Основная часть стенда – «молекулярный реактор», представляет собой обычную электронно-вакуумную лампу в керамическом корпусе, с бачком водяного охлаждения. Особенность конструкции – вольфрамовое покрытие на внутренней поверхности анода лампы, которое служит катализатором реакции рекомбинации. Катод был рассчитан на рабочее напряжение 12 Вольт и ток 100 Ампер, то есть примерно на мощность 1 кВт. Мы проводили исследования различных режимов, в том числе и импульсные режим нагрева (полупериоды) от сети 50Гц. Напряжение регулировалось с помощью мощного лабораторного трансформатора. В импульсе, катод выдерживал 14 Вольт. С помощью системы водяного принудительного охлаждения, включающей в себя насос, радиатор с вентилятором, и датчики температуры, мы получали точные значения генерируемой тепловой мощности. В проекте применялся вычислитель количества теплоты типа ВКТ, разработка и производство фирмы «Теплоком», Санкт-Петербург. Большую помощь в работе по данному проекту оказал Игорь Анатольевич Погоняйло.
Согласно Договора, после проведения экспериментов в Санкт-Петербурге, испытательный стенд был экспортирован во Францию. Проекты Моллера по данной теме, которые он проводил позже во Франции, называются MAHG (Moller Atomic Hydrogen Generator), они описаны в интернет, в частности на сайте Жана Луи Нода (Jean Louis Naudin) http://jnaudin.free.fr/.
Были изготовлены другие реакторы, которые затем были экспортированы в Австралию, Кристоферу Бремнеру (Christopher Bremner), для проверки обнаруженных нами результатов специалистами лаборатории в Сиднее. Необходимо отметить, что критика профессионалов из Австралии в наш адрес по методике измерений мощности на входе, при импульсном питании катода, была конструктивной. В то же время, заявления Жана Луиса Нода по эффективности преобразования энергии в его экспериментах, на мой взгляд, не были корректны. Его результаты несколько завышены. В любом случае, этот этап исследований касался только одного метода получения атомарного водорода, а именно, метода импульсного нагрева катода. Другие, более перспективные методы, например, импульсные разряды в газе между анодом и катодом, при котором в моей лаборатории отмечалось 180–240 % эффективности, в Сиднее и во Франции не изучали. Поведение смеси водорода и других газов в молекулярном реакторе, также не изучали. Эти планы хотелось бы реализовать.
Исследования 2003 года по данной теме показали, что при рекомбинации атомов водорода в молекулу, возможно получение избыточного тепла, даже в режиме термической диссоциации, то есть при получении атомарного водорода методом нагрева вольфрамовой спирали. Измерения были сделаны с достаточно высокой точностью, хотя давление газа 0,1–0,2 атмосферы не давало нам возможности получать большую мощность. В будущих проектах, целесообразно работать при давлениях водорода в несколько атмосфер, хотя это требует разработки специального надежного корпуса реактора.
Несколько слов по теории процесса. Начнем с того, что вычислим тепловую энергию рекомбинации одной молекулы. Из работ Ленгмюра и Вуда, известно, что реакция рекомбинации дает 435 КилоДжоулей тепла на грам-молекулу. Зная число Авогадро, можно найти количество тепла, выделяемое при рекомбинации одной молекулы водорода, равное, примерно, 10 в минус 18 степени Джоуля.
Тепловая диссоциация водорода требует сообщить молекуле такое же количество энергии, иначе она не диссоциирует. Нить накала катода, в наших экспериментах, нагревалась до 500 – 2400 градусов Кельвина. Найдем энергию тепловых колебаний (кинетическую энергию) атомов вольфрама нити накаливания, имеющей такую температуру. В данном диапазоне температур, она равна примерно 10 в минус 20 степени Джоуля, то есть в 100 раз меньше, чем необходимый уровень энергии диссоциации. Только для 7000 градусов Кельвина (температура фантастически высокая), мы получаем энергию на уровне 10 в минус 19 степени Джоуля, но все равно, это примерно в 10 раз меньше, чем уровень энергии, необходимый для начала диссоциации молекулы водорода. Странная ситуация…
Эти расчеты заставили меня задуматься о природе передачи кинетической энергии от атомов горячей вольфрамовой спирали молекулам водорода. Было сделано допущение о наличии в эксперименте некоторой доли паров вольфрама, которые всегда образуются в таких случаях, так как водород при заполнении колбы имел некоторую примесь паров воды (точка росы применяемого в данной лампе водорода была около минус 60 градусов Цельсия). Данный анализ физической ситуации, в которой участвуют пары вольфрама и молекулы водорода, при учете измерений тепловыделения в режиме импульсного нагрева катода, привел к открытию эффекта, суть которого заключается в следующем:
Во-первых, отметим, что массы молекул вольфрама и водорода значительно отличаются. В этом случае, мы можем указать на особые условия упругого столкновения двух тел различной массы (открытие Профессора Е. В. Александрова № 13 Приоритет СССР от 30 октября 1957 года). В соответствии с этим открытием, тело маленькой массы получает избыточную энергию в результате упругого столкновения с телом большой массы. Упрощенно, эксперимент Александрова состоял в том, что стальной шарик, сбрасываемый с некоторой высоты на массивную стальную плиту, отскакивал, и поднимался против силы тяжести на высоту, большую, чем его начальная высота. Позже выяснилось, что причиной явления служит потенциальная энергия в виде упругих сжатий, которые возникли при изготовлении шарика. Они высвобождаются при нескольких первых соударениях, но постепенно эффект уменьшается до нуля. Тем не менее, этот эксперимент дал импульс к развитию следующей концепции.
Из двух фундаментальных законов (сохранения энергии и сохранения импульса) будем полагать первичным закон сохранения импульса. При упругом столкновении, передача импульса от тела большой массы телу малой массы происходит таким образом, что после взаимодействия скорость тела с малой массой будет намного больше скорости тела с большой массой. Для пары тел «водород – вольфрам», разница масс составляет 74 раза. С учетом этого эффекта, скорость молекулы водорода после столкновения с «горячей» молекулой вольфрама, колебания которой соответствуют температуре 1500 градусов Кельвина, может достигать 52 км/с (теоретический максимум). На такой скорости, кинетическая энергия молекулы водорода может достигать 10 в минус 18 степени Джоуля, что намного больше той энергии, которая необходима для диссоциации молекулы водорода на атомы. Важно учесть, что кинетическая энергия имеет квадратичную зависимость от величины скорости движения (или колебаний) молекулы. Поэтому, преобразование кинетической энергии может быть несимметричным.
Итак, был получен вывод: физическая система двух взаимодействующих молекул очень эффективна в случае большой разницы их масс, так как происходит асимметричное увеличение кинетической энергии более легких молекул при упругом столкновении с более тяжелыми молекулами. Осциллирующие тяжелые атомы паров вольфрама (или вольфрама в нити накала) обеспечивают огромную скорость легким молекулам водорода после столкновения. Эта кинетическая энергия обуславливает диссоциацию водорода и выделение тепла при последующей рекомбинации. Таким образом, затратив 1000 Ватт электроэнергии на накал, можно ожидать получить более 7000 Ватт тепла. Другие варианты преобразования энергии, при столкновении молекул разной массы, и других «экономных» методах их возбуждения, могут дать еще большую эффективность.
В плане развития проекта, Кристофер Бремнер (Christopher Bremner) предложил использовать в экспериментах по данной теме смесь газов криптона и водорода. Возможны различные варианты смеси газов. Например, всем известна высокая эффективность ксеноновых ламп. В связи с тем, что молекула ксенона состоит из 11 атомов, а каждый имеет вес, равный весу 54 атомов водорода, предлагается использовать в будущих экспериментах смесь ксенона и водорода. В данном случае, разница массы молекулы ксенона и молекулы водорода составляет 297 раз, что обеспечит условия эффективной диссоциации водорода. Возбуждение молекул ксенона можно производить импульсным электрическим разрядом или облучением светом на резонансной длине волны. Рекомбинацию атомарного водорода, в данной схеме, целесообразно проводить в отдельном реакторе с катализатором (вольфрамовое напыление) и теплообменником. Приглашаются партнеры для развития и коммерциализации данного метода получения избыточной тепловой энергии.
Аналогичная ситуация складывается для случая паров ртути и водорода, а также других вариантов. Интересно, что «ртутно-водородный» метод уже применялся ранее для эффективного получения атомарного водорода, например, он описан в работе «Свойства свободных атомов водорода», К.Ф. Бонгефер, Берлин, «Ergebnisse tier exakten Naturwissenschaften», Выпуск № 6, 1927 год. Возбуждение смеси газов ртути и водорода, как пишет Бонгефер, должно производиться светом внешней ртутной лампы с длинной волны 254 нм. Этот свет возбуждает колебания тяжелых атомов ртути в другой колбе, где в смеси газов возникают соударения молекул ртути с молекулами водорода. Схема показана на рис. 223.
