Методика исследования “проб” была следующей. “Проба” первоначально выпаривалась до сухого остатка, затем тщательно перемешивалась до однородного состояния и подвергалась масс-спектрометрическому анализу. Использовавшийся масс-спектрометр измерял массы атомов, начиная с углерода. Газы, по вполне очевидным причинам не могли быть измерены с помощью масс-спектрометра. Следует отметить, что так как масса исследуемого порошка составляла примерно 0,5 грамма, то после выпаривания легко было визуально убедиться, что "проба" имеет неоднородный состав.
Неожиданными оказались результаты масс-спектрометрических анализов “проб”, типичный из которых представлен на Рис.7а. За 100% взято количество всех атомов, обнаруженных в “пробе”. На Рис.7б представлена гистограмма изотопного соотношения титана, обнаруженного в этой же "пробе" и для сравнения в исходной фольге (природное соотношение). В гистограммах Рис.7б за 100% принята общая масса титана. Обращает на себя внимание тот факт, что в титане, оставшемся после "выстрела", сильно изменено изотопное соотношение. Сопоставив гистограммы, не сложно убедиться, что процент "недостачи" Тi48 Рис. 7б совпадает с процентом "недостачи" Тi на Рис.7а.
а)
б)
Рис. 7. Результаты масс-спектрометрического анализа продуктов опыта 226 (нагрузка Ti).
а). Процентное содержание атомов “чужих”элементов в пробе. Доля атомов Ti в продуктах эксперимента - 92%
б). Состав изотопов титана до и после эксперимента.
Были предприняты все меры для обеспечения "чистоты" эксперимента. Все электроды были изготовлены из титана высокой степени чистоты, в каждом "выстреле" использовались одноразовые полиэтиленовые стаканчики. Все использовавшиеся уплотнения были изготовлены также из полиэтилена. Поскольку в камере в момент "выстрела" давление повышается за счет омического нагрева и химической реакции Тi с водой, то в неё извне ничего не может попасть. Таким образом, в "пробе" должен был присутствовать только титан и, возможно, углерод. В масс-спектрах "проб" более чем 200 экспериментов так же как и в оптических спектрах были зарегистрированы линии элементов ("чужие" элементы), которых нет в исходном материале взрывающейся фольги и электродов.
Чтобы избежать возможной ошибки в измерении масс-спектров, некоторые контрольные "пробы" делились на три части и отправлялись на три различных масс-спектрометра в независимые организации.
Использовались так же другие методики: электронное зондирование, рентгеноструктурный, рентгенофазовый и рентгенофлюоресцентный анализы. Результаты электронного зондирования для фрагмента одной из "проб" приведены на Рис.8. Конечно, нельзя говорить о количественном совпадении результатов, полученных этими различными методиками, но качественно все методики указывают на присутствие значительного количества "чужих" элементов.
Рис. 8. Результат электронного зондирования фрагмента одной из проб.
Усредненный результат масс-спектрометрических анализов, выполненных для “проб” различных выстрелов представлен на Рис.9. Средний процент трансформации Ti составил 4%. Из сопоставления гистограмм Рис.7а и Рис.9можно видеть, что среди “чужих” элементов появляются одни и те же химические элементы, хотя их удельный вес в масс-спектре, конечно же, разный. Эта разница удельного веса объясняется различными условиями проведения экспериментов. В экспериментах менялись следующие параметры: энерговклад в фольгу, количество каналов, масса и размеры фольги, в ряде экспериментов накладывалось внешнее магнитное поле. Таким образом, было установлено, что в опытах, где в качестве нагрузки использовалась титановая фольга, в канале появлялись одни и те же “чужие” элементы. Такой же вывод следовал из результатов спектрометрических измерений.
Рис. 9. Средний по результатам 24 опытов (№169-240) процент атомов “чужих” элементов при нагрузке из титана.
Как уже отмечалось выше, наблюдалась корреляция между процентным содержанием примесей в “пробе” и “перекосом” изотопного соотношения оставшегося в “пробе” титана. Во всех изотопических анализах остатков наблюдалось увеличение относительной доли изотопов Ti46 , Ti47, Ti49,Ti50 и уменьшение доли изотопа Ti48. Этот экспериментальный факт позволил предположить, что вся убыль Ti происходит за счет “исчезновения” изотопаTi48. График на Рис.10 построен в предположении, что все “исчезновение” (выгорание) Ti нагрузки происходит только за счет выгорания Ti48. На график нанесены только те опыты, где в качестве нагрузки использовалась титановая фольга. Из графика видно, что, точки попали либо на прямую у = x, либо лежат в верхней полуплоскости. Последний факт означает, что из канала установки вылетают преимущественно “чужие” элементы, что качественно согласуется со спектральными измерениями, из которых следует, что процентное содержание “чужих” элементов в плазме весьма значительно.
Рис. 10. Корреляция уменьшения доли Ti48 и увеличения доли “чужих” элементов (проценты по весу).
На Рис.11 приведена гистограмма среднего состава продуктов для экспериментов, где в качестве нагрузки служила фольга из циркония Zr. Исходная циркониевая фольга содержала 1,1% ниобия, который соответственно вычитался из состава продуктов. Из сравнения Рис.9 и Рис.11 можно легко увидеть, что различным исходным нагрузкам соответствует свой спектр получающихся химических элементов. Это утверждение справедливо для других фольг(Fe, Ni, Pb, V, Ta), на которых проводились эксперименты. электрический взрыв разряд спектрометрический
Рис. 11. Средний по результатам 5 опытов процент атомов “чужих” элементов при нагрузке из циркония.
Поскольку трансформация элементов должна была бы сопровождаться каким либо радиоактивным излучением, то были предприняты интенсивные поиски ? - излучения и нейтронов. Для регистрации ? - излучения использовались интегральные дозиметры, рентгеновские пленки и детекторы на основе сцинтиллятора СsI и ФЭУ-30. Никакого значимого потока рентгеновского излучения ни в одном из экспериментов зарегистрировано не было. Хотя, как следовало из результатов масс-спектрометрии, количество актов трансформации составляло 1019-1020 актов за выстрел, то, очевидно, что даже один ? - квант на один акт трансформации должен был бы приводить к колоссальному потоку ? квантов Р~1020.
Рис. 12. Сигнал с детектора со сцинтилятором на основе полистирола.
Для регистрации нейтронов нами применялись 2 детектора на основе пластикового сцинтиллятора и ФЭУ-30. Детекторы располагались на расстоянии ? 1~0,4м, ? 2~0,8м от оси установки. На Рис.12 представлен типичный сигнал с ФЭУ-30. длительность которого, как видно из Рис.12, составляет Т~100нc. Столь малая длительность явилась большой неожиданностью, так как импульс тока Ти~150мкс. Время задержки импульса относительно начала тока, оно составляло Тз~20мс. Для того, чтобы измерить время прихода частиц был изготовлен специальный преобразователь, который от внешнего сигнала t~10нс формировал стандартный импульс т~10мс. Таким образом, исследуемый импульс от детектора запускал осциллограф, через линию задержки подавался на вход осциллографа и уже потом на преобразователь и АЦП. Задержка по времени запуска двух осциллографов, регистрирующих сигналы от двух пластиковых детекторов, позволила измерить скорость распространения излучения. Она оказалась равной V~20-40м/сек. Столь малая скорость не позволила отнести регистрируемые сигналы к нейтронам, поскольку тогда они оказались бы ультрахолодными и не могли бы долететь до детектора и тем более преодолеть светозащитный кожух, сделанный из алюминия. Чтобы понять природу излучения и получить его "автопортрет" была применена методика, основанная на фотоэмульсиях.
В работе использовались следующие материалы: пленка флюорографическая РФ - ЗМП с чувствительностью 1100 Р-1 по критерию 0,85 над вуалью, пленка радиографическая медицинская РМ - 1МД с чувствительностью 850р-1по критерию 0,85 над вуалью, ядерные фотопластинки типа Р с толщиной эмульсионного слоя 100 мкм, высокоразрешающие фотоэмульсии с чувствительностью~0,1 ед. ГОСТа и разрешением до 3000 линий/мм.
Все материалы после облучения проявлялись в соответствующих проявителях: пленки флюорографические в проявителе Д-19 в течении 6 мин при температуре 20? С, пластинки в фенидон - гидрохоновом проявителе изотермическим методом.
При исследовании обработанных фотоматериалов обнаружены микро- и макро-эффекты. Макро эффектами считали те, которые можно рассмотреть невооруженным глазом, а также под лупой при увеличении до 5 раз. Микро эффектами считали те эффекты, которые видны при увеличении от 75 до 2025 раз. Фотопленки и фотопластинки размещались на различных расстояниях от центра электровзрыва (от 20 см до 4 м) и располагались в радиальной и нормальной плоскостях в предположении цилиндрической симметрии эксперимента (Рис.13).
Рис.13. Схема расположения фотодетекторов
1 - место электрического взрыва фольг;
2 - постоянные магниты;
3 - пластинка с ядерной эмульсией;
4 - фотопленки;
5 - катушка магнитного поля;
6 - фотопленки, вблизи постоянного магнита.
Все фотоматериалы тщательно заворачивались в два слоя черной бумаги, которая предварительно подвергалась контролю на предмет нарушения целостности. После облучения на установке и проявления фотодетекторов бумага подвергалась повторному контролю.
Первые же эксперименты показали, что форма треков в эмульсиях очень различна: это и непрерывные прямые треки, гантелеобразные (“гусеничные”) треки и длинные треки сложной формы, напоминающие спирали и решетки.
Рис. 14. Типичный трек на фотопленке.
На Рис.14а представлен типичный очень длинный (l~3 мм) трек, напоминающий след гусеницы или протектора автопокрышки. Для этого типа треков характерно наличие второго параллельного следа, отличающегося по интенсивности почернения и длине от основного. След, представленный на Рис.14а, образовался на флюорографической пленке РФ - ЗМП, толщина эмульсии которой составляет 10мкм. На Рис.14б представлен увеличенный фрагмент трека, из которого хорошо видно, что трек имеет затейливый узор. Обращает на себя внимание тот факт, что при размере зерна ? ~1 мкм, ширина трека составляет ?~20 мкм. Оценка энергии частиц, сделанная по площади почернения, в предположении кулоновского механизма торможения составляет Е~700 Мэв. Очевидно, что, учитывая местоположение фотодетектора (указанное на Рис.13) и размер трека, невозможно его объяснить регистрацией ? ,? и ? - излучения (напомним, что РФ - пленка завернута в черную бумагу и расположена в атмосфере). Чтобы проверить природу “странного” излучения, из канала установки после электровзрыва были извлечены остатки воды и фольги и помещены в чашку Петри (“проба”), а на расстоянии 10 см как показано на Рис.15а был установлен фотодетектор.
Рис.15.а). Схема опыта. 1- чашка Петри; 2- проба; 3- фотопленка; 4- стекловолокно. б). Трек и его увеличенный фрагмент.
В качестве фотодетектора использовалась пленка РФ, которая была прижата эмульсией к световолоконной шайбе, и весь детектор был упакован в черную бумагу. Стекловолоконная шайба использовалась потому, что в предыдущих экспериментах мы заметили, что “странное” излучение явно проявляет свойства переходного излучения. Время экспозиции составило Т~18 часов. Результат представлен на Рис.15б. Из сравнения рисунков 14 и 15 можно сделать вывод об идентичности причин, вызвавших почернение пленки. А это, в свою очередь, означает, что механизм излучения имеет не ускорительное, а ядерное происхождение. Следует обратить внимание на то, что расположение плоскости фотодетекторов нормально по отношению к вектору радиуса в обоих случаях, что допускает следующую трактовку: наличие угловой составляющей скорости у источника регистрируемого излучения.
Детектирование точно таких же треков с помощью ядерных эмульсий толщиной 100мкм, позволяет утверждать, что источник, вызывающий почернение, летит строго в плоскости фотоэмульсии, так как начало трека отличается по глубине эмульсии от конца трека не более чем на 10-15мкм.
В предположении, что электрический импульс на Рис.12 и трек обусловлены одной и той же причиной, учитывая длину трека и длительность импульса, получаем оценку скорости источника излучения ? ? 10-3.
Была проведена серия экспериментов по исследованию влияния внешнего магнитного поля на наблюдаемую картину. С помощью магнитной катушки, располагавшейся, как показано на рисунке 13, на место электровзрыва было наложено слабое магнитное поле Н~20Гс.
Фотодетекторы были расположены, как показано на Рис.13(3). Типичные зарегистрированные треки представлены на Рис.16(а, б), в качестве фотодетектора использовалась ядерная фотоэмульсия. Из рисунка видно, что при наложении магнитного поля характер треков сильно изменился, а след стал похож на “комету”.
Рис.16. а). След типа “кометы”; б). Увеличенный фрагмент “головы кометы”; в). След “слоеном”.
Более подробное изучение структуры трека под микроскопом с увеличением в 225 раз, позволило выделить головку круглой формы Рис.16б с плотностью почернения D > 3 и длинный шлейф с уменьшающейся плотностью почернения, напоминающий “хвост кометы” (Рис.16а). На площади 4см2 было расположено 6 “комет”. Размеры их составляли от 300мкм до 1300мкм, а энергия частиц, оцененная по площади почернения, достигала Е~ 1Гэв.