Гелий-водородная газовая смесь, помимо прикладного значения, представляет уникальную возможность для экспериментального изучения рекомбинационных спектров излучения, поскольку теория оптических переходов позволяет проводить точные расчеты. Интенсивность линии рекомбинационного излучения однократно ионизованного гелия в смеси с водородом необъяснимо выше предсказываемой теоретически при оптическом возбуждении газовой смеси. У классического водорода нет соответствующей сателлитной линии, которая бы увеличивала интенсивность линии излучения. Зато такая линия есть у водорода в субатомном состоянии.
При рекомбинации ионов водорода на поверхности проводящих тел возможно с некоторой вероятностью образование атомов водорода в субатомных состояниях. Субатом водорода, как показывают расчеты, представляется следующим образом. Во внутреннюю область пространственной локализации электрона с энергией образования 500 кэВ может проникнуть протон и образовать субатом водорода. Протон, защищенный электронным «щитом», может доставляться достаточно близко к ядрам других элементов и вступать с ними в ядерные реакции. В ряде экспериментов ранее было установлено, что субатомы водорода излучают свойственное им характерное ультрафиолетовое излучение с длиной волны 206 нм при фотосинтезе растений, наблюдается предсказанное ранее надфоновое гамма-излучение при метаболизме дрожжей, а также при электролизе никеля в растворе серной кислоты, наблюдается изменение изотопного состава пленок никеля, нанесенных магнетронным методом в атмосфере водорода [1, с. 91, 98, 103, 107, 112, 126, 136, 142]. Во всех этих экспериментах механизм образования субатомов водорода был «поверхностный». Для образования субатома водорода необходимо было, чтобы тепловой ион водорода столкнулся со слабосвязанным на поверхности тела электроном и проник во внутреннюю область пространственной локализации электрона. Вероятность таких процессов невелика. Требуются специальные условия для создания слабосвязанных электронов с поверхностью тела. В частности, требуется, чтобы внешние электрические поля были незначительными.
По-видимому, впервые новое возможное состояние водорода предсказал Ю.Л. Ратис, используя диаграммную технику. Он назвал это состояние атома водорода с конечным временем жизни «нейтроний». Однако использованный подход не позволил исследовать подробные детали этого состояния [2].
Теория субатомных состояний водорода изложена в книге [1, с. 80].
Цель исследования – показать возможность излучения субатомов водорода в ультрафиолетовом диапазоне, совпадающую с рекомбинационным излучением однократно ионизованных атомов гелия, с точностью до поправок Ридберга. Повышенная интенсивность излучения однократно ионизованных атомов гелия в атмосфере водорода предполагает возможность существования субатомов водорода.
Постановка задачи. Результаты
Теория субатомов водорода заключается в следующем. Как показывают многолетние исследования, квантовые частицы с отличной от нуля массой должны обладать собственной квантовой энергией движения. Если средняя поступательная энергия движения равна нулю, то частица локализована около вероятностного центра и имеет энергию:
mc2 = ħω = E. (1)
Смысл этой формулы, которую на заре создания квантовой механики рассчитал Луи де Бройль, заключается в том, что элементарная частица с массой покоя m представляет собой «сгусток» энергии, который двигается по законам квантовой механики. Это уравнение релятивистски инвариантно, т.е. справедливо при любых скоростях квантовых частиц. В силу формулы (1) энергия связи электрона в субатоме водорода находится из решения уравнения Шредингера в следующем виде [1, с. 80] (при этом надо учесть, что вероятностные центры локализации электрона и протона совпадают):
, (2)
решение которого имеет вид:
. (3)
Здесь 
, 
– комптоновская длина волны, 
– боровский радиус. Сравним волновую функцию субатома водорода с волновой функцией классического водорода в основном состоянии из [3, с. 130]:
. (4)
Если плотность вероятности классического водорода в основном состоянии является сферически симметричной с характерной областью локализации, равной боровскому радиусу, то радиальный экстремум области локализации плотности вероятности субатома водорода с осью симметрии Z модулирован в пространстве с нулевыми значениями на оси.
.
Пространственное распределение плотности вероятности электрона представляет электронный «щит», за которым находится протон. Наибольший характерный радиус распределения плотности вероятности в субатоме водорода превышает боровский радиус классического водорода в 1,6 раза с координатами φ = 0, θ = π / 2. Естественно, плотность вероятности электрона в субатоме водорода совпадает с зависимостью от угловых переменных плотности вероятности свободного электрона. Однако главное не характерные размеры атомов, а то, что электронный «щит» субатома водорода имеет энергию500 кэВ.
Энергия электрона в субатоме водорода имеет вид:
, (5)
Эта энергия состоит из собственной энергии электрона mc2 и кулоновской энергии связи электрона с протоном 
. Это соответствует энергии 6,02 эВ.
Поскольку в исходных уравнениях и окончательных формулах фигурирует масса электрона, то развитая теория и полученные формулы справедливы для атомов дейтерия.
Энергетическая диаграмма электрона в субатоме водорода имеет необычный вид (рисунок).
Энергетическая диаграмма субатома водорода
Однако основное состояние субатома водорода является метастабильным, поскольку классический водород в основном состоянии имеет энергию связи 13,56 эВ. Действительно, под влиянием внешних возмущений возможны переходы в более устойчивое состояние. Вычислим матричные элементы дипольных переходов. Если волновая функция атома водорода в основном состоянии имеет вид (4), тогда:
, (6)
, (7)
. (8)
Можно видеть, что возможна «утечка» субатомов водорода по направлению x в основное состояние атома водорода. При этом должны излучаться кванты с энергией 7,53 эВ.
Для подавления канала утечки субатомов водорода за счет перехода в основное состояние водорода необходимо, чтобы электрическое поле излучения было параллельно оси симметрии субатомов водорода за счет спиновой ориентации последних в магнитом поле. В связи с метастабильными состояниями субатомов водорода для увеличения интенсивности рекомбинационного излучения необходимо повышать давление водорода в камере.
Одна из проблем низкотемпературных ядерных реакций и негативное отношение к ним в течение многих лет связаны с неудачными подтверждающими экспериментами [1, с. 100]. В частности, при попытках воспроизвести опыты М. Флейшмана и С. Понса никто не догадался, что электролиз с палладиевыми электродами в тяжелой воде желательно проводить в темноте. В этом случае уменьшается «утечка» субатомов водорода (дейтерия), повышаются вероятность радиации и возможное ее уверенное измерение.
Рассмотрим энергию связи электрона в однократно ионизованном атоме гелия, который находится в возбужденном состоянии [3, с. 284]:
. (9)
Для иона гелия в возбужденном состоянии n = 3, Z = 2, ∆i – поправка Ридберга, обусловленная тем, что первый электрон искажает кулоновское поле ядра. Эта поправка зависит в основном от орбитального числа l и спина атома гелия. В книге [3, с. 284] приведены значения поправок ∆ для однократно ионизованного атома гелия. При n = 3 и l = 2 ∆ = –(0,0022; 0,0029). Получается, что эти поправки невелики и сдвиг уровней между субатомом водорода в основном состоянии и однократно ионизованном атоме гелия в возбужденном состоянии можно представить в виде:
.
При n = 3, Z = 2 
.
В нашем случае длина волны линии излучения субатома водорода имеет значение λ = 206 нм и конкретная величина сдвига может достигать δλ ≈ 0,4 нм. Такое уширение линии излучения возможно наблюдать в спектрометрах с нанометровым разрешением.
При n = 3 и l = 1 ∆ = (0,012 ; 0,068) и δλ ≈ 1,6 нм, при n=3 и l=0 ∆ = –(0,140 ; 0, –295) и δλ ≈ 19,2 нм. Главное, что линия излучения субатомов водорода всегда будет превосходить линии излучения однократно ионизованных ионов гелия. Важно, что в субатомное состояние атомы водорода можно переводить с помощью оптического излучения. При этом в спектре оптического излучения должны быть кванты с энергией 7,53 эВ.
Влияние оптического излучения на ядерную трансформацию элементов в водородной среде рассмотрел в своих работах А.Г. Пархомов и обозначил в связи с этим новый подход к созданию низкоэнергетических ядерных теплогенераторов [4, 5]. В его экспериментах галогенная лампа накаливания (220 В, 300 Вт) находилась в кварцевой трубе, через которую прокачивался 10%-ный водный раствор KN O3. Водород, необходимый для осуществления ядерных реакций, получался путем разложения воды оптическим излучением. Циркулирующий раствор охлаждался, проходя через теплообменник. Реактор работал 20 часов при потребляемой мощности 450 Вт. Мощность тепловыделения, определенная по скорости нагрева раствора, составляла около 500 Вт. Усредненная температура вольфрамовой нити составляла около 2400оС. Были представлены результаты анализа изменений элементного и изотопного состава в веществе вокруг ламп накаливания разных типов. Наличие таких изменений наряду с обнаруженным избыточным тепловыделением доказывает, что раскаленные металлы излучают агент, инициирующий ядерные трансформации в окружающем веществе – кванты излучения, необходимые для образования субатомов водорода.
В этих работах и предыдущих работах других авторов обозначен эмпирический экспериментальный подход, повышающий эффективность реакторов. Однако оптимальный вариант воздействия оптического излучения пока не найден. Для объяснения ядерной трансмутации элементов в цитированных работах используется гипотетическая модель с участием нейтрино низких энергий.
В природе существуют газовые устойчивые гелий-водородные системы на ряде планет Солнечной системы. Например, атмосфера планеты Уран состоит в основном из гелия и водорода, излучение которой наблюдают [6]. Под действием солнечной радиации в плотной атмосфере Урана возможно образование атомов водорода из молекулярного водорода. За счет проникающей космической пыли и солнечной радиации могут происходить процессы образования и излучения субатомов водорода и однократно ионизованных атомов гелия. Этому способствует относительно низкая температура атмосферы. По данным Википедии, температура составляет 49 К, что способствует низкой подвижности водорода. Излучение атмосферы планеты Уран возможно наблюдать в сверхчувствительных спектрометрах в ультрафиолетовом диапазоне [7]. В гамма-диапазоне атмосфера планеты должна мерцать от вспышек ядерных реакций на космической пыли.
Заключение
Таким образом, уширение линии излучения и увеличения интенсивности излучения однократно ионизованных возбужденных атомов гелия за счет излучения субатомов водорода в районе 206 нм может свидетельствовать в пользу существования субатомов водорода. В свою очередь, субатомы водорода могут являться инициаторами низкотемпературных ядерных реакций. В природе уширение линии рекомбинационного излучения однократно ионизованного гелия вероятно можно наблюдать в гелий-водородной атмосфере планеты Уран.
Библиографическая ссылка
Неволин В.К. ИЗЛУЧЕНИЕ ОДНОКРАТНО ИОНИЗОВАННОГО ГЕЛИЯ В АТМОСФЕРЕ ВОДОРОДА // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2023. – № 7. – С. 23-27;URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=13558 (дата обращения: 20.05.2024).