =10кэВ. При коэффициенте корреляции близком к 1 (например, |rmax|=0.99 999) эта флуктуация будет существовать на протяжении dt =3*10-18 секунды, что вполне достаточно, чтобы осуществилась реакция синтеза с участием изотопа Li-7 и протона, которая ведет к формированию двух ядер гелия. На эту реакцию необходимо время 10-18 секунды, а при коррелированном состоянии получается в три раза больше. В противовес этому для протекания реакции Li-6 и протона требуется время, не меньшее 10-13 секунды и, следовательно, такая реакция невозможна.
Такая селективность наблюдается в реакциях низкотемпературного ядерного синтеза.
Реакции подобного рода, естественно, не будут идти в тех процессах, когда время существования возбужденного ядра до распада и образования дочернего изотопа большое. А что такое радиоактивный изотоп? Это такие возбужденные или нестабильные ядра (изотопы), которые имеют длительное время жизни по отношению к какому-то из видов распада. То есть, попросту говоря, эти реакции могут реализоваться только в тех случаях, когда дочерний изотоп мгновенно оказывается в стабильном состоянии, что, в принципе, мы и наблюдаем. Еще раз следует подчеркнуть, что подобные ограничения возможны только в процессах, которые стимулируются за счет виртуальной энергии, то есть флуктуации энергии, существующей в рамках временного ограничения, определяемого соотношением неопределенностей. Для процессов, реализуемых за счет реальной (не виртуальной) энергии такая селективность, основанная на соотношениях времен реакции и длительности флуктуаций) принципиально невозможна, а реакции на такой основе ведут к образованию как стабильных, так и радиоактивных изотопов.
По этому теоретическому материалу мной опубликовано большое количество работ в серьезных журналах. Некоторые из них приведены ниже.
В заключении мне хотелось бы показать несколько фантастических примеров адаптации биологических систем к агрессивным воздействиям и неоптимальным состояниям окружающей среды.