Как зажечь воду
Прежде чем создать плазменную энергоустановку SunCell, команда исследователей под руководством американского физика Рэнделла Миллса опробовала множество других способов преобразования водорода в гидринную форму. Расскажем об одном из них.
В январе 2014 года компания BlackLight Power (впоследствии переименованная в Brilliant Light Power) объявила о технологическом прорыве. В новом эксперименте с электролитической ячейкой была получена гораздо более высокая удельная мощность, чем в предыдущих. Примечательно, что катализатором реакции превращения водорода в гидрино служила обыкновенная вода.
Удивительное совпадение
Обычно вода существует в виде конгломератов молекул, соединённых между собой электростатическим притяжением. Но если взять молекулы воды, отделённые друг от друга (обозначим их HOH), тогда для химического разделения каждой из них на составляющие элементы потребуется энергия в 81,6 электрон-вольта. Одну треть этой величины, то есть 27,2 электрон-вольта, как раз нужно отнять у атома водорода для того, чтобы перевести его в гидрино типа H(1/4). Именно поэтому HOH, то есть ненасыщенный водяной пар, подходит на роль катализатора для гидринной реакции, при которой каждый атом водорода выделяет ещё 122,4 электрон-вольта энергии в виде одного или двух фотонов экстремального ультрафиолета.
Используя водяной пар в качестве катализатора и одновременно источника атомарного водорода, можно получать энергию, не беспокоясь о таких вопросах, как отравление катализатора продуктами реакции или максимальное увеличение площади активной поверхности. На практике, однако, у команды Миллса возникли серьёзные препятствия.
Грубая сила
В опытах с плазмой, создаваемой СВЧ-излучением, при попытке увеличить интенсивность реакции выявились проблемы. Даже в самых удачных экспериментах в гидринное состояние переходила лишь мизерная доля водорода.
В чём препятствие? СВЧ-излучение ионизировало молекулы. Высвобождаемые электроны, прикрепляясь к чему только возможно, накапливались в плазме, отчего она обретала отрицательный нетто-заряд. Элементы плазмы начинали отталкивать друг друга, реакция тормозилась.
Рэнделл Милсс предположил, что при пропускании достаточно сильного тока через проводящую среду, содержащую воду, можно «грубой силой» снять излишний заряд с молекул, чтобы ускорить реакцию.
Сама по себе вода плохо проводит электрический ток, но если в неё добавить, например, металлическую пудру, она обретёт высокую проводимость. В начале января 2014 года экспериментаторы взяли мокрый медно-титановый порошок, завернули его в алюминиевую фольгу и положили между электродами электросварочного аппарата. Капсула весила десятую долю грамма. При пропускании сильного тока (порядка 12 тыс. ампер) исследователи получили яркую вспышку белого света, сильный хлопок и серьёзную ударную волну.
Взрывообразный характер реакции был хорошим знаком. «Если нам удастся организовать контролируемые взрывы, как в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания, источник энергии будет у нас в кармане, - решили инноваторы. - Нужно добиться такой удельной мощности, которой будет достаточно для того, чтобы сгенерировать электроэнергию или привести в движение автомобиль». Важно отметить, что сам металлический порошок не расходовался, то есть его можно было собрать и использовать повторно. Сообщив прессе, что достигнута мегаваттная мощность, инноваторы назначили публичную демонстрацию на 28 января.
Подрыв квантовой механики
В тот день в лаборатории собралась большая аудитория. Приехали учёные, технические обозреватели, съёмочные группы. Рэнделл Миллс продемонстрировал, как взрывается капсула с металлическим порошком. Калориметрическая бомба (применяется для измерения энергии взрывных процессов) показала мегаваттную мощность, совершенно необъяснимую с позиций квантовой механики, которая не допускает перехода электронов ниже первого энергетического уровня. Присутствующие убедились, что Рэнделл Миллс нашёл-таки способ кардинально ускорить каталитический процесс превращения водорода в гидрино.
В последующие месяцы инноваторы проверили различные комбинации порошков титана, меди, алюминия и золота, а также их оксидов (кроме золота). Лучший результат получился с капсулой, содержащей 70 мг титана и 30 мг воды. Выделилось 866 джоулей «лишней» энергии - в семь раз больше, чем было затрачено электричества. По взрывной силе (8660 Дж/г) мокрый порошок титана вдвое превзошёл тринитротолуол. (Теоретическое объяснение процесса смотрите, щёлкнув здесь. Отчёт о проверке энергетического выхода реакции смотрите здесь.) Факт образования гидрино был подтверждён двумя способами. Рамановская спектроскопия показала пик, соответствующий вращательному движению молекул H2(1/4). (Напомним читателям, что обычного спектра у гидрино нет из-за отсутствия свободных орбиталей для электрона.) Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия показала пик на уровне двойной энергии ионизации молекул H2(1/4), который нельзя причислить ни к какому другому процессу. Тем самым Рэнделл Миллс подтвердил, что его теория работает, а квантовая механика - пасует.
Большая часть энергии высвобождалась в форме экстремального ультрафиолетового излучения. Невидимое глазу непосредственно, оно возбуждает ярчайшее свечение газов. В одном из экспериментов взрывы проводились в вакуумной камере. Расширившись, газ становился достаточно прозрачным, чтобы его можно было отслеживать оптическими приборами. Учёные зафиксировали сверхзвуковую скорость движения газов и их свечение на протяжении 19 мс, хотя зажигающий токовый импульс длился всего миллисекунду.
Рождение «солнечной ячейки»
Вскоре в компании BlackLight Power была создана концепция энергоустановки, где между двумя медными электродными роликами тысячу раз в секунду происходят вспышки, энергия которых преобразуется в электричество с помощью магнитогидродинамического (МГД) генератора.
Однако этот концепт вскоре вышел из фавора в силу того, что львиная доля выделяющейся энергии имеет лучистый характер. Рэнделлу Миллсу пришло озарение: «Почему бы не использовать солнечные панели?»
панелями - отличная идея!
Через полгода после январской демонстрации компания устроила публичный показ системы, где топливные пеллеты прокатывались между двумя роликовыми электродами. Установка непрерывно сверкала и трещала. Окружающие её солнечные панели выдавали энергию, от которой зажглась светодиодная лампа мощностью 70 Вт. Предлагаем вашему вниманию видеозапись, сделанную во премя того публичного показа. Эксперимент в ней вы найдёте на четвёртой минуте от начала.
Следующий концепт включал гидринный генератор мощностью 50 МВт, в котором солнечные панели ловили свет от непрерывной реакции, протекавшей между роликовыми электродами. Чертежи выглядели очень наглядно и убедительно. Всем было понятно, что излучаемый в процессе реакции ультрафиолетовый свет нужно ещё каким-то образом преобразовывать в видимый свет, на который рассчитаны существующие солнечные панели. Но это уже детали, так сказать, дело техники. Инвесторы выделили компании очередные одиннадцать миллионов долларов. Рэнделл Миллс назвал установку словом "SunCell".
И хотя твёрдое топливо вспыхивало весьма зрелищно, для непрерывно работающего источника энергии оно не очень годилось. Роликовые электроды быстро разрушались, покрываясь щербинами от микровзрывов. Стало очевидно, что жидкость или газ предпочтительнее.
О том, как дальше разворачивались исследования, мы рассказывали читателям в ноябре 2022 года (смотрите, щёлкнув здесь).
При подготовке статьи использованы материалы компании Brilliant Light Power и книга Бретта Холверстотта «Рэнделл Миллс и поиск энергии гидрино».
Все наши статьи о гидрино удобно собраны в одном месте здесь.
Читайте другие наши материалы
