21 августа 2024 Financial One
Перспективны атомных технологий и конец света обсудили с физиком-ядерщиком Борисом Бояршиновым, автором канала «Борис Бояршинов со дна науки».
Борис Бояршинов, эксперт в области ядерной физики, рассказывает об истории и развитии этой научной дисциплины. По его словам, ядерная физика как отдельная область исследований возникла в первой трети двадцатого века, когда ученые начали активно изучать деление ядра и радиоактивный распад. Этот период также ознаменовался появлением специальной теории относительности, которая положила начало новой эры в физике.
В пятидесятых годах на базе достижений ядерной физики появились полупроводниковые приборы, мазеры и лазеры, что дало мощный толчок развитию современных технологий. В настоящее время ядерная физика в основном сосредоточена на изучении элементарных частиц, что осуществляется с помощью сложных экспериментов на ускорителях.
Отдельный раздел ядерной физики посвящен физике атомного ядра. Вопросы, связанные с его строением, продолжают активно изучаться, и существует множество теорий, описывающих ядерное ядро. Одной из таких теорий является оболочечная модель, которая в чем-то напоминает квантовомеханическую модель атома. Как отмечает Бояршинов, атом не следует представлять в виде твердого шарика, как это часто принято в популярном представлении. На самом деле атом – это нечто эфемерное, не имеющее четких границ. Физик объясняет, что атом можно описать как физически бесконечно малый объем, где все вещества представляют собой однородную, непрерывную среду. «Понять, что мы этого понять не можем в принципе», – добавляет эксперт, подчеркивая, насколько неочевидны процессы, происходящие на атомном уровне.
Тем не менее, эксперт отмечает, что, несмотря на всю сложность и непостижимость этих процессов, ученым удается описывать их с помощью математических формул и теорий, что позволяет продвигаться вперед в изучении фундаментальных законов природы.
Модель ядерных оболочек
Борис Бояршинов рассказывает о важном эксперименте советских ученых Георгия Флерова и Константина Петржака. Уже было известно, что уран делится под воздействием потока нейтронов – это открытие было сделано немецкими учеными. Однако Флеров и Петржак решили провести свой эксперимент, чтобы изучить природу деления урана в условиях низкого радиационного фона. Для этого они работали на станции метро, под землей, где космические частицы не мешали исследованиям. Во время эксперимента ученые обнаружили, что уран делится даже без облучения нейтронами. Это явление было названо спонтанным делением урана. В дальнейшем это открытие стало важным шагом в развитии ядерной физики и послужило основой для создания как ядерного оружия, так и ядерных реакторов.
Эксперт объясняет, что хотя большинство сверхтяжелых элементов нестабильны и быстро распадаются, существует оболочечная модель, которая предсказывает, что начиная с определенной массы и числа нуклонов, могут существовать элементы с гораздо более высокой стабильностью. Также Бояршинов упоминает концепцию «острова стабильности», согласно которой существуют островки стабильности среди сверхтяжелых элементов. Эти элементы будут иметь значительно более длительные периоды полураспада, оставаясь радиоактивными.
Интерес к ядерной физике
Ключевым событием, которое привлекло внимание политиков к ядерной физике, Борис Бояршинов называет Вторую мировую войну. Эксперт объясняет, что угроза выхода Великобритании из войны, которая оставила бы Советский Союз один на один с Германией, и нарастающий страх перед нацистской Германией заставили Америку искать технические преимущества. В ответ на эту потенциальную угрозу США начали активно развивать военные технологии. Например, еще до создания атомной бомбы был разработан шестимоторный бомбардировщик, способный совершать полеты через океан и обратно. «В другой ситуации, если бы не было такой опасности, ее (атомную бомбу) не стали бы разрабатывать. Дорого, безумно дорого, безумно сложно», – отмечает эксперт.
Первой озвученной идеей атомного реактора Бояршинов называет статью Юлия Харитона, одного из отцов советского атомного оружия, и Якова Зельдовича, великого физика-теоретика, опубликованную в весеннем выпуске советского научно-популярного журнала. В этой статье, рассказывает эксперт, советские ученые описали в общих словах принцип работы атомного реактора и атомной бомбы.
Модель Хиггса и конец света
«Сейчас в физике элементарных частиц поставлена точка», – утверждает Борис Бояршинов, объясняя, что модель Хиггса, предполагавшая существование хиггсовского поля, окончательно победила другие теории. Он проводит параллель между воздействием хиггсовского поля на частицы и силой инерции, объясняя, что на частицы действует сила со стороны хиггсовского поля, которая пропорциональна ускорению. Эксперт также рассказывает, что хиггсовское поле может находиться в разных состояниях. В настоящее время оно находится в метастабильном. Он сравнивает это с объектом, находящимся в лунке на склоне оврага: метастабильное состояние – это такое состояние, при котором объект может выкатиться из лунки и покатиться вниз по склону. Если бы хиггсовское поле находилось в стабильном состоянии, то есть внизу склона, то все частицы были бы настолько тяжелыми, что превратились бы в черные дыры.
«Не исключено, что рано или поздно за счет туннельного эффекта это поле перейдет в основное (стабильное) состояние – и все, вселенная закончится», – так физик описывает возможный вариант конца света.
Бояршинов добавляет, что поставлена точка в теории, поскольку был открыт переносчик этого взаимодействия – бозон Хиггса, частица с целым спином, подчиняющаяся статистике Бозе-Эйнштейна. С бозоном связано множество важных открытий, например, таких как сверхтекучесть. Физик также рассказывает о методе, который используется для расчетов взаимодействий частиц, – диаграммах Фейнмана. В этих диаграммах частицы обмениваются переносчиками взаимодействия, так называемыми виртуальными частицами. В результате этих взаимодействий вычисляется сечение, которое характеризует вероятность определенного взаимодействия. Он объясняет, что с помощью диаграммы любую задачу физики элементарных частиц можно решить за конечное время, с каждым шагом вычислений количество вершин в диаграмме увеличивается, а вклад становится все менее значительным.
Позже эксперт уточняет, что упомянутая им «точка» на самом деле должна считаться скорее «кляксой». Согласно модели Хиггса, нейтрино не должно иметь массы. Однако еще в экспериментах Рэя Дэвиса было обнаружено, что от Солнца летит в несколько раз меньше нейтрино, чем должно. Это привело к открытию, что нейтрино может изменять свою природу.
Физик рассказывает про существующую и экспериментально подтвержденную теорию, утверждающую, что каждое нейтрино представляет собой суперпозицию трех волновых функций, и поэтому может колебаться между электронными, мюонными и тау-нейтрино. В ходе экспериментов было сделано открытие: исследователи наблюдали превращение электронных нейтрино в мюонные и электронных антинейтрино в мюонные антинейтрино. При этом было обнаружено, что вещества образуется больше, чем антивещества, хотя и на тысячные доли процента. Бояршинов отмечает, что не знает других примеров из физики, где вещество и антивещество ведут себя по-разному.
Ядерная энергетика сейчас
Борис Бояршинов отмечает, что практическая ядерная энергетика в России развита довольно хорошо. Однако он подчеркивает значительный актуальный недостаток ядерных технологий – побочное производство радиоактивных отходов. Эксперт особенно выделяет продукты деления ядер урана и плутония, которые при распаде превращаются в радиоактивные изотопы. По словам физика, эти обломки становятся безопасными только через 100 тысяч лет.
Бояршинов рассказывает о новом отечественном проекте «Прорыв», направленном на решение проблемы радиоактивных отходов. Проект включает разработку системы замкнутого цикла переработки ядерного топлива. Когда тепловыделяющий элемент отработал свое время, трубки из цирконевого сплава, по которым течет топливо (нитрид, карбид или окись урана), подвергаются переработке. Подобно процессу получения плутония (где уран-238 облучают нейтронами), трансурановые элементы выделяются и облучаются нейтронами в процессе переработки. Эта технология представляет собой химический процесс переработки, который Бояршинов рассматривает как надежду на решение проблемы радиоактивных отходов.
«С одной стороны, атом – рискованная вещь. А может, кто не рискует, тот не пьет шампанского», – замечает физик.
Эксперт также затрагивает тему возобновляемых источников энергии, которые часто критикуются за сомнительность в чистоте производства и неспособность функционировать в любых климатических условиях. Он также упоминает угольную энергетику, которая благодаря новым методам очистки газов уже не может считаться столь загрязняющей.
Термоядерный синтез
Борис Бояршинов отмечает, что при термоядерном синтезе большую часть энергии уносят нейтроны – примерно три четверти всей выделяемой энергии. В практических проектах, как объясняет физик, планируется использовать эти нейтроны для облучения урана-238, превращая его в оружейный плутоний, который может служить топливом для ядерных реакторов. Таким образом, основное практическое применение термоядерного синтеза в текущих проектах заключается в производстве топлива для ядерных реакторов, а не в генерации чистой энергии.
В этом контексте Бояршинов рассказывает о отечественном альтернативном проекте лазерного термоядерного синтеза. «Это, по сути дела, некая имитация водородной бомбы», – утверждает физик. Он описывает устройство следующим образом: берется миллиметровая золотая трубочка, внутри которой размещен шарик из замороженной (при температуре, близкой к абсолютному нулю) дейтерий-тритиевой смеси. Трубочка подвергается мощному лазерному излучению со всех сторон, что приводит к ее превращению в горящую плазму, излучающую интенсивное рентгеновское излучение. Шарик нагревается, и в нем происходит термоядерный синтез.
По словам Бояшинова, в ходе эксперимента был достигнут значительный успех: количество затраченной лазерной энергии оказалось меньше, чем количество выделившейся энергии. Однако физик также отмечает, что для практического применения требуется значительное улучшение технологий. В настоящее время удается осуществлять лишь один импульс в сутки, после чего оборудование выходит из строя. Необходимые для широкого использования технологии, такие как 60 импульсов в секунду, крайне сложны для достижения, уточняет Бояршинов. Он также отмечает, что подсчитанная затраченная лазерная энергия составляет лишь небольшой процент от всей энергии, необходимой для поддержания лазерной среды. Эксперт подчеркивает, что, несмотря на достигнутый прорыв, проект требует значительных доработок.
Атомная бомба
Борис Бояршинов утверждает, что работа ядерных физиков над созданием атомной бомбы не завершилась с ее изобретением. Он подчеркивает, что с тех пор атомная бомба была значительно усовершенствована: оружие стало компактнее и теперь может быть встроено в артиллерийский снаряд. «Наверное, и в меньший калибр могут вписать», – прогнозирует физик дальнейшее развитие этой технологии.
Эксперт также упоминает об отдельном направлении в области ядерной технологии – ядерных зарядах гражданского применения. Такие заряды применяются в промышленности, и для них ключевым параметром является чистота использования, то есть минимальный разброс продуктов выделения. По словам Бояршинова, такие снаряды уже создавались и использовались, например, в строительстве каналов для переброски северных рек в Пермской области. Физик рассказывает, что озера, созданные взрывами, до сих пор существуют и не представляют угрозу.
Однако Бояршинов отмечает, что травма, оставленная Чернобылем, затрудняет использование и развитие мирного атома. Он приводит пример использования ядерных технологий в медицине, где они могли бы продолжать развиваться. По словам эксперта, уже осуществлялось отечественное производство изотопов на экспорт для медицинских технологий, используемых в диагностике.
Кроме того, физик подчеркивает, что множество открытий в области ядерной физики и других научных областях остаются секретными и неизвестными широкой публике, несмотря на их значимость.
http://fomag.ru/ (C)
Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией | При копировании ссылка обязательна | Нашли ошибку - выделить и нажать Ctrl+Enter | Отправить жалобу
Борис Бояршинов, эксперт в области ядерной физики, рассказывает об истории и развитии этой научной дисциплины. По его словам, ядерная физика как отдельная область исследований возникла в первой трети двадцатого века, когда ученые начали активно изучать деление ядра и радиоактивный распад. Этот период также ознаменовался появлением специальной теории относительности, которая положила начало новой эры в физике.
В пятидесятых годах на базе достижений ядерной физики появились полупроводниковые приборы, мазеры и лазеры, что дало мощный толчок развитию современных технологий. В настоящее время ядерная физика в основном сосредоточена на изучении элементарных частиц, что осуществляется с помощью сложных экспериментов на ускорителях.
Отдельный раздел ядерной физики посвящен физике атомного ядра. Вопросы, связанные с его строением, продолжают активно изучаться, и существует множество теорий, описывающих ядерное ядро. Одной из таких теорий является оболочечная модель, которая в чем-то напоминает квантовомеханическую модель атома. Как отмечает Бояршинов, атом не следует представлять в виде твердого шарика, как это часто принято в популярном представлении. На самом деле атом – это нечто эфемерное, не имеющее четких границ. Физик объясняет, что атом можно описать как физически бесконечно малый объем, где все вещества представляют собой однородную, непрерывную среду. «Понять, что мы этого понять не можем в принципе», – добавляет эксперт, подчеркивая, насколько неочевидны процессы, происходящие на атомном уровне.
Тем не менее, эксперт отмечает, что, несмотря на всю сложность и непостижимость этих процессов, ученым удается описывать их с помощью математических формул и теорий, что позволяет продвигаться вперед в изучении фундаментальных законов природы.
Модель ядерных оболочек
Борис Бояршинов рассказывает о важном эксперименте советских ученых Георгия Флерова и Константина Петржака. Уже было известно, что уран делится под воздействием потока нейтронов – это открытие было сделано немецкими учеными. Однако Флеров и Петржак решили провести свой эксперимент, чтобы изучить природу деления урана в условиях низкого радиационного фона. Для этого они работали на станции метро, под землей, где космические частицы не мешали исследованиям. Во время эксперимента ученые обнаружили, что уран делится даже без облучения нейтронами. Это явление было названо спонтанным делением урана. В дальнейшем это открытие стало важным шагом в развитии ядерной физики и послужило основой для создания как ядерного оружия, так и ядерных реакторов.
Эксперт объясняет, что хотя большинство сверхтяжелых элементов нестабильны и быстро распадаются, существует оболочечная модель, которая предсказывает, что начиная с определенной массы и числа нуклонов, могут существовать элементы с гораздо более высокой стабильностью. Также Бояршинов упоминает концепцию «острова стабильности», согласно которой существуют островки стабильности среди сверхтяжелых элементов. Эти элементы будут иметь значительно более длительные периоды полураспада, оставаясь радиоактивными.
Интерес к ядерной физике
Ключевым событием, которое привлекло внимание политиков к ядерной физике, Борис Бояршинов называет Вторую мировую войну. Эксперт объясняет, что угроза выхода Великобритании из войны, которая оставила бы Советский Союз один на один с Германией, и нарастающий страх перед нацистской Германией заставили Америку искать технические преимущества. В ответ на эту потенциальную угрозу США начали активно развивать военные технологии. Например, еще до создания атомной бомбы был разработан шестимоторный бомбардировщик, способный совершать полеты через океан и обратно. «В другой ситуации, если бы не было такой опасности, ее (атомную бомбу) не стали бы разрабатывать. Дорого, безумно дорого, безумно сложно», – отмечает эксперт.
Первой озвученной идеей атомного реактора Бояршинов называет статью Юлия Харитона, одного из отцов советского атомного оружия, и Якова Зельдовича, великого физика-теоретика, опубликованную в весеннем выпуске советского научно-популярного журнала. В этой статье, рассказывает эксперт, советские ученые описали в общих словах принцип работы атомного реактора и атомной бомбы.
Модель Хиггса и конец света
«Сейчас в физике элементарных частиц поставлена точка», – утверждает Борис Бояршинов, объясняя, что модель Хиггса, предполагавшая существование хиггсовского поля, окончательно победила другие теории. Он проводит параллель между воздействием хиггсовского поля на частицы и силой инерции, объясняя, что на частицы действует сила со стороны хиггсовского поля, которая пропорциональна ускорению. Эксперт также рассказывает, что хиггсовское поле может находиться в разных состояниях. В настоящее время оно находится в метастабильном. Он сравнивает это с объектом, находящимся в лунке на склоне оврага: метастабильное состояние – это такое состояние, при котором объект может выкатиться из лунки и покатиться вниз по склону. Если бы хиггсовское поле находилось в стабильном состоянии, то есть внизу склона, то все частицы были бы настолько тяжелыми, что превратились бы в черные дыры.
«Не исключено, что рано или поздно за счет туннельного эффекта это поле перейдет в основное (стабильное) состояние – и все, вселенная закончится», – так физик описывает возможный вариант конца света.
Бояршинов добавляет, что поставлена точка в теории, поскольку был открыт переносчик этого взаимодействия – бозон Хиггса, частица с целым спином, подчиняющаяся статистике Бозе-Эйнштейна. С бозоном связано множество важных открытий, например, таких как сверхтекучесть. Физик также рассказывает о методе, который используется для расчетов взаимодействий частиц, – диаграммах Фейнмана. В этих диаграммах частицы обмениваются переносчиками взаимодействия, так называемыми виртуальными частицами. В результате этих взаимодействий вычисляется сечение, которое характеризует вероятность определенного взаимодействия. Он объясняет, что с помощью диаграммы любую задачу физики элементарных частиц можно решить за конечное время, с каждым шагом вычислений количество вершин в диаграмме увеличивается, а вклад становится все менее значительным.
Позже эксперт уточняет, что упомянутая им «точка» на самом деле должна считаться скорее «кляксой». Согласно модели Хиггса, нейтрино не должно иметь массы. Однако еще в экспериментах Рэя Дэвиса было обнаружено, что от Солнца летит в несколько раз меньше нейтрино, чем должно. Это привело к открытию, что нейтрино может изменять свою природу.
Физик рассказывает про существующую и экспериментально подтвержденную теорию, утверждающую, что каждое нейтрино представляет собой суперпозицию трех волновых функций, и поэтому может колебаться между электронными, мюонными и тау-нейтрино. В ходе экспериментов было сделано открытие: исследователи наблюдали превращение электронных нейтрино в мюонные и электронных антинейтрино в мюонные антинейтрино. При этом было обнаружено, что вещества образуется больше, чем антивещества, хотя и на тысячные доли процента. Бояршинов отмечает, что не знает других примеров из физики, где вещество и антивещество ведут себя по-разному.
Ядерная энергетика сейчас
Борис Бояршинов отмечает, что практическая ядерная энергетика в России развита довольно хорошо. Однако он подчеркивает значительный актуальный недостаток ядерных технологий – побочное производство радиоактивных отходов. Эксперт особенно выделяет продукты деления ядер урана и плутония, которые при распаде превращаются в радиоактивные изотопы. По словам физика, эти обломки становятся безопасными только через 100 тысяч лет.
Бояршинов рассказывает о новом отечественном проекте «Прорыв», направленном на решение проблемы радиоактивных отходов. Проект включает разработку системы замкнутого цикла переработки ядерного топлива. Когда тепловыделяющий элемент отработал свое время, трубки из цирконевого сплава, по которым течет топливо (нитрид, карбид или окись урана), подвергаются переработке. Подобно процессу получения плутония (где уран-238 облучают нейтронами), трансурановые элементы выделяются и облучаются нейтронами в процессе переработки. Эта технология представляет собой химический процесс переработки, который Бояршинов рассматривает как надежду на решение проблемы радиоактивных отходов.
«С одной стороны, атом – рискованная вещь. А может, кто не рискует, тот не пьет шампанского», – замечает физик.
Эксперт также затрагивает тему возобновляемых источников энергии, которые часто критикуются за сомнительность в чистоте производства и неспособность функционировать в любых климатических условиях. Он также упоминает угольную энергетику, которая благодаря новым методам очистки газов уже не может считаться столь загрязняющей.
Термоядерный синтез
Борис Бояршинов отмечает, что при термоядерном синтезе большую часть энергии уносят нейтроны – примерно три четверти всей выделяемой энергии. В практических проектах, как объясняет физик, планируется использовать эти нейтроны для облучения урана-238, превращая его в оружейный плутоний, который может служить топливом для ядерных реакторов. Таким образом, основное практическое применение термоядерного синтеза в текущих проектах заключается в производстве топлива для ядерных реакторов, а не в генерации чистой энергии.
В этом контексте Бояршинов рассказывает о отечественном альтернативном проекте лазерного термоядерного синтеза. «Это, по сути дела, некая имитация водородной бомбы», – утверждает физик. Он описывает устройство следующим образом: берется миллиметровая золотая трубочка, внутри которой размещен шарик из замороженной (при температуре, близкой к абсолютному нулю) дейтерий-тритиевой смеси. Трубочка подвергается мощному лазерному излучению со всех сторон, что приводит к ее превращению в горящую плазму, излучающую интенсивное рентгеновское излучение. Шарик нагревается, и в нем происходит термоядерный синтез.
По словам Бояшинова, в ходе эксперимента был достигнут значительный успех: количество затраченной лазерной энергии оказалось меньше, чем количество выделившейся энергии. Однако физик также отмечает, что для практического применения требуется значительное улучшение технологий. В настоящее время удается осуществлять лишь один импульс в сутки, после чего оборудование выходит из строя. Необходимые для широкого использования технологии, такие как 60 импульсов в секунду, крайне сложны для достижения, уточняет Бояршинов. Он также отмечает, что подсчитанная затраченная лазерная энергия составляет лишь небольшой процент от всей энергии, необходимой для поддержания лазерной среды. Эксперт подчеркивает, что, несмотря на достигнутый прорыв, проект требует значительных доработок.
Атомная бомба
Борис Бояршинов утверждает, что работа ядерных физиков над созданием атомной бомбы не завершилась с ее изобретением. Он подчеркивает, что с тех пор атомная бомба была значительно усовершенствована: оружие стало компактнее и теперь может быть встроено в артиллерийский снаряд. «Наверное, и в меньший калибр могут вписать», – прогнозирует физик дальнейшее развитие этой технологии.
Эксперт также упоминает об отдельном направлении в области ядерной технологии – ядерных зарядах гражданского применения. Такие заряды применяются в промышленности, и для них ключевым параметром является чистота использования, то есть минимальный разброс продуктов выделения. По словам Бояршинова, такие снаряды уже создавались и использовались, например, в строительстве каналов для переброски северных рек в Пермской области. Физик рассказывает, что озера, созданные взрывами, до сих пор существуют и не представляют угрозу.
Однако Бояршинов отмечает, что травма, оставленная Чернобылем, затрудняет использование и развитие мирного атома. Он приводит пример использования ядерных технологий в медицине, где они могли бы продолжать развиваться. По словам эксперта, уже осуществлялось отечественное производство изотопов на экспорт для медицинских технологий, используемых в диагностике.
Кроме того, физик подчеркивает, что множество открытий в области ядерной физики и других научных областях остаются секретными и неизвестными широкой публике, несмотря на их значимость.
http://fomag.ru/ (C)
Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией | При копировании ссылка обязательна | Нашли ошибку - выделить и нажать Ctrl+Enter | Отправить жалобу