Ядерная материя - что это и как ее использовать

Современные технологии позволяют создавать вещества, состоящие из одного слоя атомов. Но, оказывается, это вовсе не предел. Вполне возможно изготовление материалов, состоящих лишь из атомных ядер. О таких материалах и об образующей их ядерной материи читателям "Правды. Ру" рассказывает доктор технических наук профессор Александр Болонкин.

Фото: Фото: AP

Сегодня большинство людей знают, что огромное многообразие веществ окружающего мира есть комбинация примерно ста атомов, поскольку все тела (то есть материя) состоят из атомов, соединения которых образует молекулы. Атом в свою очередь состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов, а ядро, в свою очередь, состоит их протонов и нейтронов. Число этих элементарных частиц определяет тип атома и его свойства.

Размер атома — доли нанометра (нанометр — это одна миллиардная доля метра) Но размер его ядра еще в миллион раз меньше и равен нескольким фемтометрам (10 ^-15 м). Получается, что практически все вещества состоят из пустоты, в которой плавают частицы материи, связаные друг с другом в основном ядерными и электромагнитными силами.

В последние 15 лет специалисты по нанотехнологиям занимаются проектированием из атомов и молекул новых материалов. Главные их достижения: нанотрубки, представляющие собой искусственные волокна из графита, и графен — тончайшая, толщиной в один атом графитовая пленка. Все эти материалы теоретически примерно в 10-50 раз прочнее стали. Но это предел прочности атомных материалов.

В свое время автор этих строк предложил, разработал теорию и методы проектирования материалов из ядер. Ядерные силы в миллионы раз больше атомных и молекулярных сил и соответственно прочность ядерных материалов в миллионы раз выше прочности нанотрубок. Кроме того, ядерная материя не взаимодействует с обычной материей и, как показывают исследования, обладает многими удивительными свойствами, как например, способностью не терять прочность при температуре в миллионы градусов. Она, правда, тяжела, но автор предлагает делать ее в виде так называемой АБ-материи (ажурных конструкций из нитей, сеток, пустотелых кубиков), которые могут быть невидимыми и свободно проходить сквозь любые стены или быть достаточно плотными и прочными, чтобы не пропускать любые газы, снаряды, излучения и защищать даже от ядерного взрыва. Т. е. обладает теми свойствами, которые описал фантаст Игорь Гетманский в своей прекрасной книге "Цена Бессмертия", написанной по моим идеям и разработкам.

Читайте также: Александр Болонкин: "После смерти вы станете Е-человеком"

Фото: AP

Заметим, что ядерная материя не является чисто теоретическим понятием, потому что она уже существует в природе на нейтронных звездах. Но там она собрана в единый большой комок. АБ-материя отличается тем, что она производится в виде ажурных конструкций (нити, пленки, сетки и т. п.). На поверхности нейтронных звезд давление равно нулю. Это значит, что ядерная материя может существовать и в обычном мире. Известно, что протоны (частицы ядерной материи) ученые получают и используют в своих экспериментах. Подобно нанотехнологии надо научиться составлять из них ядерные конструкции.

Я уже говорил, что АБ-материя должна обладать фантастической прочностью (в том числе удельной прочностью — на единицу веса) и твердостью, которая в миллионы раз выше, чем у нанотрубок не говоря уже об обычных материалах. Также, согласно расчетам, АБ нити и пленки способны выдерживать гигантские температуры в миллионы градусов. Однакоэтоещеневсеудивительныесвойства данной субстанции.

Очевидно, что АБ-материя будет иметь почти нулевую теплоемкость аналогичную теплопроводность. Это следует из того, что обычные атомы не способны передать часть своей энергии плотной ядерной материи. Напрашивается аналогия с мячиками пинг-понга, которые, как бы спортсмен не бил по ним, все равно не способны раскачать стальную стенку.

Также данный тип материи будет характеризоваться абсолютной химической стабильностью. Изделия из этой субстанции не будут подвержены коррозии, усталости материала, они будут жить практически бесконечно, то есть время их жизни будет равно времени жизни Вселенной.

Некоторые варианты ядерной материи могут обладать невидимостью, а точнее, сверхпрозрачностью. Речь идет о специальных видах (конструкций, сеток) АБ- материи. Если расстояние между нитями или сетками из нее в несколько раз больше, чем длина волны видимого света (400 — 800) x10^{-9 м}, то он будет беспрепятственно проходить через подобную конструкцию и она, соответственно, станет невидимой. Несложно представить, что если автомобиль, самолет или космический корабль будет сделан из такого материала, вы будете видеть летящего человека (ибо он сделан из обычной материи), но не будете видеть корабль, в котором он сидит.

С другой стороны, если шаг сетки, сделанной из АБ-материи меньше расстояния между атомами 10^-10 м, то такая сетка становиться непроницаемой для обычных газа, жидкостей и твердых тел. Кстати, одновременно она, как было сказано выше, вполне, может быть невидимой и, как и всякая форма АБ-материи, характеризуется гигантской прочностью. Такая сетка может не только быть защитой против отравляющих газов, то быть также броней против пуль, снарядов и ракет. Кроме того, если размер ячейки АБ-сетки меньше длины волны определенного радиоактивного излучения, то она может защитить и от него.

Фото: AP

В то же время, если другой вариант сетки из данной материи будет иметь размер ячеи больше 100 нм, то она беспрепятственно пропустит сквозь себя обычную материю, ибо диаметр нитей (2×10^-15 _{m) в 100 тысяч раз меньше, чем диаметр атомов (3×10-10 m).} Это значить специальные конструкции из АБ-материи могут существовать на Земле и при этом люди не будут видеть и чувствовать их.

Что же, я думаю, приведенных примеров достаточно для того, что бы вы поняли, какие возможности таит в себе разработка материалов из этой субстанции. Однако каково может быть их практическое применение? Вы уже догадались, что из АБ-материи может быть изготовлена суперброня против всех обычных видов оружия. Но это еще не все. Устройства, сделанные из АБ-материалов, могут выступать в роли своеобразных хранилищ энергии. Например, автомобиль, имеющий 2 граммовое маховик из подобного материала, сможет всю свою жизнь ездить на одной зарядке, а самолет, имеющий аналогичный 100 гр. маховик, сможет также все время своей эксплуатации обходиться без заправки топлива. Также космический корабль, использующий расходуемый маховик как ракетную систему, сможет отбрасывать массу с гигантской скоростью (в 10 тысяч раз больше, чем нынешние ракетные двигатели) и, следовательно, на нем смело можно пускаться в путешествие к далеким планетам, поскольку его скорость достигнет 0,1 от скорости света. Одновременно такой ракетный двигатель может быть оружием огромной пробивной силы.

Также, поскольку, как вы помните, АБ-материя обладает способностью противостоять практически всем видам излучений, из нее можно изготовлять оболочку для обычных и компактных ядерныхреакторов. Особохотелось бы упомянутьи о микросхемах, которые можно сделать из данных материалов. Они будут иметь размеры в миллиарды раз меньше нынешних микросхем. На их базе вполне возможно создание электронных разумных существ, не уступающих по своему интеллекту человеку, размером меньше вируса и бактерии.

Отдельно хочется рассказать о некотором устройстве, которое можно назвать АБ-иглой. Как вы понимаете, ядерная материя представляет собой не комок нуклонов, а что-то вроде стройной тонкой линия, ни в одной сфере которой (диаметром примерно 3×10^{-15 м}) число нуклонов не превышает критической величины. Простейшей из таких линий них является одинарная линия из протонов и нейтронов. Это и есть та самая АБ-игла.

Недавнее исследование показало, что такие тончайшие нити (диаметром всего в один атом, 10^-15 _м), имеющие диаметр в миллион раз меньше простейшего атома водорода, обладают удивительными свойствами. Они ведь состоят из положительно заряженных протонов, которые отталкиваются друг от друга, поэтому могут растянуть данную нить и с силой примерно 30 ньютонов (3 кг). Следует заметить, что ядерная сила притяжения между нуклонами (протонами и нейтронами) примерно в 20 раз больше (около 600 ньютонов) поэтому такая нить не распадется.

То, что протоны являются элементарными магнетиками (то есть обладают магнитными свойствами), только помогает им построиться в стройную линию-струну. А то, что эта струна находится под действием сил электрического отталкивания в сильно растянутом состоянии, дает ей удивительные свойства, которые не имеют обычные известные материалы. Например, ее толкающая сила до опреленной величины (примерно 3 кг) не зависит от длины самой струны. А это значит, что такой струной вы можете толкать предмет, находящийся от вас за тысячи километров. Некоторым аналогом такой способности обладают детские надувные трубки из пленки длинной 2-3 м, которые способны передавать небольшое (ибо давление в них очень мало) толкающее усилие на полную их длину.

Это удивительное свойство АБ-иглы означает, что, используя такую конструкцию, вы сможете проникать безболезненно (напоминаю ее диаметр в миллион раз меньше диаметра атома водорода) не только в тело человека, но в глубины Земли или планеты, находящейся за тысячи километров. Тому, кто владеет ей, будет вполне по силам проверить, нет ли на его садовом участке нефти или золота, или сидя дома, изучать недра Луны.

Читайте также: Физики записали информацию на атом

Данная игла также сможет предельно упростить процесс межпланетного космического путешествия. Тросик, составленный из этих устройств, половину пути будет разгонять (или, точнее сказать, толкать) космический корабль к планете, а вторую половину пути может тормозить его. Кроме того, данные конструкции помогут кораблю "зависнуть" на планетарной орбите и даже опуститься в глубины газовой планеты.

В заключение хочу сказать, что, конечно же, теоретических разработок по ядерной материи уже не достаточно. Настало время заняться воплощением их в жизнь. Конечно, это займет немало времени — вы, наверное, помните, что еще в 1959г знаменитый американский физик Ричард Фейрман обратился к общественности и правительству США с призывом развивать нанотехнологии, однако только спустя 40 лет человечество, наконец, занялось этой проблемой. Хочется верить, что в случае с ядерной материей срок между идеей и ее воплощением будет значительно короче…

Читайте также в рубрике "Наука и техника"