Механизм горения топлива
В классической термодинамике и термохимии вопрос об источнике энергии при горении органического топлива даже не ставится. Теплотворная способность принимается как само собой разумеющееся, данное природой свойство горючего вещества – топлива. В 1994 году впервые было опубликовано обоснование механизма энерговыделения /2/, который оказался одинаковым для органического и ядерного топлива; электрических и лазерных установок; для высокоинтенсивных взрывных процессов и внешне спокойно текущих процессов энерговыделения в живых организмах.
Основу механизма получения энергии составляет электродинамическое взаимодействие свободных электронов с атомами вещества, при котором отрицательно заряженный электрон вырывает из атома значительно более мелкую положительно заряженную частицу. Эйнштейн в свое время был близок к установлению ее массы, которую можно определить непосредственно из его знаменитой формулы Е=mс2, если ее считать корректной и дополнить формулой Планка, Е=mс2=hн=hс/л. Отсюда m = h / (с л) =
= 6,626268∙10-34/(2,9979246∙108 Ч 4∙10-7) = 5,5257128∙10-36 кг. Как видно, самая маленькая элементарная частица – электрино –по массе на 5 порядков меньше электрона. Она в 6 раз меньше его по диаметру, более чем в 600 раз – по плотности и удельному электрическому заряду. Из условия баланса в веществе положительных и отрицательных электрических зарядов на каждый электрон приходится примерно 108 мелких частиц, которые по массе составляют 99,83% любого вещества; остальное 0,17% – электроны. Что мы знали о веществе, если не были известны характеристики 99,83% его состава?
Анализ процесса горения показывает, что электрон в плазме пламени, обладающий наибольшим электрическим потенциалом, устанавливает свой порядок, выстраивая вокруг себя сферу из 595 атомов кислорода. В этой электронной глобуле электрон взаимодействует с каждым атомом, вырывая при каждом акте взаимодействия из одного атома одну мелкую частицу – электрино, после чего атом покидает глобулу и замещается. новым. Всего каждый атом кислорода 286 раз вступает во взаимодействие с электроном, находящимся в центре глобулы, и теряет, соответственно, 286 мелких частиц – электрино. Испытывая совершенно понятный по смыслу дефект массы.
Электрино в акте взаимодействия с электроном вылетает из атома со скоростью порядка 1016 м/с и мечется внутри электронной глобулы, отдавая соседям свою кинетическую энергию. Уменьшив свою скорость до скорости света, электрино с пламенем удаляется за пределы зоны реакции. После взаимодействия, электроны и атомы в полном составе переходят в продукты сгорания, в том числе, в СО2. Атом кислорода, как видно, «портится», теряя часть своей массы в количестве 10-6 %, но затем восстанавливается в природных условиях. Все это подтверждено расчетом и опытом.
Какая же роль топлива? Топливо является донором электронов. Дело в том, что химическая реакция, например С + О2=СO2, требует трех электронов связи для молекулы СO2. Но при делении молекулы кислорода на атомы высвобождается один электрон связи, который становится свободным электроном. А для того, чтобы реакция горения не прекратилась, нужно три электрона – для связи атомов в молекулы продуктов реакции. Отдавая 286 электрино от каждого атома, кислород претерпевает частичный распад, испытывая совершенно незначительный дефицит массы и, соответственно, долю энергии полного распада – всего
4,27∙10-6 %. Для полного распада кислорода потребовалось бы одновременно 16 электронов на каждый атом кислорода, чтобы обеспечивалась незатухающая ядерная реакция его распада с коэффициентом размножения, равным трем, как в обычной, урановой, ядерной реакции. То есть, интенсивность горения по сравнению с полным распадом составляет 1/16 по количеству электронов на один атом кислорода.
Нет вещества в природе, которое не могло бы быть подвергнуто распаду на элементарные частицы с выделением энергии описанным способом, который назван фазовым переходом высшего рода (ФПВР). При полном распаде любого вещества на элементарные частицы выделяется энергия в количестве 3,2885351∙1014Дж/кг. Это энергия их связи; в этом смысле каждое вещество является природным аккумулятором энергии связи элементарных частиц.
Как видно из приведенного описания, обычное горение органического топлива в своей основе является атомной реакцией. Необходимыми условиями ее проведения являются: наличие плазмы – как состояния раздробленного вещества (хотя бы на атомы); наличие достаточного количества электронов – генераторов энергии. В связи с тем, что атомы в молекуле азота имеют более прочную связь (два электрона связи), чем атомы в молекуле кислорода (один электрон связи), энергии пламени недостаточно, чтобы разрушить молекулу азота, и он остается балластом в обычной реакции горения.
Если в атмосферном воздухе каким-либо способом создать плазму с деструкцией не только кислорода, но и азота, то в этой плазме будет происходить описанный выше ФПВР с частичным распадом атомов и кислорода и азота воздуха и выделением указанного количества энергии. Поскольку соотношение количества кислорода и азота в воздухе составляет примерно 1/5, то по балансу количества атомов, обеспеченных каждый по одному электрону – генератору, требуется 10 электронов для азота и 2 для кислорода. Атомы азота обеспечиваются своими электронами связи, а из двух атомов молекулы кислорода только один обеспечивается своим электроном связи, а другой должен обеспечиваться электроном от донора – топлива. В случае распада в атмосферном воздухе и кислорода и азота должно выделяться энергии примерно до 12/2 = 6 раз больше, чем при обычном горении.
При избытке электронов может происходить не только частичный, но и полный распад молекул и атомов атмосферного воздуха с выделением соответствующего количества энергии. Такие процессы происходили, например, при термоядерных взрывах, мощность которых «неведомым» образом была на 2...3 порядка выше расчетной. Теперь этому есть объяснение.
Незначительный дефицит массы при частичном распаде кислорода в реакции горения позволяет сохранить химические свойства реагентов и образовать продукты реакции с сохранением и использованием полного состава атомов, нейтронов и элементарных частиц (электронов и электрино), за исключением излученных электрино. Поэтому никаких ионизирующих радиоактивных излучений при горении не наблюдается, так как нечему излучаться: все частицы использованы в реакции без остатка в стабильных веществах, а излученные электрино, оставаясь теми же мелкими частицами – электрино, но с меньшей скоростью и энергией, в конечном итоге превращаются в фотоны, оптического и теплового диапазона излучений, который, как известно, не является радиоактивным и ионизирующим вследствие недостаточной для этого энергии фотонов.
