Несколько лет назад в Петербургском институте ядерной физики (ПИЯФ) была создана действующая установка, позволяющая легко воспроизводить в лабораторных условиях такое природное явление, как шаровая молния (ШМ). Создаваемая шаровая молния доступна для детального исследования и весьма устойчива. Время ее существования составляет приблизительно одну секунду, что для искусственно созданных образований такого рода совсем не мало. Эксперименты, проводимые на этой установке сотрудниками ПИЯФ А.И. Егоровым, Г.Д. Шабановым и С.И. Степановым, никак не поддерживаются и не финансируются. Заметим, что каждый ученый этой научной группы ищет доказательства собственной гипотезы о природе и строении ШМ.
Ведущий специалист ПИЯФ Антон Ильич Егоров — один из немногих здравствующих ныне учеников знаменитого основателя Гатчинского института Б.П. Константинова. Будучи ученым старой школы, Антон Ильич уделяет особое внимание развенчанию околонаучных мифов:
— Существует миф о шаровой молнии, созданный средствами массовой информации. Мифическая шаровая молния — это концентрат таинственной энергии, крайне опасной для человека. Она разрушает дома и убивает животных, гоняется за людьми, при встрече с ней у человека выпадают волосы, зубы и начинаются всяческие неприятности. Допустим, изначально существует бесхитростный рассказ фермера-очевидца: «Ударил гром, и по водосточной трубе скатился огненный шар размером с кулак. Он упал в бочку с водой, вода булькнула. Я подошел и опустил руку в воду. Вода вроде бы нагрелась…» После перепечатки в пяти газетах возникает драматическая история о шаровой молнии, испарившей бочку воды. Неудивительно, что при таком вольном обращении с фактами появляются сотни гипотез о природе шаровой молнии.
— Антон Ильич, как же, по Вашему мнению, устроена ШМ?
— В начале 1990-х гг. сотрудник ИЗМИРАНа И.Д. Стаханов разработал специальную методику опроса очевидцев, на основе которой было составлено верное представление о явлении ШМ. По Стаханову, ШМ — сгусток холодной гидратированной плазмы, который образуется при электрическом разряде во влажном воздухе.
Вода как химическое соединение замечательна своими аномальными свойствами: при соединении двух легчайших элементов получается не газ, а высококипящая жидкость. Это ^(происходит из-за крайне неравномерного еления электронов по молекуле воды, отчего она етает свойства электрического диполя. Молекулы
воды особым образом взаимодействуют друг с другом, с заряженными ионами и частицами аэрозолей.
Если одновременно ввести положительные и отрицательные ионы в клуб теплого влажного воздуха, то диполи воды немедленно образуют гидратные оболочки вокруг ионов. При сближении гидратированных отрицательных и положительных ионов в промежутки между ними втягиваются дополнительные молекулы воды, и образуется устойчивый кластер, в котором законсервированы заряженные ионы. Он состоит из двух ионов противоположного заряда и гидратной оболочки. Молекулы воды препятствуют сближению ионов и их рекомбинации, поэтому время жизни ионов в кластере возрастает до десятков минут, то есть на 12-13 порядков. Из-за взаимодействия кластеров возникают сначала цепочечные, а затем пространственные структуры, то есть образуется сгусток холодной гидратированной плазмы, который аккумулирует значительную энергию — до килоджоуля на литр. Эту энергию он теряет при рекомбинации ионов.
— Расскажите, пожалуйста, о конструкции аппарата. Какие процессы происходят во время работы установки?
— Наша задача — ввести обильную популяцию ионов в клуб теплого воздуха, насыщенного водяными парами. Основой установки для воспроизведения ШМ в лабораторных условиях служит конденсаторная батарея, которую можно заряжать до 5,5 кВ. Положительный полюс батареи соединен медной шиной с кольцевым электродом, который находится на дне полиэтиленовой емкости с водой. Отрицательный полюс батареи соединяется с угольным электродом, который находится в центре емкости, у поверхности воды. Этот электрод окружается кварцевой трубкой так, чтобы на него можно было накапать воду или нанести какое-либо природное вещество.
Для получения ШМ на центральный электрод наносятся 2-3 капли воды. При импульсном разряде из центра электрода вырывается с легким хлопком яркая плазменная струя, от которой отделяется светящийся плазмоид — искусственная шаровая молния. Он медленно всплывает в воздухе и через 0,2 — 0,3 секунды исчезает, распадаясь на части.
Мы провели тысячи экспериментов, чтобы изучить свойства ШМ: определить размеры, время жизни, цвет, среднюю температуру, избыточный заряд, состав пылевой компоненты.
Установлено, что искусственная шаровая молния образуется в узком интервале пробойных напряжений. Средний размер ее 12-20 см, время жизни составляет около секунды. Температура ШМ действительно весьма невысокая: всего 50 градусов по шкале Цельсия. Это можно определить, учитывая скорость вертикального подъема ШМ: если принять плазмоид за клуб теплого влажного воздуха диаметром 14 см, всплывающего в атмосфере при 293 К со скоростью 1-1,2 метра в секунду, то получается, что его температура не превышает 330 К.
Цвет молнии бывает различным и зависит от присутствия аэрозоли вещества, захваченного при разряде. Обычно сиреневую центральную часть плазмоида окружает диффузная желтоватая оболочка. Небольшая примесь солей натрия и кальция подкрашивает керн плазмоида в желтый или оранжевый цвет. Если заменить центральный угольный электрод на железный, медный или алюминиевый, то основной характер явления сохраняется. Однако окраска плазмоида зависит от спектра излучения возбужденных атомов электрода: железные плазмоиды — белесые, медные — зеленоватые, алюминиевые — белые с красноватым отливом.
— Создаваемая ШМ живет около одной секунды. Каким образом можно сделать ее более стабильной?
— Время жизни искусственной ШМ зависит от многих условий: от размера и геометрической формы центрального электрода, от напряжения между электродами, от величины и длительности импульса тока, от температуры и электропроводности воды, наносимой на центральный электрод. Кроме того, можно изменить время жизни плазмоида, вводя в него дополнительную дисперсионную фазу. Мы испытали десятки веществ и обратились к детальному исследованию суспензий коллоидного графита и мелкодисперсных оксидов железа.
На центральный угольный электрод наносилась суспензия из 3 г коллоидного графита, 8-10 мл ацетона, играющего роль смачивателя, и 90 мл воды. При электрическом разряде слой этой суспензии образует летящий круглый плазмоид, который медленно всплывает в воздухе и исчезает через 0,3 —0, 8 секунд. Керн плазмоида имеет окраску пламени, то есть горящего углерода.
Чтобы продлить существование уже созданной ШМ без использования аэрозолей, можно будет использовать так называемый «цилиндр Фарадея», изготовление которого уже начато. Г.Д. Шабанов предлагает с той же целью внести на зонд задержания запирающий потенциал.
— Существует мнение, что по своей физической природе шаровая молния схожа с процессом управляемого термоядерного синтеза. В таком случае, если Ваши работы по созданию стабильной шаровой молнии будут успешными, Вы станете конкурентом дорогостоящей программы управляемого термоядерного синтеза.
— В корне не согласен с данным утверждением. Гидратированная плазма — первый враг термоядерного синтеза, так как молекулы воды не позволяют нейтронам подходить друг к другу. Эффективный холодный синтез должен проводиться в органических жидкостях, например в тяжелом ацетоне, либо в безводной среде. Так или иначе, это должен быть совершенно «сухой» процесс. До сих пор не был осуществлен ни один эксперимент по настоящему «сухому» холодному синтезу. Также не было проверено, на каких поверхностях соединение атомов дейтерия дает максимальный разогрев.
Ученым следует обратить внимание на два наиболее эффективных процесса холодного синтеза. Первый из них предполагает ассоциацию двух атомов дейтерия на совершенно сухой дейтерированной поверхности, состоящей, допустим, из дейтерита циркония. В момент синтеза молекулы дейтерия возникает локальный разогрев, и летят нейтроны. Другой перспективный способ осуществления процесса холодного синтеза требует использования совершенно «сухой» органической жидкости: жидкого ацетона, в котором атомы водорода заменены атомами дейтерия (С^6О) или циклического соединения С6^2)6. В емкость с данной жидкостью помещается теллуриевый либо циркониевый наконечник ультразвукового диспергатора, на поверхности которого и образуются пузырьки кавитации. Выход нейтронов достигает 104 частиц. Максимальный выход нейтронов, достигнутый американским экспериментатором Липсоном составляет 108 нейтронов при желательном показателе 1013. Определенное количество нейтронов можно получит во время акустической кавитации, сопровождающейся явлением сонолюминисценции. За счет звукового резонанса в ацетоне создается единственный пузырек кавитации. В момент захлопывания кавитационного пузырька наблюдается его слабое свечение. Причина этого явления заключается в нагревании газа в пузырьке, что в свою очередь обусловлено высокими давлениями при его схлопывании. Вспышка может длиться от 1/20 до 1/1000 сек. Интенсивность света зависит от количества газа в пузырьке: если газ в пузырьке отсутствует, то свечение не возникает. Световое излучения пузырька очень слабоe и становится видимым при усилении или в полной темноте.
— Правомерно ли утверждение, что будущее мировой энергетики все же за эффективным холодным синтезом?
— Мне представляется гораздо более перспективным другое направление, а именно — добыча урана из морской воды и его последующее сжигание в тяжеловодородных реакторах, подобных тому, который уже существует в Канаде. Удачным направлением альтернативой традиционной топливной энергетики могут стать фотоаккумуляторы. Кстати, действующая модель такого устройства, помогающего утилизовать даровую солнечную энергию, была не так давно создана в нашем институте (официальный сайт: http://www.pnpi.spb.ru).
Редакция: Следите за публикациями по данной теме в следующих выпусках нашего журнала. Далее мы приводим описание других попыток получения ШМ в лабораторных и домашних условиях. Кроме того, мы публикуем статью, посвященную проблеме лазерного управления шаровой молнией. В статье представлены фотографии (см. также обложку) и схема действующей установки, созданной усилиями данной научной группы.
Репортаж подготовила корреспондент Алла Пашова