О новой горно-металлургической технологии «Энергонива», разработанной в МГМА
на кафедре теплофизических и энергетических систем
(авторы А.В.Вачаев и Н.И.Иванов)
Новая металлургическая технология, названная дейтонной, реализуемая плазменным процессом в аппарате, конструкция и принцип работы которого представляют коммерческую тайну, охраняемую Законом РФ, зашифрована под названием «Энергонива».
Дейтонная горно-металлургическая технология - это не окислительно-восстановительная, а высокотемпературная плазменная технология.
Её первая отличительная особенность – структурная перестройка любого вещества в результате полной диссоциации оксидов с последующей ионизацией атомов.
Вторая отличительная особенность – все процессы дейтонизации реализуются в потоке воды, служащей источником протонов, нейтронов и электронов. Так как протонов в дейтонах элементов всегда меньше числа нейтронов (или равное количество), которые претерпевают с вероятностью 1/17 распад типа n® p+ e + n, то количество электронов в процессе дейтонизации увеличивается на 1/17 от общего числа нейтронов, высвобождающихся в процессе дейтонизации.
Решением уравнения энергии Кортевега-де’Фриза для случая полной ионизации атомов определены температуры, при которых происходит дейтонизация с высвобождением энергии. Так, дейтонизация водорода воды происходит при температуре 160 000, кислорода – 184 000, железа – 272 000 К и т.д. и при этом высвобождается 2646, 364,7 и 4400 МэВ на один атом.
В переводе на 1 мм3 дейтонной плазмы это эквивалентно выделению 423,4, 690 и 704 кВт-ч в виде электрической или 3,96, 4,2 и 5,4 МДж тепловой энергии, соответственно.
Объем плазмы, как установлено экспериментами, зависит от плотности электрического разряда в обрабатываемой среде, диаметра реактора и ряда других факторов.
Разряд индуцирует вокруг себя мощное магнитное поле, сжимающее среду в реакторе с усилием, достаточным для деформации структурных преобразований среды с полной ионизацией.
Экспериментами установлено, что при этом отводимая мощность (в виде электротока) в 3-10 раз превышает расходуемую на запуск и управление агрегатом «Энергонива», функционирующем длительное время в автономном режиме (опытная установка с получением железного порошка работала более двух суток и была остановлена после окончания эксперимента в рабочем состоянии).
Анализ термодинамического состояния материальных систем, обрабатываемых в «Энергониве», показал, что подвод энергии к ним не остается какой-то величиной без отклика, т.к. идет не только поглощение энергии, но и отдача её при изменении структуры (состояния вещества). Известно три состояния последнего: твердое, жидкое и газообразное. Кроме того, известно состояние плазменное, называемое четвертым состоянием. Однако, плазма, - тоже сложное структурное образование, изменяющееся при замене одних частиц вещества другими.
Различают следующие виды плазмы:
IV - плазма кластерная (молекулярная), существующая при температурах 10-50 тыс. К с долей
ионизации 0,3%, со структурой, характерной для элементарных кластеров, молекул;
V - плазма ионная, Т=100-150 тыс. К, с долей ионизации элементарных кластеров a=0,3-30%;
VI - плазма дейтонная, Т=150-300 тыс. К, с долей ионизации вещества a=30-70%;
VII - плазма нуклонная, Т=500 тыс. К, a=70-100%;
VIII - плазма адронная, Т=1 млн. К, a=90%;
IX - плазма протонно-лептонная, Т=107К, a=95%;
X - плазма излучения, Т>107К и a=100%.
Переход плазмы из одного состояния в другое, это тоже фазовый переход: соответственно IV-X.
Согласно принятому делению, достаточно полно подтверждаемому решением полного уравнения энергии Кортевега-де’Фриза с учетом членов, учитывающих гироскопичность частиц и, полагая каждое из перечисленных образований, как результат фазового перехода, упомянутое ранее получение электрического тока возможно в ходе трех переходов – IV, V и VI, т.е. в переходах с максимальной степенью ионизации среды a=30-80%.
Дейтонизация вещества, например воды, может быть описана следующим образом:
(E+H)¯
H2O®®®H + OH
hn®¯ hn®¯
èH®DH+e+n DH+e+n O®DO+8e+8n,
т.е. в ходе процесса образуется два дейтона водорода, дейтон кислорода, 10 электронов и 10 нейтрино. Температура перехода при этом достигает 180 000К и реализуется в разряде электрического тока в воде плотностью 26-27 кА/мм2 при напряжении не менее 5 В.
Экспериментами установлено, что последняя величина может быть снижена до 0,5 В при ионизации в качестве целевого элемента железа. Стабилизирующая мощность при этом достигает 4,4 кВт на реактор диаметром 6 мм и не более 25 кВт для реактора 50 мм.
Возможно реализовать увеличение количества энергии – от соленоида, охватывающего реактор. Это утилизация энергии магнитного поля разряда, индуцирующего обжимающее реактор поле.
Перемещаясь в потоке воды в зону разряда, плазма, уплотняясь уменьшается в объеме, а по мере удаления от зоны разряда расширяется. В ней реализуются сильные взаимодействия: протон-протонные, протон-нейтронные, образовавшиеся при этом нуклоны рекомбинируют, образуя дейтоны элементов, устойчивых при создающихся термодинамических условиях.
Например, для рассмотренного случая с водой имеем:
3DO+DH+e+ ® DCr+24e+hn ® Cr+6e.
Здесь из участвующих в реакции 30 электронов расходуется 24, 6 электронов оказываются свободными. Кроме того, при захвате протоном электрона с орбиты не прореагировавшего атома водорода, кислорода и т.п., образуется нейтрон:
p+eорб+ n ® n+g.
Образующийся нейтрон захватывается в сферу дальнодействия вновь образовавшегося дейтона хрома, обуславливая избыток их в последнем.
Электронная оболочка водорода и любого другого элемента за пределами зоны дейтонизации восстанавливается при электромагнитном взаимодействии частиц в зоне понижения обжатия среды магнитным полем. При этом на восстановление электронной системы элемента затрачивается энергия, численная величина которой определяется разностью между общей энергией системы и отведенной электрической и тепловой.
Для водной системы при общей энергоемкости 14620 МэВ на 3 молекулы H2O при образовании одного атома хрома от системы может быть отведено всего 3960 МэВ, остальное – затраты на нейтринное и гамма излучение (порядка 0,8 МэВ) и на формирование электронной оболочки, сближение дейтонов кислорода и водорода на расстояние между ними 10-12 мм (для начала процессов сильного взаимодействия).
Таким образом, в системе идет закалка элементов из дейтонного состояния, исключающая саморазогрев системы до самоуничтожения.
Для получения железа в реакции синтеза участвуют, кроме перечисленных дейтонов, еще два дейтона водорода. В этом случае свободными оказываются или 4 (для трехвалентного железа), или 5 (для двухвалентного) электронов, отводимых от системы в виде электрического тока. Нечетность электронов при этом обуславливает получение в продукте реакции повышенной концентрации железа, т.к. электронная оболочка переходных металлов неустойчива и может претерпевать деформации на 3-7 электронов (в валентной зоне).
Простой расчет показывает, что 20-25% воды в реакторной зоне не преобразуется в твердые вещества, минуя стадии окисления и восстановления, т.к. процессы закалки из дейтонного состояния по длительности соизмеримы со временем жизни нестабильных изотопов металлов (целевого продукта).
Приложение: материальный и энергетический баланс агрегата «Энергонива» в сравнении с мартеновской плавкой.
АВТОРЫ: Н.И.Иванов, д.т.н., проф., зав. кафедры ТЭС МГМА
А.В.Вачаев, к.т.н., проф. кафедры ТЭС МГМА
