Новые параметры по ядерным реакциям для осуществления на ускорителе заряженных частиц типа ЛЦУ-ЭПД-300. Проект «Электрон»

Редактор Боходир Хошимович Каримов

Редактор Фаррух Муроджонович Шарофутдинов

Дизайнер обложки Ибратжон Хатамович Алиев

Иллюстратор Ибратжон Хатамович Алиев

Корректор Абдурасул Абдусолиевич Эргашев

Рецензент, доктор технических наук, доцент научно-исследовательского института полупроводников и микроэлектроники при Национальном Университете Узбекистана Оббосхон Хакимович Кулдашев

Рецензент, доктор физико-математических наук, профессор физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Салим Мадрахимович Отажонов

Рецензент, кандидат физико-математических наук, доцент физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Боходир Хошимович Каримов

Рецензент, кандидат физико-математических наук, доцент физико-математического факультета Ферганского Политехнического Института Султонали Мукарамович Абдрахмонов

Рецензент, доктор философии по физико-математическим наукам, старший преподаватель физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Сапура Маликовна Зайнолобидинова

Рецензент, магистр по физико-математическим наукам, преподаватель физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Дилшод Кулдошалиевич Юлдошалиев

Рецензент, магистр по экономическим наукам Фаррух Муроджонович Шарофутдинов

Научный руководитель Боходир Хощимович Каримов

Научный консультант, заведующий лаборатории ускорительной техники при научно-исследовательской институте полупроводников и микроэлектроники при Национальном Университете Узбекистана Ринат Фуатович Румий

Экономический руководитель Фаррух Муроджонович Шарофутдинов

Экономический консультант, представитель Малазийской компании "Clipper Energy" Ботирали Жалолов

© Ибратжон Хатамович Алиев, 2023

© Ибратжон Хатамович Алиев, дизайн обложки, 2023

© Ибратжон Хатамович Алиев, иллюстрации, 2023

ISBN 978-5-0056-2621-9

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Посвящается моей дорогой маме Алиевой Умидахон Тулкиновне.

Предисловие

Наш современный образ жизни создан не политиками. До 1700 года люди были бедны как церковные мыши. Жизнь их была короткой и жестокой. И дело не в том, что тогда не было хороших политиков – они встречались. Но тогда люди начали активно изобретать: электричество, паровые двигатели, микропроцессоры, понимание генетики, медицины и так далее. Да, стабильность и образование очень важны, я не буду с этим спорить, но настоящий двигатель прогресса – это инновации!

Когда же актуальность проблемы энергетического голода в планетарном масштабе не раз была доказана и продемонстрирована проблема необходимости создания устройства и метода генерации электрической энергии с высокой эффективностью в крайне больших масштабах, что позволяло бы разрешить эту проблему и открыть путь для целого спектра многочисленных проектов и научных работ, нуждающиеся в подобном источнике электрической энергии.

И поскольку проводились необходимые исследования в области поиска подобного источника и метода генерации энергии, то наконец решением были признаны ядерные реакции, которые бы увеличивали собственное сечение, следовательно, как вероятность прохождения самой реакции, так и количество действовавших реакций, что конечно же напрямую связано с общей эффективностью всей ядерной реакции. Что вытекает при учёте, что энергия вылетающих частиц из ядерной реакции, во всём картеже частиц, это общее напряжение, а количество вылетающих частиц, благодаря их заряду создаёт параметр силы тока системы.

Благодаря тому, что энергии подбираются с таким расчётом, что после прохождения кулоновского барьера, частица обладает энергией равной энергии её теплового аналога и уже этот факт увеличивает эффективное сечение всей ядерной реакции, в которое вступает частица, то такие ядерные реакции можно назвать резонансными, благодаря тому, что они вызывают резонанс в системе и только этим увеличивают общую эффективность всего осуществляемого процесса.

Резонансные ядерные реакции, впервые были открыты в сентябре 2021 года, после чего проводились активные исследования, которые привели к ряду публикаций, самым значительным среди которых было произведено в декабре 2021 года, коим является монография Алиева И. Х. и Шарофутдинова Ф. М. «Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проект „Электрон“», к которой привело исследование в области поиска данного метода на протяжении 12 лет, при том учёте, что поиск в области физики атомного ядра и элементарных частиц, а также квантовой физике проходило на протяжении значительных 5 лет. Наименование резонансных ядерных реакций было придано данным системам в январе 2022 года со стороны Каримова Боходира Хошимовича и впервые фигурирует в данном исследований.

Благодаря тому, что актуальность резонансных ядерных реакций быстро вытекает из вышесказанного, то остаётся доказать актуальность того факта, что для осуществления указываемых ядерных реакций необходим ускоритель заряженных частиц, специального типа ЛЦУ (Линейно-циклотронный ускоритель), его класс ЭПД-300, вытекает из параметров, что в нём пучками являются протонные и дейтериевые пучки проекта «Электрон» с энергией до 300 МэВ. Благодаря тому, что энергия должна быть подобрана, к примеру, для обычной ядерной реакции бомбардировки лития-6 с выделением двух альфа-частиц необходимо наличие у протона с энергией 1,613245483 МэВ, и только при этом случае будет допускаться, что конечная энергия протона, после прохождения кулоновского барьера на ядерном радиусе составит 0,25 эВ, благодаря чему протон становится, что называется «тепловым» и эффективное сечение этой ядерной реакции измеряется уже в огромные единицах – кБн.

Но на сегодняшний день на всей планете нет ускорителя класса ЛЦУ, не говоря уже о подробном типа, имея общую кодировку ЛЦУ-ЭПД-300, который смог бы придать энергию протону равную 2,312691131 МэВ для первой, 1,978142789 МэВ для второй, 1,613245483 МэВ для третьей и 4,457595117 МэВ для четвёртой реакции, не потому, что эта энергия не достижима, отнюдь, эта энергия является мизерной в физике ускорителей, поскольку современные ускорители частиц фигурируют с энергиями в ГэВ и ТэВ. Причиной трудно достижимости таких результатов является именно точность, ускорители могут придать энергию в 1 МэВ, 1,5 МэВ или 2 МэВ, то есть конкретные значения, точность которых не превышает 1 или 2 порядков (под порядком имеется ввиду порядок дроби или точнее отрицательная степень основания показательной функции, то есть 10, представленной в модуле), а как видно, для данного эксперимента нужна куда более большая точность.

Дубнинский циклотрон ДЦ-280

Важность исследований резонансных ядерных реакций была не раз констатирована в ряде научных статей и проводимых исследованиях, а также для этого была посвящена специальная монография «Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проект „Электрон“», в которой подробно описывались 6 ядерных реакций, в 4 из которых происходил процесс бомбардировки мишени из бериллия, бора, алюминия и лития протонами, а в 2 из них, происходила бомбардировка мишени из лития-6 и лития-7 дейтронами, за счёт чего выделались на ряду с основным продуктом реакции – альфа-частицами, ещё и целый комплекс иных частиц, которые после отклонений в МГД-генераторе представлялись как электрический ток.

Говоря об описанном научном труде, важно отметить, что это была в первую очередь теоретическая работа, в которой имели места расчёты крайне высоких значений в связи с током, когда заряды пучков крайне большие, как и токи, доходя до нескольких кА. И лишь в завершении учитывались более приближённые данные. В данном же случае ведётся расчёт также и в моменте, когда токи малы и более приближены к реальным. Для сравнения, токи в недавно созданном циклотроне ДЦ-280 не доходили до значения в 1 А, а измерялись лишь в мА.

Такие же параметры можно привести и для электростатического ускорителя «ЭГ-2 СОКОЛ», ныне принадлежащий Научно Исследовательского Институту полупроводников и микроэлектроники при Национальном Университете Республики Узбекистан.

Электростатический ускоритель «ЭГ-2 СОКОЛ»

Следовательно, для осуществления подобного рода ядерных реакций, когда необходимые особые условия, их необходимо в очередной раз указать и уточнить, максимально приблизив к реальным значениям. Кроме того, если подробно остановится на механизме реакций, получается картина с того, что как указывалось, важно наличие специального устройства – ускорителя заряженных частиц, который мог бы придавать большую энергию в размере нескольких МэВ, для заряженной частицы. После чего данная частица наталкивалась бы на мишень определённого вещества, благодаря чему и проходила определённая ядерная реакция. При этом происходит целый ряд процессов, одним из которых является преодоление кулоновского барьера, то есть даже если ядерная реакция происходит с выходом энергии, частица для осуществления этого действия всё равно должна затратить некоторую энергию, но если подобрать общую комбинацию следующим образом, чтобы затрачивалось такое количество энергии, благодаря чему в конечном итоге оставалось малое количество энергии, превращая налетающую частицу в медленную, то вероятность прохода этой реакции резко увеличивается до не малых значений, уже после кулоновского барьера, когда кулоновские силы уже не учитываются и процесс проходит на ядерном радиусе, как и было указано.

Таким образом актуально создание ЛЦУ, который придавал бы энергии заряженным частицам с 9—10 порядком, что значительно увеличивает эффективность всей исследуемой системы и приводит к более точному определению кулоновского и иных барьеров любой реакции. При этом данный ЛЦУ, имеет целый ряд преимуществ наряду со всеми имеющимися ускорителями, поскольку для начала, является комбинацией двух классов ускорителей: циклических и линейных.

Говоря же об ускорителях, важно отметить, что ускорители сами по себе просты, в них частицы ускоряются под действием электрического поля, на этом основан весь принцип. Также нельзя и усомниться в том, что наконец пришло время для реакции первых резонансных ядерных реакций на первом ЛЦУ. Ведь если прибегать к истории, то к примеру, самый первый ускоритель был построен в 1930 году Лоуренсом Беркли. Первыми ускорителями считаются ускорители 1931 годов, когда был создан 23 см кольцевой циклотрон в Калифорнийском университете на ускорение водородных ионов с энергией в 1 МэВ. Также был разработан в 1932 году 28 см кольцевой протонный циклотрон на энергию в 1,2 МэВ в Беркли. Там же в Калифорнийском университете, Беркли разработаны действующий с 1932 по 1936 гг. 68 см кольцевой дейтериевый циклотрон на энергию 4,8 МэВ; действующий с 1937 по 1938 гг. 94 см кольцевой дейтериевый циклотрон на 8 МэВ; с 1939 г. по нынешнее время действующий 152 см кольцевой тритиевый циклотрон на 16 МэВ; с 1942 г. по нынешнее время действующий 467 см кольцевой циклотрон для различных заряженных частиц на энергию более 100 МэВ. Вместе с этим в 1932 году в Кавендишской лаборатории был сконструирован протонный электростатический протонный ускоритель на энергию 0,7 МэВ Кокрофта-Уолтона, действующий благодаря умножителю напряжения Эрнеста Томаса Синтона Уолтона и сэра Джона Дугласа Кокрофта (лауреатов 1951 г.), уже более известный также как умножитель напряжения Кокрофта-Уолтона.

Также известны ускорители Гарварда (1949—2002), Национальной лаборатории Оук-Ридж (1943-н.в.) для протонов и ядер урана с энергиями от 160 МэВ. Также создавались синхротроны известные как космотрон в Брукхейвенской национальной лаборатории, 1953—1968 гг. 72 метра для протонов в 3,3 ГэВ, также Бирменгемский сихротрон, беватро, ускоритель «Сатурн», Российский синхрофазотрон в Дубне, Протонный циклотрон в ЦЕРН. Перечисление ускорителей может быть довольно долгим процессом, не говоря уже об описании каждого, благодаря разности их видов, характеристик и физики. Поэтому нет места для сомнений в прохождении достаточно пути в данной сфере со стороны мировой науки, чтобы начались исследования и работы в конструировании новейшего циклотрона резонансного типа.

Целью данной научно-исследовательской работы является полная разработка ускорителя заряженный частиц «ЛЦУ-ЭПД-300» (линейно-циклотронный ускоритель протон-дейтериевого циклотрона для проекта «Электрон» с энергией до 300 МэВ, с высоким порядком), для подробного исследования резонансных ядерных реакций.

Задачами данного исследования являются:

· Изучение общей системы работы, физики и истории ускорителей;

· Разработка электрической системы ускорения (ВЧ-система);

· Вычисление параметров и алгоритма создания магнитной системы;

· Изучение вакуумной системы и разработка метода достижения необходимого уровня вакуума;

· Разработка системы контроля действия ускорителя и придачи необходимого уровня энергии;

· Разработка механизма и физики детектирования получаемых результатов;

· Создание технологии математического моделирования системы ускорителя заряженных частиц;

· Описание вариаций работы на ускорителе на примерах резонансных ядерных реакций.

Объектом данного исследования является ускоритель заряженных частиц ЛЦУ-ЭПД-300 резонансного типа.

Предметом исследования является изучение процесса создания ускорителя заряженных частиц резонансного типа, и технология проведения на данном ускорителе экспериментов.

Для данного исследования были применён инструментальный, эмпирический и теоретический метод исследования (с некоторыми оговорками), что выдало необходимые важные результаты.

Научная новизна данной исследовательской работы заключается в следующем:

· Первое слияние двух классов ускорителей: циклотронного и линейного, в итоге чего образуется система ЛЦУ;

· Впервые разрабатывается система, действующая в масштабе 9—10 порядков;

· Открыта возможность к проведению экспериментов с значениями энергий в 3 единиц 11—12 порядок, благодаря варьированию значения до 300 МэВ;

· Первое применение возможности проведения ядерных реакций на протонах и дейтронах с оперированием кулоновскими барьерами на любых ядрах;

· Единственное устройство на планете за всю историю человечество с такой критической точностью эксперимента;

· Указание в качестве первого исследования в области физики резонансных ядерных реакций;

· Первое представление ускорителя заряженных частиц в качестве источника электрической энергии;

· Единственные исследования в качестве ускорителя без перехода к методу генерации электрической энергии с переходом в котлованный механизм;

· Огромный объём генерируемой электрической энергии;

· Возможность перехода на высшие ядра (с 119 ядра).

Говоря о новизне данного исследования, наряду с множеством пунктом, которые в данном случае приводятся лишь частично, важно уточнить тот факт, что особенностью ускорителя, создаваемого для научно-исследовательской лаборатории при проекте «Электрон» ЛЦУ-ЭПД-300 является точность. Именно возможность придавать дуантам определённое напряжение, что при проходе через щели электрического поля, где и осуществляется ускорение пучка, ускоряется только на некоторое число, которая является лишь частью конечной энергии.

Как можно указать в самом названии реакции, необходимо вызвать резонанс, но не из-за частного «совпадения», а именно из-за энергетического подхода, как это описывалось ранее, но будет ещё более подробно описываться в последующих главах, где изначально приводится история ускорительной техники, затем разрабатывается основной физический и математический аппарат, позволяющий уже оперировать с образующимися системами ускорения пучка.

Практические результаты заключатся в следующем:

· Разработана целая программа по реализации ЛЦУ-ЭПД-300;

· Вычислены все необходимые данные ЛЦУ-ЭПД-300;

· Получена вся физика и методы работы для нового ЛЦУ-ЭПД-300;

· Разработана технология создания ускорителя ЛЦУ-ЭПД-300;

· Выражены отличительные черты резонансных ускорителей;

· Разработан проект научно-исследовательской лаборатории при новом проекте «Электрон» с использованием ЛЦУ-ЭПД-300;

· Разработана концепция научно-исследовательской лаборатории при проекте «Электрон» с использованием ЛЦУ-ЭПД-300;

· Опубликована монография «Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проект „Электрон“» с описанием 1 этапа исследования проекта «Электрон»;

· Планируется публикация целого списка монографий для подробного описания проекта ускорителя ЛЦУ-ЭПД-300;

· Разработана «Дорожная карта» проекта «Электрон».

Достоверность результатов основана на том, что будут использованы общепринятые математические, физические и иные операции. А также будут использованы экспериментальные данные проведённые в различных лабораториях и научно-исследовательских центрах, а также из практики учёных, по созданию такого рода ускорителей.

Данное исследование было не раз обсуждено на собрании докторов и кандидатов физико-математических наук Ферганского Государственного Университета, рецензентов монографии по 1 этапу проекта «Электрон», учёных Ферганского Политехнического Института, а также при контакте-обсуждении с доктором технических наук, доцентом научно-исследовательского института физики полупроводников и микроэлектроники Национального Университета Узбекистана.

Результаты проводимого исследования опубликованы в научных статьях в международных журналах «Точная Наука», «Молодой учёный» и некоторых других, в данной монографии и в монографии Алиева И. Х. и Шарофутдинова Ф. М. «Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проект „Электрон“», опубликованная ещё в 2021 году, рецензентами для которой стали доктор физико-математических наук, профессор физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Отажонов Салим Мадрахимович, доктор технических наук, доцент научно-исследовательского института физики полупроводников и микроэлектроники Национального Университета Узбекистана Кулдашев Оббос Хакимович, кандидат физико-математических наук, доцент физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Каримов Боходир Хошимович, кандидат физико-математических наук, доцент физико-математического факультета Ферганского Политехнического Института Абдурахмонов Султонали Мадрахимович, доктор философии по физико-математическим наукам, старший преподаватель физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Зайнолобидинова Сапура Маликовна, старший преподаватель физико-технического факультета Ферганского Государственного Университета Юлдошалиев Дилшод Кулдошалиевич.

Но конечно же, такую объёмную работу просто было бы невозможно описать в одном общем научном труде, это бы привело к тому, что он обладал бы титаническими размерами. Поэтому общий текст разделён на несколько отдельных работ, среди которых уже имеются в наличие 2. Говоря же об этих монографиях стоит начать из уже на сегодняшний день опубликованных:

1. Алиев И. Х., Шарофутдинов Ф. М. Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проекта «Электрон» – является первой монографией опубликованной в этом классе и описывала метод расчёта и анализа резонансных ядерных реакций, при этом применялись большие токи и мощности, приводился лишь поверхностный расчёт системы потребления, и в конце приведены первые механизмы расчёта, но даже не смотря на то, что исследование было в основном теоретическое, именно эта работа задаёт весь необходимый и используемых в механизме математический аппарат системы;

2. Алиев И. Х. Программное моделирование явлений ядерных реакций на основе технологии создания множества данных с использованием системы алгоритмов на языке С++. Проект «Ядро-ЭВМ» – вторая монография, уже описывающая простейшую модель системы расчёта с резонансными ядерными реакциями, но уже с использованием языков программирования С++, что создаёт возможность для работы на простейшем уровне, а затем уже и переход на более сложную степень работы, вместе с этим показывая математический аппарат резонансных ядерных реакций, но уже на языке настоящего компьютерного математического моделирования.

Теперь же предстоит публикация новых монографий, но уже с подробным описанием данной системы, в число которых входит и этот труд. Перечисляя последующие можно создать следующий список:

1. Новые параметры по ядерным реакциям для осуществления на ускорителе заряженных частиц типа ЛЦУ-ЭПД-300. Проекта «Электрон» – монография направлена на выведение необходимых данных по резонансным ядерным реакциям, где целочисленные данные максимально сближены с реальными, большое внимание заслуживает понижение тока и приближение к действительным значениям, что привело к тому, что в монографии по общей схеме, описывается станция, генерирующая мощность порядка 12,68 ГВт*ч электрической энергии;

2. Внешние данные для ускорителя типа ЛЦУ-ЭПД-300 – работа направлена для описания внешних и первостепенных данных, а именно проекта его здания, при котором описывая полная технология его построения, а далее расчёт механизма инжектора. Инжектор при этом является максимально мощным, благодаря тому, что токи вводящего пучка на несколько порядков больше, чем имеются на нынешних установках. Кроме того, это описание крайне важно, поскольку оно относится к одному из устройств, которое будет конструироваться первым, а также описание вакуумной системы, которая также создаётся одной из первых, наряду со всеми необходимыми теоретическими выкладками по данному описываемому механизму;

3. Физическое описание системы ускорения ускорителя типа ЛЦУ-ЭПД-300 – пожалуй самый основной из этапов-монографий, который и решает всю основную систему, точнее вводит описание системы ускорения, со всеми подробными описаниями механизма первостепенного ускорения на циклотроне, с прилегающим специальным математическим аппаратом, а также операциями уже на втором этапе – линейном этапе ускорения, который и будет корректирующим, и выдающим высокоточные значения для энергии выводимых пучков из ускорителя. Вместе с этим выводится описание операции по замене пластин-мишеней, являющимися источниками энергии и играющие роль крайне эффективного топлива;

4. Система управления ускорителем ЛЦУ-ЭПД-300 – монография, описывающая все компьютерные системы, а также электрические схемы, применяемые для анализа и контроля. Поскольку важно наблюдать за всеми происходящими явлениями, процессами как в рамках лабораторного исследования, обязательно проводимого в качестве второго этапа общего проекта, так и на моменте реализации, то этот этап несёт не малую важность. Также наряду с этим затрагивается вопрос радиоактивной безопасности, при использовании самого устройства, в лабораторном, так и промышленном масштабе;

5. Энергетический механизм для ускорителя типа ЛЦУ-ЭПД-300 – завершающий этап работы, благодаря тому, что описывает уже этап энергетических расчётов, а именно момента с питанием и выводом энергии. Также подробно описывается технология и вариации генерации электрической энергии из самого пучка, питание всевозможных систем и их охлаждения, при этом не включая энергосистему здания, а далее уже описывая и трансформаторные системы, позволяющие транспортировать электрическую энергию в сами энергетические центры для дальнейшего деления.

Таким образом второй этап, который является одним из самых важных, олицетворяет своего рода первые шаги вступления в более реалистичные физические модели. А после проведения всего проекта «Электрон» можно достичь осуществления грандиозной работы, которая открывает новые возможности, делает целое государство полностью энергетически независимым, потому что этих 12,68 ГВт*ч электрической энергии более чем достаточно для обеспечения всей Республики Узбекистан на 125,98%, благодаря чему может появиться новая отрасль инфраструктуры являющаяся направлением энергетического экспорта со стороны государства, что также приведёт к улучшению и развитию государственной экономики и не только в промышленном смысле, но также и в самом настоящем научном!