Если учитывать собственную энергию квантового движения электрона в системе протон-электрон по де Бройлю, то можно предсказать возможность существования субатомных состояний атома водорода. Это необычные состояния водорода с более компактной локализацией, позволяющей сближаться с ядрами элементов на существенно более близкие расстояния. В силу необычной структуры распределения электронной плотности субатомов водорода их поляризуемость на два порядка меньше, чем у классических атомов водорода. В среднем субатом электрически нейтрален, однако за счет сверхжесткого электронного облака с энергией образования ~500 keV в целом получается «тяжелый» электрон [1], который может притягиваться к ядрам других элементов и с большей вероятностью, чем в классическом случае, вступать в ядерные реакции. Для возникновения субатомов водорода согласно [1] необходимо иметь ионы водорода и «покоящиеся» электроны, т.е. электроны слабо связанные с поверхностью твердого тела для возможной передачи импульса при столкновении с протоном. Такая ситуация может иметь место, в частности, в магнетронных разрядах или при электролизе с участием водорода.
Явление электролиза с тяжелой водой и палладиевым катодом в 1989 г. использовали М. Флейшман и С. Понс для наблюдения холодного ядерного синтеза [2]. В зарубежной науке начался бум последователей этих экспериментов. Однако многим исследователям так и не удалось воспроизвести эти опыты, тем более была совершенно не понятна физика низкотемпературных ядерных реакций. Многие ведущие ученые в мире и в том числе у нас утверждали, что этого быть не может, на основе известной на то время физики ядерных реакций. Тем не менее накопленный экспериментальный материал за прошедшие годы позволил утвердить это направление исследований [3–5].
Ранее нами было показано [2], что при электролизе имеет место характерное рекомбинационное ультрафиолетовое излучение на длинах волн близких к 206 нм, т.е. доказана генерация субатомов водорода. Были проведены масс-спектрометрические исследования катодного осадка. Обнаружены изменения изотопного состава пленок никеля по сравнению с анодом. Пики изотопов возрастали с увеличением массового числа, иначе говоря, природные изотопы никеля присоединяли субатомы водорода и накапливались в осадке.
Цель исследования: доказать, что при электролизе никеля может наблюдаться радиация, в частности гамма-излучение. Тем более что попытки воспроизвести опыты М. Флейшмана и С. Понса привели многих исследователей к неудачам.
Материалы и методы исследования
В чашке Петри горизонтально располагался электрод из листового никеля толщиной 0,4 мм с характерными размерами 4*6 см2. Верхний электрод представлял собой многослойную никелевую сетку с диметром проволок 0,3 мм и ячейками 0,3*0,3 мм2. В сетке дополнительно были сделаны отверстия диаметром 2 мм для выхода газов при электролизе.
Под чашкой Петри находилась магнитная шайба, которая фиксировала нижний никелевый электрод. Тем более, как показывают теоретические оценки, магнитное поле способствует ориентации спинов субатомов водорода и может способствовать увеличению эффекта.
При приготовлении электролита существенной была исходная чистота продуктов. Наличие в природной воде растворимых солей приводит к потере субатомов водорода в объеме электролита и уменьшению искомого эффекта. Электролит приготавливался из деионизованной воды и ОСЧ концентрированной серной кислоты из расчета на 50 мл воды 5 мл кислоты для диссоциации серной кислоты и наличия в растворе достаточного количества ионов водорода. Поскольку сернокислый никель растворим в воде, то ионы никеля могут участвовать в ядерных реакциях в объеме электролита.
Для измерения гамма-излучения использовались два индикатора RadiaScan 701A. Диапазон индикации дозы от 0,001 до 1000 мЗв, диапазон индикации мощности дозы от 0,01 до 10000 мкЗв/ч, диапазон энергий фотонного излучения от 65 до 3000 кэВ. Дозиметры помещались в свинцовые литые контейнеры с толщиной стенок 15 мм и входным отверстием диаметром 25 мм, что уменьшало естественный фон гамма-излучения почти вдвое. Это делалось для увеличения отношения исследуемого сигнала к уровню окружающего фона, который в среднем составлял 0,11 мкЗв/час. Уровень фонового излучения зависел в основном от солнечной активности и погоды – наличия облачности и дождя. Один дозиметр служил для изучения гамма-излучения никеля, другой дозиметр контролировал окружающий гамма-фон излучения.
На рис. 1 представлен вид электролизной ячейки в чашке Петри. Можно видеть металлическое кольцо с фторопластовой вставкой, которое фиксирует верхний электрод из никелевой сетки и всю систему электродов. На рис. 2 представлен никелевый катод, лежащий на дне чашки Петри, покрытый диэлектрической пластинкой. Можно разглядеть на поверхности катода островки (пятна) осажденного никеля в результате электролиза. На рис. 3 представлен общий вид экспериментальной установки. На переднем плане под пластиковым стаканом находится система электродов в чашке Петри. На пластиковый стакан установлен свинцовый контейнер с дозиметром. Справа в свинцовом контейнере находится дозиметр для определения уровня фонового гамма-излучения. На заднем плане находится источник питания.
Рис. 1. Внешний вид электролизной ячейки в чашке Петри
Рис. 2. Катод из никеля под диэлектрической пластинкой
Рис. 3. Общий вид экспериментальной установки
Результаты исследования и их обсуждение
Для экспериментального исследования гамма-излучения оценим возможные энергии гамма-квантов. Рассмотрим изотопные ядерные реакции с участием субатомов водорода Н* за счет парных столкновений [6, 7]:
Здесь энергия гамма-квантов в первой реакции составляет 
, за счет второй 
. Заметим, что следы образования 
нами были замечены при электролизе в масс-спектрах.
Успех экспериментов по наблюдению гамма-излучения зависел от полярности подключения электродов к источнику постоянного тока. Казалось естественным верхний электрод из никелевой сетки подключить к отрицательному полюсу, чтобы он был катодом. Однако на протяжении нескольких месяцев никакого излучения не наблюдалось при увеличении концентрации серной кислоты (вплоть до появления резкого запаха диоксида серы) и при увеличении тока электролиза. Были предприняты попытки сделать многослойный сетчатый катод, чтобы увеличить вероятность столкновения субатомов водорода с поверхностью. Тем не менее вероятность столкновения с ядрами никеля в металле является исчезающее малой, поскольку ядра экранированы электронной системой металла. Возможно, неудачи большинства последователей экспериментов Флейшмана и Понса связаны с несоответствующей организацией электролиза и необходимой для этого электролизной ячейки.
Дело в том, что субатомы водорода образуются на сетчатом катоде, а возможность взаимодействовать с атомами никеля мала. Они выносятся потоком обычных атомов водорода в атмосферу воздуха. При смене полярности электродов, когда нижний электрод, лежащий на дне чашки Петри под слоем электролита, стал катодом, наблюдается гамма-излучение. Возникал скачок излучения над уровнем фона, как только включался электролиз, и излучение возвращалось к фоновому после выключения тока.
Субатомы водорода «всплывают» в объеме электролита вместе с обычными атомами водорода и могут вступать в ядерные реакции с ионами никеля путем столкновений. При электролизе поддерживался постоянным ток. Напряжение между электродами в разных экспериментах несколько отличалось. Это связано с сетчатой структурой верхнего электрода, не обеспечивающего постоянство межэлектродного зазора. В связи с этим для сравнительной оценки гамма-излучения в разных экспериментах вычислялась подводимая электрическая мощность. Измерения радиации проводились после каждого часа наблюдений. Установлена следующая закономерность. С увеличением мощности электрической энергии, подаваемой для электролиза, увеличивается скачок гамма-излучения никеля. Например, при мощности 0,1–0,4 Вт скачки составляют в среднем 2*10-3мкЗв/час, при мощности 1,7 Вт – 5*10-3мкЗв/час. Дальнейшее увеличение тока приводило к нагреву электролита и его быстрому испарению. Относительное увеличение гамма-излучения никеля над фоновыми значениями составляло от 3 % до 7,5 %. В среднем фоновое излучение составляло 0,11 мкЗв/час.
Заключение
Таким образом, доказано, что при электролизе атомы водорода в субатомном состоянии могут приводить к ядерной трансмутации никеля, приводящей к гамма-излучению. Исследуя процессы электролиза, можно сделать предложения по увеличению плотности субатомов водорода и эффективности ядерных трансмутаций.