Аннотация.

        Настоящая работа описывает новый подход к объяснению феномена зарядового кластера, открытого Кеном Шоулдерсом в конце прошлого столетия. Предлагаемая модель не основывается на каких либо спорных научных гипотезах,  а согласуется  с общепринятыми нормами науки. Исключением является допущение возможности сил ближнего действия для электронов, вопреки позиции «стандартной модели». Концепция объясняет физику наблюдаемых LENR реакций, а также с новых позиций трактует природу трибоэлектрического эффекта.

 Новые термины и сокращения.

Электронный кристалл  Electronic crystal   (El.cr.)

Зарядовый кластер Charge cluster (Ch.cl.)

Зарядовый кластер в «горячей» фазе  (hot-Ch.cl.)

Зарядовый кластер в «холодной» фазе  (cold-Ch.cl.)

Использованные цифровые величины

-количество электронов в кластере 10^8...10^11 штук (по измерениям K. Sh.)

-количество вовлеченных атомов    10^3... 10^6 штук (по измерениям K. Sh.)

-диаметр кластера      10^-7 m  (по измерениям K. Sh.)

-диаметр электронного кристалла   1.18*10^-9 m  (вычисление)

-шаг решетк электронного кристалла El.cr.   2.05*10^-13 m (вычисление)

-диаметр атома  гелия         0.62*10^-10 m

-диаметр молекулы азота  3.2*10^-10 m  

-среднее расстояние между молекулами воздуха при нормальных условиях  10^-8 m

-диаметр ядра атома азота  3.1*10^-14 m

-диаметр электрона    10^-18 m

-масса электрона        9.1*10^-31 kg

-протоны и нейтроны примерно  в 1800 раз тяжелее электрона

-заряд электрона   −1,6*10^-19 Кл

-длина волны синего цвета 5*10^-7 m,

-энергия ионизации молекулы азота   15.6   eV

Историческая справка.

      Физики  при работе с дуговыми разрядами в вакууме и газовых средах давно обращали внимание на нетипичные искровые образования и мелкие изъязвления на аноде всегда одной и той же характерной формы.  Winston Bostick на конференции в Сан-Франциско Диего 10 ноября 1980 года познакомился с Kenneth R. Shoulders (K. Sh.) и заинтересовал его этим непонятным явлением. После этого K. Sh. в своей лаборатории много лет целенаправленно работал по этой теме и продвинулся в этом направлении настолько, что его заслуженно можно считать первооткрывателем зарядового кластера Charge cluster (Ch. cl.). Атмосфера этой работы передана в его автобиографическом очерке «EV A Tale of Discovery» 1987г, а подробные сведения по разработанной им исследовательской аппаратуре можно найти в описании его патента US5123039 "Energy Conversion Using High Charge Density" 1992г.

     K. Sh. смог выделить эти образования из сложного процесса дугового разряда в газовой среде, изучить их с помощью им же созданной аппаратуры и оценить их качественные и количественные характеристики. По сути, он открыл новое явление – способность электронов переходить при определенных условиях в состояние групповой аномальной плотности, в некое конденсированное состояние.    Главным условием для образования сгустка таких электронов является высокий уровень напряженности электрического поля. K. Sh. в своей лаборатории получал такое поле на острие катода игольчатой формы, дополнительно обработанного жидким проводящим материалом. В природе условия образования таких кластеров могут возникать на острых гранях минеральных или ледяных кристаллов, а также, возможно, в некоторых биологических формах.

     По данным K. Sh. единичный Ch. cl. или, как его называет автор EVO, имеет размер около 0,1 мкм, а количество электронов, упакованных в такой кластер, составляет 10^8...10^11 штук.   Одновременно зарядовый кластер захватывает из окружающего пространства атомы вещества в виде положительных ионов в количестве один на 100 000 электронов, т.е. 10^3... 10^6 штук. Что интересно, это образование в целом оказывается практически нейтрально электрически, не смотря на такой дисбаланс между электронами и плюс - ионами.  Впечатляет и энергетика Ch. cl., - он светится на стадии формирования и и образует кратер при разрушении на аноде. В описании своего патента  US5123039 на странице 68 (строка 16) Kenneth R. Shoulders  (K. Sh.) объясняет необычайную энергоемкость зарядового кластера ( Ch. cl. ) таким образом: 

«The source of this increased energy appears to be the vacuum zero point energy, or zero-point radiation. An EV, as a coupling device to zero-point energy, operates as an energy conversion mechanism whereby high frequency Zero point energy of the vacuum continuum is converted to lower frequency energy, captured as electrical output energy by the traveling wave conductor, for example.»

Такая интерпретация природы явления мало что объясняет, она контрпродуктивна. Между тем, если принять, что результаты экспериментов соответствуют действительности и конденсированное состояние электронов в природе имеет место, то можно построить вполне приемлемую модель Ch.cl., которая не будет противоречить общепринятым нормам науки.

Критическая позиция

      Все дальнейшие построения, объяснения и выводы автора опираются на открытое Шоулдерсом явление, на его EVO, которые проявляют весьма противоречивые свойства. Действительно, некая, наблюдаемая с помощью оптического микроскопа светящаяся макрочастица включает в себя 10^11 штук электронов и всего 10^6 штук атомов и ведет себя, как практически электрически нейтральный объект. Как такое возможно, каким образом протоны этих немногочисленных атомов могут экранировать столь мощный отрицательный заряд электронов? Для этого они должны находиться достаточно далеко от электронов, а те, в свою очередь, должны перейти в конденсированное состояние и быть сосредоточены в микроскопическом объеме в центре образования. Для объяснения явления пришлось поставить под сомнение одно из утверждений физической «стандартной модели» о том, что электроны являются простой «точечной, частицей» и, как представители класса лептонов, не имеют сил ближнего действия.

Электронный кристалл.   (El.cr.) 

        В своих рутинных экспериментах K. Sh. получал зарядовые кластеры, подавая относительно небольшое импульсное отрицательное напряжение на катод диода в условиях вакуума с незначительной добавкой инертного газа. При этом на остроконечном электроде ввиду незначительности его площади возникало электрическое поле очень высокой напряженности. Этого оказывалось достаточно, чтобы начали образовываться сконденсированные сгустки электронов. Одновременно и наряду с ними K. Sh. В зоне эксперимента регистрировал и тлеющий разряд, и свободные электроны. Этот факт говорит о том, что вновь образованный электронный кристалл не несет в себе сколько-нибудь значительного запаса энергии. Ею он начнет обзаводиться сразу после возникновения, постепенно превращаясь в Ch.cl., причем исключительно за счет окружающего пространства.

     По мере приближения к электрону воздействие поля на пробный заряд вначале подчиняется Q – закону. Затем начинает действовать положительное R – поле и сила, отталкивающая пробный заряд от электрона сначала уменьшается, затем доходит до нуля (точка 3), и, наконец, меняет знак. Теперь уже пробный заряд притягивается к электрону и его нужно удерживать. Сила притяжения нарастает до величины bb, после чего снова уменьшается. Начинает действовать мощное отрицательное поле S, оно самое близко действующее. В точке 2 все силы уравновешивают друг друга, попавший сюда заряд находится в потенциальной яме. Чтобы выбраться из нее, нужно затратить энергию.

        Все, что говорится о пробном заряде относится и к электрону, приближающемуся к другому электрону или к группе уже сконденсировавшихся электронов. Затратив работу по приближению электрона к такой группе, мы ее тут же частично возвратим, когда электрон «с радостью» вольется в группу под действием мощной R –силы. Электроны в сконденсированной группе, как в твердом кристалле стянуты мощным полем. По интерпретации на рис.1 они находятся в точке 2 и могут в своем тепловом движении колебаться вправо и влево относительно этой точки. Сближению электронов противодействует очень резко возрастающая S – сила, кристалл практически несжимаем (точка 1). А вот растягивается он способен значительно (точка 3), проявляя свойство определенной теплоемкости. Это будет полезно, когда сконденсированный электронный кристалл уже в качестве зрелого для LENR – проявлений hot-Ch.cl. должен будет хранить и рассевать значительную энергию.          

    На рис.2 показано изменение энергетического состояния системы в процессе  образования, а затем разрушения сконденсированной группы электронов. Предположим, на острие катода вакуумного диода с помощью концентрированного электрического поля электронам в последовательном процессе сообщается энергия hh, необходимая для их сближения с группой. Тут же значительная часть энергии gg возвращается в зону реакции. В результате сконденсированный электронный кристалл обладает относительно небольшой внутренней энергией dd по сравнению с исходной сс. Не нужно путать энергию этого кристалла с энергией образованного из него hot-Ch.cl.. Зарядовый кластер собирает свою основную немалую энергию из ионизированной окружающей среды, как это будет описано позднее. Отрезок ee – это время существования электронного кристалла. Глубокая потенциальная яма gg может сохранять его при определенных условиях неограниченно долго. В нашем же случае, в условиях эксперимента с вакуумным диодом сконденсированная группа электронов в точке 7 подходит к аноду и прекращает свое существование. Происходит обратный, также последовательный процесс: анод передает каждому электрону энергию gg и тут же забирает от него энергию hh.

    В природе сконденсированные электронные кристаллы не могут существовать в чистом виде, при участии положительных ионов они превращаются сначала в hot-Ch.cl., а затем деградируют в cold-Ch.cl.

 Образование зарядового кластера  (hot-Ch.cl.)

         Сгусток (El.cr.) из ста миллиардов электронов (10^11) создает мощное локальное электростатическое поле, притягивающее из близкого окружения положительные ионы газа. Разгоняясь в этом поле, такой ион может приобрести энергию в миллионы электрон-вольт (MeV), в то время, как энергия ионизации, или отрыва электрона от атома с верхней его орбиты лежит в пределах 10 – 20 электрон-вольт. Наш атом врезается в плотный сгусток электронов и проходит его насквозь. При этом он теряет все свои электроны и в виде голого, как в горячей плазме, атомного ядра теперь уже с зарядом равным числу его протонов продолжает движение в тормозящем электростатическом поле. За счет оставшейся энергии ядро отлетает на некоторое расстояние от сгустка и далее начинает совершать без потерь энергии упругие гармонические колебания через фокус нашего сгустка электронов. Это значит, усредненный по времени, геометрический центр первоначального электрического заряда теперь находится в фокусе  образующегося hot-Ch. cl., то есть по факту, единичный положительный заряд переместился из далекой периферии навстречу мощному заряженному противоположным знаком образованию. Совершенная работа  переходит в кинетическую энергию колеблющегося ядра, и эта энергия уже принадлежит макрообъекту hot-Ch.cl.

        Таких положительных ионов кластер может привлечь в нашем случае один миллион штук, процесс идет до тех пор, пока вокруг электронного сгустка не возникнет динамический экранирующий слой из положительно заряженных ядер атомов, проводящих большую часть времени в периферийной зоне кластера. Если электроны, оставшиеся от пролетевших сквозь El.cr. ионов, не включатся в состав кристалла, то они уносятся электрическим полем в стороны, одновременно деионизуя в ближнем окружении положительные ионы газа. Эти ионы не смогли бы пройти сквозь El.cr. ввиду их малой энергии, а став нейтральными молекулами, они уже не участвуют в процессе. Взаимное отталкивание тормозящихся на периферии ядер - ионов обеспечит их строго равномерное распределение по сферической поверхности Ch. cl.  Это, в свою очередь, создаст идеальную симметрию всей ячейки и  точную юстировку положения в пространстве фокуса, через который на огромной скорости с разных направлений пролетают ядра атомов.

     Поскольку по закону Кулона зависимость силы воздействия на пробный заряд от расстояния квадратичная, относительно небольшое количество положительных ядер - ионов может создать вблизи поверхности кластера иллюзию его электрической нейтральности, т.е. экранировать El.cr. Если представить наш объект моделью, на которой экранирующий слой заменен на полую сферу диаметром D, а электронный кристалл на сферу диаметром d, то этот диаметр можно посчитать следующим образом.

 Несложно вычислить также среднюю плотность hot-Ch.cl., - она окажется на уровне попкорна или пробки.

 А также  шаг решетки El.cr., - как видно, через такую решетку легко пролетит ядро даже тяжелого элемента, но для иона он совершенно непроходим.

 Если представить размеры объектов в логарифмическом масштабе, можно наглядно представить размерные соотношения и условия существования hot-Ch.cl. из следующего рисунка.

Теперь посчитаем, какую энергию получит ион молекулы азота N₂⁺  (q) , разгоняясь в поле не самого большого El.cr., состоящего из 10^9 электронов  (Q). По закону Кулона сила, действующая на заряды обратно пропорциональна квадрату расстояния:

        Укажу в тех же электрон-вольтах энергоемкость процессов, происходящих в операционной зоне электродугового процесса, а также в более серьезных явлениях:

- энергия движения молекулы газа (средняя) при температуре 1000 градусов K     0.13 eV

- энергия излучения кванта видимого света    2 – 3 eV

- энергия потери или  приобретения молекулой валентного электрона    5 – 20 eV

- энергия полной ионизации (до голого ядра – иона) атома гелия      78.98 eV

- то же атома лития     203 eV

- то же атома бериллия   402 eV

- энергия сближения двух протонов для преодоления кулоновского барьера   1.1 MeV

- то же для ядер азота   70.6 MeV 

- то же для ядер урана   700 MeV

Для убедительности посчитаем по той же формуле кулоновский барьер для азота:

Ek = (9*10^9 * 7 * 7 * (1,6*10^-19)^2 ) / 10^-15 = (9 * 49 * 2.56)⋅10^-14 =1.13⋅10^-11J

Ek = 1.13*10^-11 / 1,6*10^-19 = 7.06*10^7 eV = 70.6 MeV 

При экспериментах с газовакуумным диодом, наверное, возникает много мелких El.cr., что происходит с ними? Когда 1840*14  электронов весят столько же, сколько один ион азота, и электростатическое поле направляет эти частицы строго в лоб друг другу, не выдерживает кристалл, он рассыпается на электроны. И только если масса El.cr. на много порядков больше массы врезающегося в него иона, становится возможным процесс, когда разогнанный до высокой энергии ион N2+  оставит на границе электронного кристалла свою оболочку, пролетит через центр электронного сгустка и превратится в ядро – ион с зарядом 7+. Достаточное количество таких ионов превратят такой кластер в образование как бы «атом наоборот», в котором не электроны движутся по круговым орбитам вокруг ядра, а ядра совершают гармонические колебания через фокус электронного кристалла в центре. Эта модель  позволяет объяснить  механику и энергетическую обеспеченность ядерных LENR – реакций.

Ядерные LENR реакции внутри зарядового кластера hot-Ch. cl. 

      Главное достоинство hot-Ch. cl. - это их способность реализовывать реакции холодного ядерного синтеза ( LENR – процессы). Основной довод противников холодного ядерного синтеза, - это невозможность преодоления кулоновского барьера в условиях низких температур. Однако при этих низких температурах физики на несложных лабораторных ускорителях постоянно экспериментируют с ядерными реакциями,  разгоняя протон до энергий выше 1 MeV и направляя его в мишень. Созданный природой hot-Ch.cl. предоставляет для реализации холодных термоядерных реакций аналогичный, но сугубо природный механизм, результативность которого складывается  из двух начал: - высокоэнергичные ядра и точная юстировка. Все вовлеченные в hot-Ch. cl. атомы существуют в виде «голых» ядер – ионов, их электроны переданы в конденсированный электронный сгусток. Ядра непрерывно совершают гармонические колебания через локальный фокус  hot-Ch.cl. Ch., при этом в фокусе кластера их энергия полностью переходит в кинетическую и они проходят эту точку на очень высокой скорости. Вероятность близких взаимодействий движущихся с разных направлений и не синхронизированных во времени ядер достаточно велика. При этом,  поскольку речь идет о голых ядрах, происходит исключительно упругие обмены импульсами, в результате которых ядра меняют скорости и направления. Естественно, возникает определенный расклад по распределению энергий, и появляется вероятность события, когда два энергичных ядра на встречных курсах столкнутся в самом фокусе hot-Ch.cl. Это уже не будет упругое столкновение, кулоновский барьер преодолен, ядра сольются с выделением энергии или разделятся в другом соотношении с поглощением энергии, - произойдет ядерная реакция.       

      Теперь о юстировке; будем считать, что hot-Ch.cl. построен по законам сферической симметрии. Ядро – ион, выходя на поверхность hot-Ch.cl., полностью теряет радиальную составляющую своей кинетической энергии. Если имеется тангенциальная составляющая, как результат случайного взаимодействия при последнем пролете фокуса, то она снимается электростатическим отталкиванием других ядер – ионов, находящихся в данный момент на той же сферической поверхности.  Поэтому ядро перед очередным движением к центру hot-Ch.cl. полностью останавливается в пространстве, и его траектория ничем не искажена и всегда направлена строго в фокус, - электрический и геометрический центр hot-Ch.cl.

        При возникновении ядерной реакции мощный чехол из  10^11 электронов мягко демпфирует возможные быстрые частицы и жесткие излучения, переводя их энергию в тепло. Одновременно фокусный центр временно размывается, делая на некоторое время вероятность новой встречи ядер незначительной.  Ядерная реакция двух ядер среднего размера не может дать такой энергии, как слияние дейтерия и трития, но какой то небольшой дефект массы высвобождается, и эта энергия поддерживает текущие потребности зарядового кластера на излучение. Зачастую реакции могут идти с нулевым  или отрицательным балансом энергии. В процессе жизнедеятельности  hot-Ch.cl.  непрерывно обменивается материей с окружающей средой, - новые атомы и молекулы вовлекаются в зарядовый кластер, другие выделяются в среду и являются по сути продуктом трансмутации.   В благоприятных условиях движущийся  hot-Ch.cl за счет ядерных реакций с предпочтительно положительным балансом энергии может совершать огромную работу: образование при  своем разрушении известных кратеров в металлической фольге, проделывание ходов в фотоэмульсии и даже более плотных материалах (странное излучение).

   Деградация зарядового кластера,

                                переход hot-Ch.cl .... cold-Ch.cl.

Эта форма может возникнуть сразу при рождении электронного кристалла, если давление в камере достаточно велико, чтобы длина свободного пробега молекул не позволяла ионам сильно разгоняться в электростатическом поле кристалла. Возможно образование такого кластера и путем деградации «горячей» его формы. Феномен нахождения массива электронов в непосредственной близости от скопления положительных ионов обусловлен потенциальным барьером около ста вольт,  препятствующим переходу электрона из решетки кристалла на валентный уровень атома. (энергия однократной ионизации атома всего 5 – 20 eV). Цифра «100» вытекает из экспериментов K. Sh. по снижению напряжения, необходимого для генерации hot-Ch.cl. Диаметр «холодного» кластера существенно больше, - порядка 10^-6 m, а число привлеченных ионов соответственно  10^7 - 10^8 штук. Это объясняется тем, что большая часть экранирующего компонента находится не так далеко от электронного ядра, как в его горячей форме.

        Рассмотрим более подробно процесс формирования  cold-Ch.cl. в условиях относительно высокого давления газа в экспериментальной камере. Электрическое поле на катоде формирует электронный кристалл. В соответствии с рис.2 очередному электрону передается энергия hh, допустим, 100 eV. При этом он прижимается к электронному кристаллу, включаются силы ближнего действия, катоду возвращается энергия gg, допустим, 95 eV и этот электрон включается в решетку кристалла. Разница dd – cc равная 5  eV на один электрон - это приобретенная положительная потенциальная энергия этого нового группового объекта по отношению к окружающей среде. 95 eV, соответственно – это энергия, которую нужно затратить, чтобы оторвать крайний электрон от кристалла. В какой-то момент кристалл отделяется от катода, приобретает симметричную форму и устремляется к аноду, следуя, как локальный электрический заряд, по электростатическому полю.

       В разряженной газовой среде всегда есть положительно заряженные ионы, они «протискиваются» к электронному кристаллу, окружают его и, не имея возможности оторвать валентный электрон, постепенно экранируют заряд кристалла. Если электрический импульс на катоде был коротким, или экспериментатор искусственно создал в камере высоко ионизированную плазму, сформированный Ch.cl. не успеет разрядиться на аноде. Собственно анода в камере может не быть вообще, схема может работать на емкостную нагрузку, потребуется лишь коллектор для сбора свободных электронов.

       Расчеты показывают, что такая суб - частица по своей плотности приближается к плотности газа при нормальных условиях. По замыслу экспериментатора cold-Ch.cl. может быть заполнен ионами тяжелого инертного газа, например, криптона или ксенона. Тогда появляется возможность накапливать эту квази – нейтральную субстанцию в жидкой фазе в крио камере на положительном электроде под небольшим потенциалом. Электронный кристалл, как это не парадоксально, является изолятором, все электроны в нем закреплены в решетке, свободные носители заряда отсутствуют. Если собирать такие cold-Ch.cl. в крио камере на губке из тонких металлических волокон, или на подложке, можно попытаться удалить из препарата инертный газ, де - ионизируя его атомы. Получим объект, несущий постоянное электрическое поле, совершенно новый объект, не имеющий идентичности с таким классом объектов, как  элекреты. Подобные манипуляции связаны с ожидаемыми  практическими областями применения Ch.cl., например, для создания супер конденсаторов, способных хранить электроэнергию в промышленных масштабах. (об этом позже).

Как и сколько может прожить hot-Ch.cl., в чем заключается его деградация. Если кластер достаточно большой и в нем происходят ядерные реакции, то не возникает проблем с пополнением средней кинетичесной энергией колеблющихся ядер.  Вновь образовавшиеся в результате реакции ядра и нуклоны, имеющие высокие скорости, делятся своей кинетической энергией в результате упругих столкновений с другими ядрами. . Самые быстрые ядра покидают пространство Ch.Cl., при этом они ионизуют нейтральные атомы, заполняя свои электронные оболочки. На место покинувших кластер ядер прилетают новые положительные ионы атомов. Происходит интенсивный обмен материалом между hot-Ch.Cl. и окружающей средой. Избыток электронов вытесняется полем электронного кристалла на периферию, где они воссоединяются с положительными ионами газа, происходит дополнительный отвод энергии из зоны реакции. Время жизни hot-Ch.Cl.  зависит, прежде всего, от состава среды, в которой он существует, от тех ядер, которые образуют его тело. При благоприятных условиях доля ядерных реакций с положительным энергетическим балансом превалирует, и кластер существует долго. Большую роль играет также плотность газа, который окружает кластер. Для вылетающих на периферию ядер положительно заряженные ионы не вызывают затруднений. Нейтральные же атомы, не смотря на малую вероятность столкновения с ними, (диаметр ядра-иона  10^-15 m, диаметр атома 10^-10 m, среднее расстояние между молекулами воздуха при нормальных условиях 10^-8 m), приводят к потерям энергии hot-Ch.Cl. и , в конечном итоге, к его угасанию, переходу в стадию cold-Ch.cl.  

   LENR проявления возможны только в крупных  Ch.cl., в которых средняя энергия ядер – ионов приближается к 0.1 MeV, они могут быть получены в лаборатории, в грозовых или пылевых облаках или при стечении особых условий. Чаще всего Ch.cl. малы по размеру и не несут большой энергии, они не светятся и их трудно зарегистрировать.  Hot-Ch.cl. имеет диаметр 10^-7 m, на его поверхности и верхней трети объема проводят большую часть времени разгоняющиеся и замедляющиеся в своих колебаниях голые положительно заряженные ядра атомов (размер 10^-15 m). Молекулы воздуха имеют размер 10^-10 m и при нормальном давлении удалены друг от друга на 10^-8 m. Масштабные соотношения рассматриваемой конструкции позволяют предположить, что hot-Ch.cl. не оказывает серьезного агрессивного воздействия на окружающую среду. Для того, чтобы разрушить орбитальную оболочку нейтрального атома и захватить его электроны, заряженный положительно атом – ион должен подойти к этому атому на расстояние, меньшее, чем диаметр атома. Как видно из модели, вероятность такого события мала, и поэтому нейтральные молекулы воздуха могут беспрепятственно перемещаться в своем тепловом движении сквозь структуру Ch. cl. Этого нельзя сказать о свободных электронах, - ближайший атом – ион захватит странствующий электрон и тут же доставит его в сгусток конденсированных электронов.

 Некоторые примеры использования Ch.cl.    

      Hot-Ch.cl. – это больше про LENR процессы, про получение дешевой энергии, а вот перспективы использования cold-Ch.cl. просматриваются лучше. Хотя результатов экспериментов Winston Bostick и Kenneth R. Shoulders  никто не отрицает, никто также не спешит повторять и развивать эти эксперименты, доказывать существование  и исследовать свойства этих самых  Ch.cl. Но поскольку это только гипотеза, давайте немного пофантазируем и  мысленно изготовим три продукта из этого кластера, а потом посмотрим, как эти продукты можно применить для пользы общества.

       Продукт «A». Сold-Ch.cl.  - это электрически нейтральный макрообъект, состоящий из ионов газа, которые дополнительно уплотнены силами притяжения к электронному кристаллу, располагающемуся в центре. При атмосферном давлении такие кластеры окажутся тяжелее воздуха, хотя они состоят из того же азота и кислорода. Сконцентрируем их и соберем в виде жидкости при повышенном давлении и низкой температуре.

        Продукт «B». Здесь речь идет о том же конденсате, но в качестве экранирующих электронный кристалл ионов выбран тяжелый инертный газ или пары ртути. При этом, по видимому, получим жидкий или пастообразный при нормальном давлении и температуре препарат.

       Продукт «C» получить сложнее. Здесь необходимо cold-Ch.cl. фиксировать на кремниевой подложке, аккуратно нейтрализовать положительные газовые ионы мягким потоком электронов. При этом молекулы газа улетят, а размеры кластеров уменьшатся на два порядка. Чистые электронные кристаллы окажутся зафиксированными на подложке внешним электрическим полем. Далее, путем вакуумного напыления диэлектрика, кристаллы интегрируются в подложку. Получим пластину с постоянным зарядом поверхности или даже объема в кулонах на единицу площади. Что даст использование таких новых материалов для развития технологий?

      Наиболее очевидно применение композитов из электронных  кристаллов. Подобно ниодимовым магнитам, полоски с мощным отрицательным электрическим зарядом располагаются по образующей на роторе электромотора, на плоские электроды статора в нужной последовательности подается положительный потенциал. Такой двигатель гораздо легче, он не использует необходимой для электромагнитной индукции трансформаторной стали, медь также расходуется по минимуму, поскольку сильные токи отсутствуют.

     Для конденсатора характерно «странное» поведение электронов. Под влиянием внешнего воздействия не происходит равномерного уплотнения электронов во всем объеме зоны проводимости металлической пластины конденсатора, а они сосредотачиваются исключительно на направленных навстречу друг другу поверхностях. Электрическое поле не проникает вовнутрь проводника, и обкладка конденсатора может быть выполнена в виде металлической пленки микронной толщины. Единственно возможный способ увеличить емкость конденсатора, - это диэлектрическая проницаемость материала, через который идут силовые линии его электрического поля. В остальном, конденсатор остается заложником своей геометрии. (формула 2 на рисунке). Если в вакуумном конденсаторе энергия запасается в результате принудительного уплотнения одноименно заряженных электронов в неком закрытом геометрическом пространстве, в диэлектрическом конденсаторе дополнительно запасает энергию сам диэлектрик. (смотри рис. 4b). Упругие внутренние силы материала под действием поля позволяют ассиметрично поляризованным молекулам  смещаться и разворачиваться, частично компенсируя внешнее поле. В процессе разряда конденсатора эта энергия возвращается. Выигрыш в 8 раз для фарфора, в 10 раз для оксида алюминия в электролитическом конденсаторе и 24 для спирта. (относительная диэлектрическая проницаемость ε ). Есть специфические материалы, например, сегнетоэлектрики, с ε равной десяткам и сотням тысяч единиц. (почувствуйте разницу). Однако их использование для цели сохранения энергии затруднено из-за сильных гистерезисных и остаточных явлений в материале.

     На рис. 4c в качестве диэлектрика используется наш продукт «B». Он заключен в изоляционную оболочку, чтобы исключить контакт слабо связанных ионов непосредственно с пластинами конденсатора. «Холодные» кластеры на базе тяжелого инертного газа под действием электрического поля образуют гомогенную смесь из свободно плавающих электронных кристаллов в жидкости из массивных ионов. Такая структура, благодаря своей пластичности, по видимому, способна аккумулировать значительную энергию.

    Накопительный элемент на основе продукта «C» показан на рис. 4e. Это не конденсатор, а система из противостоящих друг другу в пространстве противоположных по знаку и всегда  равных по величине зарядов. В середине находится пластина из кремния, например, со внедренными в нее с возможно большей плотностью чистыми электронными кристаллами (продукт «С»). Это изолятор, движение носителей тока через этот  материал невозможно. По обеим сторонам от пластины расположены коллекторы положительных ионов (рис. 4e позиция 4). Свойства этих коллекторов таковы, что под действием электрического поля центральной пластины они окажутся заполненными положительными ионами, суммарный заряд которых будет равен центральному заряду.

Каждый коллектор имеет электрод, через который замыкается внешняя электрическая цепь элемента. Когда заряды уравновешены, разность потенциалов на клеммах элемента равна нулю.

      Элемент симметричен и может заряжаться в любом направлении. При подаче напряжения от внешнего источника электроны разряжают положительные ионы на электроде одного коллектора и создают новые положительные ионы на электроде другого коллектора ( если это газовый коллектор, то просто разряжают имеющиеся отрицательные ионы).  Концентрации ионов справа и слева от центрального заряда изменяются, появляется компенсирующее электрическое поле между коллекторами и, соответственно, возникает разность потенциалов на клеммах элемента. В качестве коллектора положительных ионов может быть использовано устройство на основе некоторого объема искусственно ионизированного газа, электролитическая ванна или твердый полупроводник с дырочной проводимостью.

      Теперь об использовании продукта «A».  По сути , - это просто воздух, он ионизирован, а полученные электроны собраны в электронные кристаллы, вокруг которых эти же заряженные ионы группируются. Запасенная в этом продукте энергия складывается из энергии  dd-cc (рис.2, ) и энергии деионизации молекул воздуха (из расчета на каждый электрон кристалла). За стабильность кластера отвечает потенциальный барьер gg, который нужно преодолеть, чтобы высвободилась энергия hh и освободившийся электрон смог воссоединиться со своим ионом. Для такого безотходного «сжигания» воздуха в воздухе потребуется специальное устройство (рис. 4f). При разряде Ch.cl.  в вакуумной камере на сильно положительном аноде мгновенно выделяющаяся энергия создает микрократер из расплавленного металла. В показанном на рисунке устройстве колебательный контур позволяет разряжать кристалл порциями и отводить полученную энергию потребителю.

 Адгезия, трибоэлектрический эффект.

   Адге́зия (от лат. adhaesio – прилипание, сцепление, притяжение),- это связь между разнородными конденсированными телами при их молекулярном контакте. Становится очевидным, что повсеместно распространенные в природе cold-Ch.cl.  решающим образом влияют на это явление.   Что касается трибоэлектрического эффекта, то до сих пор не существует внятного объяснения этого явления и зарядовые кластеры многое ставят на свое место.

Все Hot-Ch.cl.  после активной фазы своего существования постепенно переходят в стабильную стадию «холодного кластера». При этом имеем такую картину: очень небольшого размера электронный кристалл ~ 10^-9 m (примерно десять диаметров атома), окружен огромным облаком однозарядных ионов газа. Потенциала деионизации такого иона не хватает для отрыва электрона с поверхности электронного кристалла и тем самым для начала его разборки. Мощное электростатическое поле плотно прижимает ближние ионы к кристаллу. Далее ионы располагаются более рыхло, становится активным тепловое движение. Привлеченных ионов на порядки больше, чем в прежней фазе «горячего» кластера. То есть, появляются все  условия для длительного существования этого, по сути, комочка воздуха. В общем то, небльшая внутренняя потенциальная энергия этих образований остается невостребованной, она не может высвободиться в обычных условиях.

Посмотрим,  как складываются взаимодействия между мощным точечным отрицательным зарядом электронного кристалла, облаком однозарядных ионов воздуха и твердой или жидкой поверхностью, к которой Ch.Cl. имеет склонность. В электростатике влияние поля обратно пропорционально квадрату расстояния, поэтому, чем дальше простирается ионная оболочка, экранирующая точечный заряд, тем меньшим зарядом она может обладать. Под экранированием понимается компенсация электрического поля нашего кластера в относительно ближнем окружении. При большем удалении объект по-прежнему будет восприниматься, как отрицательный и будет привлекать положительные ионы. Таким образом, плотность ионов будет уменьшается с радиусом, и на периферии связь ионов будет совсем слабой. Свойство «холодного» кластера прилипать к любой твердой или жидкой поверхностью, не зависимо от того, насколько электроположительной или электроотрицательной она будет можно объяснить так. Когда «холодный» Ch.Cl. попадает на электроположительную поверхность, допустим, зерно кварца, электронный кристалл кластера немного смещается в сторону этой поверхности, в результате чего возникает электростатическая сила притяжения. То есть Ch.Cl. способен к поляризации. При этом на противоположной стороне кластера поле ослабляется и какая то часть положительных ионов покинет зону кластера. Теперь, если кластер какой то силой, например, в результате трения будет оторван от поверхности, количество положительных ионов в нем окажется меньше и он в целом будет заряжен отрицательно. Это основной механизм трибоэлектрического эффекта. Для электроотрицательной поверхности имеем зеркальный процесс, - электронный кристалл отходит от поверхности, кластер притягивает дополнительные ионы из окружающего пространства, и при отрыве частичка приобретает положительный заряд. Когда мы натираем стеклянную палочку шелковым платком, обедненные и обогащенные положительными ионами зарядовые кластеры смешиваются, и каждая сторона получает часть «чужих» частиц. При разделении заряженных тел возникает разность потенциалов, которая воспринимается, как трибоэлектричество.

Статическое электричество, электризация при трении, грозовые проявления, - это настолько обыденные и распространенные явления, что объяснение их природы с помощью Ch.Cl. настораживает. Тогда надо признать, что «холодные» кластеры вездесущи и мы привыкли к ним настолько, что просто их не замечаем. Тогда надо признать, что в окружающей нас природе существует определенный избыток электронов над нуклонами, - ведь каждый Ch.Cl. содержит электронный кристалл из электронов, количество которых на порядки больше, чем ионов. Можно допустить, что на поверхности нашей планеты существует очень небольшой избыток электронов по сравнению с количеством протонов. Причиной этого может быть солнечный ветер. Поток корпускул и ионов, идущих от солнца, входит в  земную атмосферу; с другой стороны, еще большая  часть ионов и нейтральных атомов

непрерывно сдувается этим же солнечным ветром с периферии земной атмосферы. Складывается определенный баланс по общей электростатической заряженности планеты.       Как поведут себя избыточные электроны на поверхности нашей относительно холодной планеты, если они встречают на своем пути  в подавляющем большинстве случаев самодостаточные, электрически нейтральные атомы, молекулы и соединения.