ÚVOD DO MODELU STRUKTUROVANÉHO ATOMU

Úvod

Strukturovaný model atomu (SAM) je průzkumný model jádra založený na intuitivní představě, že jádro by mělo mít strukturní vlastnosti. Jde o pokus aplikovat na atomové jádro úvahy "normální fyziky" a získat tak pochopení fyziky na detailní úrovni, aniž by bylo nutné zvládat náročnou matematiku nebo kvantovou mechaniku.Standardní fyzika upustila od jakékoliv formy pevné struktury jádra kvůli omezením, která klade kvantová mechanika, konkrétně Heisenbergův princip neurčitosti, který předpokládá, že se nukleony v jádře pohybují značnou rychlostí ve velmi omezeném objemu. Norman Cook ve své knize Models of the Atomic Nucleus (Modely atomového jádra) rozebírá dilema, které před nás staví kvantová fyzika, následovně:

Vzhledem k tomu, že v relativně malém objemu jádra je nahuštěno relativně velké množství nukleonů, další otázka se týká prostorových vztahů nukleonů k sobě navzájem v jádře, a zde začínají naše potíže. Pro jednoduchou odpověď na otázku, zda je jádro":

1) rozptýleným plynem nukleonů, které se vůči sobě pohybují rychle a chaoticky
2) hustou kapalinou nukleonů, které se pohybují pomaleji, ale interagují s blízkými sousedy
3) pevným tělesem nukleonů, které jsou vůči sobě uzamčeny v určitých polohách -  neexistují tři, ale čtyři hlavní hypotézy. Jsou to:

a) model plynné fáze (slupka nebo nezávislá částice)
b) model kapalné fáze (kapka kapaliny nebo kolektiv)
c) molekulární model polotuhé fáze (alfa částice nebo klastr)
d) několik modelů mřížky pevné fáze

Nyní jsme se dostali do oblasti problémů, paradoxů a vícenásobných modelů, které činí jadernou fyziku koncepčně obtížnou.

SAM tyto problémy obchází tím, že popírá reálnost kodaňské interpretace Heisenbergova principu neurčitosti pro jádro a předpokládá pevnou strukturu, kde nukleony zůstávají na místě a interagují pouze elektrostaticky a elektromagneticky. Významným aspektem SAM je opětovné zavedení elektronu neboli záporného náboje do jádra. Toho dosáhneme postulátem, že neutron není samostatná částice, ale že se jedná o pár proton-elektron, jak se předpokládalo před "objevem" neutronu v roce 1932. Snad nejsilnějším důkazem, který tuto představu podporuje, je fakt, že volný neutron se rozpadá na proton a elektron s poločasem rozpadu přibližně 15 minut. Zdůrazněním úlohy elektronu v jádře nepřímo předpokládáme, že základní síla, která drží jádro pohromadě, je elektrostatické a elektromagnetické povahy.

Jedním z hlavních poznatků získaných na základě SAM je, že vnitřní jaderná struktura diktuje tvar vnější elektronové konfigurace, tj. v kvantové mechanice vnější elektronové orbitaly, a tím i chemické vlastnosti prvků, jako je chemická valence. Je zřejmé, že tyto vlastnosti odrážejí konkrétní proton-elektronovou konfiguraci jádra. Schopnost SAM vizualizovat jádro proto může poskytnout strukturní vodítka o vnější elektronové konfiguraci, zejména o vazebných úhlech mezi sousedními atomy. To potenciálně otevírá vyhlídky na novou řadu materiálů, které by mohly být použity jako náhrada drahých nebo nebezpečných sloučenin. SAM zpochybňuje vyprávění standardního modelu o původu prvků ve hvězdách a ve vesmíru. Uvědomění si, že k transmutacím prvků dochází i v relativně příznivých prostředích, naznačuje, že tento obraz nukleosyntézy může být chybný nebo přinejmenším příliš omezující.

Alternativní možností, kterou navrhuje SAM, je, že těžší prvky než železo, jako je zlato a stříbro, vznikají především in-situ na planetách transmutací jiných jader. K tomu by docházelo při intenzivních elektrických výbojích, k jakým může docházet například v sopkách. Pro většinu lidí je chemie složitá, ale z dosavadních reakcí usuzujeme, že vizualizace, kterou SAM poskytuje, může vnést do předmětu větší přehlednost a pomoci při výuce chemie. Rozšířením SAM z oblasti jádra na oblast vnějších elektronů, tedy na celý atom a dále na molekuly, předpokládáme možnost zpřístupnit chemii i velmi mladým studentům. Během vývoje SAM jsme identifikovali geometrické konfigurace všech prvků periodické tabulky (PTE), včetně několika izotopů prvků. To nám umožnilo vytvořit novou periodickou tabulku, která zobrazuje strukturní konfiguraci každého prvku (obrázek 24). Tyto vyvíjející se strukturní vzorce řídí různé pozorovatelné jevy jaderné fyziky, včetně toho, které jaderné reakce jsou možné, například rozpad beta, tendence ke štěpení a pravděpodobné izotopické odchylky nebo chybějící prvky, které mohou existovat.

Nahrazení neutronu párem proton-elektron

Základním předpokladem SAM je, že uvnitř jádra není rozdíl mezi protony a neutrony: neutron je považován za pár proton-elektron (PEP). PEP v kombinaci s protonem tvoří základní stavební prvek jádra v SAM, deuteron (viz. obr. níže). Toto opětovné zavedení elektronu do jádra se projevuje jako "sférické husté balení", což je známý pojem pro tendenci hmoty shlukovat se do co nejmenší koule. Tento princip hustého balení v kombinaci s vyloučením neutronu jako samostatné entity uvnitř jádra nám umožňuje podrobně odvodit tvar jádra každého prvku v periodické tabulce, včetně jejich izotopů. Zjistili jsme, že určité kombinace protonů a vnitřních elektronů se v celé PTE objevují opakovaně: příroda je používá jako větší stavební kameny pro sestavování prvků. Tímto způsobem se objevují postupně větší struktury, jejichž výsledkem je tvar ikosaedru, který příroda zřejmě upřednostňuje, neboť se jedná o platonickou pevnou látku. Jednoduchý princip kulového hustého balení funguje až po uhlík, který má strukturu ikosaedru.

Hustý sférický obal

V SAM je jádro konstruováno tak, že se protony (kladný náboj) poskládají do geometrické struktury, přičemž elektrony (záporný náboj) se uvnitř této struktury nacházejí na velmi specifických místech (a přesto s neznámým tvarem a velikostí), přičemž působí jako jakýsi "lepidlo". Jediná koule existuje sama o sobě (obrázek 2). Dvě koule se k sobě mohou připojit pouze jedním způsobem (tj. vedle sebe; obrázek 3). U tří koulí existují dvě možnosti - v linii (obrázek 4) nebo v trojúhelníkovém tvaru (obrázek 5). U čtyř koulí jsou tři možnosti - všechny čtyři v řadě, ve tvaru čtverce a ve tvaru čtyřstěnu (obrázek 6). Čtyři v řadě nefunguje, protože to není sféricky hustá struktura, stejně jako čtverec. Pokud to zmapujeme na první prvky, najdeme zobrazení, která nalezneme na obrázcích 2-6.

Pátou kouli nelze přidat, aniž by se narušila struktura čtyřstěnu, přičemž síla působící dovnitř ji rozbije. S pěti koulemi neexistuje stabilní struktura. Koule se navzájem vytlačují z husté struktury a vytvářejí deformace strukturního tvaru - pro shluky pěti koulí neexistuje žádný konečný klidový tvar. Není nečekané, že neexistuje stabilní izotop prvku s pěti nukleony. Šest sfér vytváří osmistěn a ten se na první pohled zdá být stabilní a hustě uspořádaný. Protože jsou však koule přitahovány ke společnému středu, protilehlé koule od sebe odtlačí čtyři spojené protony a místo toho vytvoří prstencovou strukturu s pěti koulemi a další koulí na jedné straně ve středu prstence (obrázek 7). Sedm sfér se spojí a vytvoří pětibokou bi-pyramidu sestávající z prstence pěti sfér a horní a dolní sféry, které prstenec uzavírají (obrázek 8).

Osm koulí vytváří stejné podmínky jako pět koulí. Tažná síla směrem dovnitř způsobí, že osmá koule pronikne do prstence pod ní, čímž naruší základní strukturu. Není možné vytvořit stabilní strukturu, která by byla hustě zaplněna osmi koulemi. A opět neexistuje žádný stabilní izotop prvku s osmi nukleony. Když přidáme dvě koule na vrchol pětiboké dvojpyramidy (sedm koulí), vytvoříme nový čtyřstěn, který kombinuje se dvěma koulemi, které již v ve struktuře. Tento tetraedr je silnější než a odpovídajícím způsobem ji modifikuje; proto se základní struktura struktura není zničena (obrázek 9). Desátá koule vytvoří další životaschopnou strukturu (obrázky 10, 11). Opět můžeme snadno zmapovat tuto stavbu na několik dalších prvků: (viz obrázky 7-11). Jedenáctá sféra dotváří další strukturu čtyřstěnu (obrázek 12). Dvanáctá koule vytvoří mezistupněm (obrázek 13) strukturu ve tvaru ikosaedru - největšího platónského tělesa, které lze hustě zabalit a které je dokonale symetrické (obrázek 14). Jedná se o velmi stabilní strukturu. Přestože se řídí pravidly pro kulové husté uspořádání směrem ke společnému středu, je uvnitř dutá. Opět můžeme tyto struktury snadno zmapovat.

Další růst jádra

Po uhlíku se vzor růstu změní; růst začíná na dvou nových místech ikosaedru, tj. struktura se začne větvit, a opakuje vzorec hustého balení, dokud opět nedosáhne tvaru ikosaedru. Zjistíme, že tímto způsobem roste páteř uhlíkových jader, která tvoří většinu složení každého jádra. Na obrázku 15 je fiktivní atomové jádro s páteří uhlíku a také všechny aktivní struktury na ní. Tyto aktivní struktury obecně nazýváme "koncovky" a dále je dělíme na "kappings" a "nuclets". Cappings jsou prvním krokem růstu po vytvoření nového uhlíku (ikosaedru). Představují je dvoukoncovky (jeden deuteron), čtyřkoncovky (dva deuterony v konfiguraci stlačeného čtyřstěnu) a pětikoncovky (jedna čtyřkoncovka plus PEP). Poté začíná stavební fáze, která začíná strukturou lithia (tři deuterony) a končí uhlíkem (pět deuteronů a jeden proton). Mezistupně jsou pojmenovány podle berylia (čtyři deuterony) a boru (pět deuteronů). Termín nuklet používáme pouze pro začátek (lithium) a konec (uhlík) stavební fáze. Pro ostatní fáze pouze "konec".

Vytváření páteře jádra

Vyroste páteř z uhlíkových nukletů, která tvoří většinu složení každého jádra. Vlastnosti prvku jsou určeny různými aktivními zakončeními, která rovněž řídí vnější elektronovou strukturu, čímž se vysvětluje podobnost prvků patřících do stejné skupiny. Páteř ikosaedrů je vytvořena fraktálním způsobem. Děje se tak dvěma různými způsoby: větvením a prodlužováním. Podle toho, jak roste, můžeme rozlišit aktivní vrchní stranu (obrázek 16) a inertní zadní stranu (obrázek 17). Několik následujících obrázků ukazuje, jak jsou ikosaedry navzájem propojeny v SAM pro různé skupiny prvků v PTE (obrázky 18 až 22). Lze pozorovat větvení a prodlužování struktur jádra (viz obrázky 18 až 22). Kromě toho vidíme, že větve se začínají vzájemně rušit (obrázek 22), což vnáší do struktury napětí a je základní příčinou toho, že je nuklid radioaktivní.

V celkovém procesu růstu můžeme rozlišit čtyři organizační vzorce:

První řád = jediné jádro. Vzorec prvního řádu dosahuje svého limitu při dokončení platónské pevné látky (konfigurace ikosaedr-dodekaedr), což je struktura uhlíku.

Druhý řád = dvě jádra. Jedná se o faktor zdvojení, který vytváří fraktální formu větších prvků. Růst musí být vyvážený, jinak jádro nebude stabilní. Posledním jádrem s uspořádáním pouze druhého řádu je fosfor.

Třetí řád = fraktální růst na několika růstových bodech. Tento fraktální růst v podstatě konkuruje pravidlu o nejhustším sférickém balení. Přidávání protonů se bude řídit všemi ostatními pravidly, pokud je to možné. Jedná se o vyvažování mezi větvemi, které souvisí s jadernými reakcemi, stabilitou izotopů a rychlostí rozpadu. Ve skutečnosti pravidlo třetího řádu řídí rozložení mezi větvemi, zatímco pravidlo druhého řádu působí mezi koncovkami.

Čtvrtý řád = prodlužování. Zdá se, že elongace jako vzor čtvrtého řádu zabraňuje srážkám větví.

Fraktální růstový vzor se rozpadá hned po vytvoření patnáctého ikosaedru, protože struktura se skládá sama do sebe. Jakmile jsou vyčerpány všechny růstové body, tvorba prvků přirozeně končí. Proto jsou spekulace o takzvaném "ostrově stability", který standardní model předpovídá, velmi pochybné. Je zajímavé si přečíst zápis ve Wikipedii na toto téma, který se točí kolem představy magických čísel a dvojnásobných magických čísel protonů a neutronů při Z=114 a N=184 na základě slupkového modelu. Zdá se, že za poslední půlstoletí bylo do této oblasti vloženo obrovské úsilí, aniž by to přineslo větší výsledek, kromě hlubších a rafinovanějších spekulací. Pokud má výše uvedená diskuse o fraktálním růstu opodstatnění, zdá se, že toto úsilí bylo marné. Ještě více elektronů? Zdá se, že při růstu jádra je zapojen ještě jeden druh elektronů. Zdá se, že rostoucí větve poskytují schopnost přitahovat vnější elektrony jako takzvané kvazivnitřní elektrony (obrázek 23). Jejich úloha je dvojí:

1) tyto elektrony tak blízko jádra (těsně nad ním mezi větvemi) jsou považovány za součást jádra a zajišťují správný poměr "neutronů" k protonům těžších jader

2) napínají větve, a proto zabraňují uvolňování energií jako tzv. vazebné energie (viz obrázek 23).

Shrneme-li to, vidíme, že elektron může v závislosti na svém umístění zastávat různé role. Za prvé jako entita, která váže protony dohromady (obrázek 1), a zajišťuje tak stabilitu jádra, a za druhé, když se usadí mezi dvěma větvemi nukleonů a táhne je k sobě, což vnáší vnitřní napětí a má tendenci destabilizovat nebo snižovat stabilitu jádra - kvazi vnitřní elektron. Za třetí je to jeho obecně známá role vnějšího elektronu. Druhá role pro elektron také představuje zásobárnu energie, která není ve standardním modelu uznávána. Je příčinou některých jevů, které jsou v laboratoři považovány za nemožné, například transmutací, o nichž je nicméně známo, že k nim v některých experimentech dochází. Současné fyzikální modely však nejsou schopny poskytnout vysvětlení ani pro transmutace. SAM obsahuje komponenty pro teoretický základ transmutace prvků. To zase nabízí vyhlídku na konečné vyřešení záhady studené fúze, která je vhodněji označována jako nízkoenergetické jaderné reakce (LENR). Tímto způsobem se podařilo vytvořit strukturu každého jádra v periodické tabulce prvků až po americium. Po americiu struktura končí, jak je popsáno výše.

Izotopy v SAM

Při vývoji SAM jsme pro každý prvek určili řadu potenciálních izotopů, které jsou ze strukturního hlediska možné. Poté jsme pro každý z nich na základě kontroly četnosti určili pravděpodobnou strukturní konfiguraci. Pro každý prvek existuje základní strukturní konfigurace, kterou můžeme nazvat základním izotopem. Ty nemají žádné extra (nepotřebné) "neutrony" nebo PEP, jak je definujeme v SAM. Obvykle tato základní struktura nabízí jednoznačné spojovací body, ke kterým se tyto dodatečné PEP mohou potenciálně připojit. Když se jedno nebo více těchto míst obsadí extra PEP, vznikne izotop prvku. Konkrétní konfigurace se liší prvek od prvku, ale obecný trend je, že čím větší je prvek, tím více potenciálních míst je pro další PEP. Rozšíření možností je jasně znázorněno na fiktivním jádře na obrázku 15.

Výsledkem tohoto procesu je také stanovení maximálního počtu izotopů pro každý prvek, protože toto maximum je dáno počtem dostupných míst pro připojení. Například pro uhlík SAM dává maximální počet osmi dalších PEP, což je v souladu s pozorováním, že uhlík-20 je nejvyšší počet, kterého může uhlík dosáhnout (obrázek 27). Důležitým faktorem při sestavování PTE SAM je určení, zda je určitá konfigurace stabilní. Izotopy mohou být nestabilní, protože je v nich příliš málo nebo příliš mnoho PEP ve srovnání se základní konfigurací. Tato nestabilita může vést k jadernému rozpadu nebo transmutaci. V každém případě existuje cesta rozpadu mezi izotopy, z nichž některé mohou zahrnovat transmutace na vyšší nebo nižší číslo Z. SAM správně předpovídá stupeň stability pro všechny prvky a izotopy a v mnoha případech můžeme odhadnout poločas rozpadu jaderného druhu, ale zatím pouze kvalitativně, řádově.

Nízkoenergetické jaderné reakce

Transmutace je pravděpodobně nejsilnějším indikátorem jaderného, nechemického původu různých pozorovaných anomálních výsledků v experimentech LENR. Ostatní typy jaderného záření jsou poměrně řídké: byly zaznamenány pouze velmi nízké úrovně gama záření a neutronů. Určité množství měkkého rentgenového záření je pravděpodobně přítomno v důsledku bremsstrahlungu [brzdného záření] vznikajícího při rozpadu elektronů beta, ale pravděpodobně unikne detekci, protože se očekává, že většina z nich zůstane uvnitř reaktoru a nebude mít dostatečnou energii, aby pronikla stěnami krytu. Naproti tomu transmutační produkty byly nalezeny při mnoha experimentech. Značná část z nich vykazuje transmutace materiálu elektrod (Pd, Pt, Ni, Ag atd.). Výskyt těžších prvků, jako je mangan, cer, titan a ytterbium, v relativně jednoduchých laboratorních experimentech s LENR byl obecně vědeckým konsensem odmítnut, protože transmutace nejsou považovány za možné v laboratorním prostředí - jejich modely nejsou schopny transmutace vysvětlit.

Zopakujme, že z našeho pohledu je hlavním problémem stávajících modelů to, že. jádro nemá žádnou strukturu. To znemožňuje odhalení příčiny faktických jevů, jako je např. asymetrického rozpadu jader aktinidů, jak tomu bylo o čemž byla řeč výše. Proto, navrhujeme, aby transmutace by měly být hlavním podezřelým zdrojem. přebytečné energie LENR. Pokud je naše hypotéza správná, pak by produkty transmutace měly být přítomny ve většině, ne-li ve všech experimentech LENR, i když nejsou zjevné. Měli bychom pozorovat dva typy transmutačních událostí: fúzi a štěpení, v závislosti na uspořádání a použitých materiálech. Ve výše uvedeném argumentujeme, že SAM má věrohodné vysvětlení pro mnoho fyzikálních jevů, které současné modely nemají. Domníváme se, že existuje dostatek důvodů k provedení řady experimentů, které ukáží, zda SAM může přesvědčivě prokázat svou schopnost předpovědí v oblasti transmutací.

V této fázi bychom rádi navrhli komunitě experimentátorů s LENR a dalším zájemcům, aby se zamysleli nad sestavením několika přesně definovaných testů, které by mohli provést v rámci svých stávajících možností laboratoří nebo "garážových dílen". Mohlo by se jednat o experimenty s plazmou (také OH plazmou), elektrolytickými články (typu Pons-Fleischmann), experimenty s explodujícím drátem a mnoho dalších, které se v LENR používají. Máme na mysli specifické monoizotopické reakce odvozené od SAM, zaměřené na zachycování protonů jako nejslibnější proces, stejně jako na fúzi materiálů s kyslíkem. Navrhli bychom specifické materiály, až na to, který izotop použít, které by měly být vnímavé pro záchyt protonů nebo PEP nebo fúzi s kyslíkem. To by mělo vést k jednoznačným transmutacím, které jsou podstatou LENR.

V našem koncepčním modelu LENR probíhají transmutace v elektrifikovaném prostředí, a to uvolňováním energie při průrazu dvojité vrstvy (DL), elektrickými výboji nebo při přechodu plazmatu do obloukového režimu pod vlivem silného elektrického pole. Průraz plazmatu ve dvojvrstvách byl zkoumán pomocí experimentálního zařízení SAFIRE, které se nachází v Kanadě. SAFIRE zažilo takový elektrický průraz v roce 2017, kdy se wolframová sonda pro měření elektrických polí v okamžiku vypařila, když se dostala příliš blízko k jednomu z plášťů plazmatu. Totéž se stalo v roce 2019, kdy se roztavila anoda, rovněž pravděpodobně vyrobená z wolframu. Na obrázku 31 vpravo je znázorněno několik soustředných slupek dvojitých vrstev uvnitř plazmatu v komoře SAFIRE. Před vypařením sondy byla naměřena mimořádně silná elektrická pole. Vlevo na obrázku 31 vidíme anodové "chomáčky", které se při zvyšování proudu spojují do slupky plazmatu. Tyto dvojvrstvy mohou uchovávat obrovské množství náboje/energie. Podle našeho názoru došlo k rozštěpení wolframové sondy i části anody. V komoře SAFIRE došlo ke štěpení stabilních kovů! Velmi podobně jako při typickém štěpení uranu vidíme větší část jádra jako produkt štěpení (baryum, cer, lanthan) a několik menších kousků. Při pohledu na strukturu wolframu není překvapením, že vidíme velmi podobné těžší štěpné produkty.

Závěr

Zjistili jsme, že SAM umožňuje nahlédnout do velké řady fyzikálních a chemických jevů prostřednictvím vizuální identifikace. Například studiem jaderné struktury můžeme vidět, pozorovat nebo vysvětlit:

- zda je prvek nebo izotop radioaktivní, tj. příčinu radioaktivity;
- jak je každý prvek strukturován;
- jak se izotopy prvku navzájem liší;
- odkud pochází osmičkový cyklus a proč se rozpadá;
- vlastnosti prvků, jako je oxidační stav;
- proč se prvky stávají po olovu nestabilními;
- proč u některých prvků dochází k alfa rozpadu, ale u jiných ne;
- jak a proč dochází k normálnímu rozpadu beta;
- jak příroda využívá rozpadové cesty, včetně rozpadů pomocí izomerních přechodů;
- proč dochází k dvojitému rozpadu beta;
- původ "neutronové" kapkové čáry a poměr "neutronů"/protonů u těžších prvků

V tomto článku jsme se zabývali pouze některými tématy z tohoto seznamu. Všem těmto tématům se věnujeme v naší knize Příroda atomu: Úvod do strukturovaného modelu atomu. Důsledky tohoto modelu jsou obrovské a týkají se nejen fyziky a chemie, ale také biologie a geologie. SAM ukazuje jasnou příčinnou souvislost struktury se vším, co víme o jaderné oblasti a periodické tabulce prvků. Nyní skutečně chápeme, proč a jak funguje fúze a jak funguje štěpení. Vztah vnějších elektronů k jádru je v SAM zřejmý, i když v oblasti vnějších elektronů zbývá ještě mnoho výzkumu.