[論文レビュー] Energetic Electrons and Nuclear Transmutations in Exploding Wires

A. Widom, Y. N. Srivastava+1 more|ArXiv.org|Sep 8, 2007

Cold Fusion and Nuclear Reactions被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、爆発するワイヤーのフィラメント内に存在する高エネルギー電子が、集団的逆ベータ遷移を介して核変換を引き起こす可能性を提唱している。このメカニズムでは、高エネルギー電子がエネルギーを陽子に転送し、中性子とニュートリノを生成する。このプロセスは、整合的な電子電流と磁場の相互作用によって可能となり、重水素が存在しない状況下でも観測された高速中性子と核変換を説明する。これは、低エネルギー核反応における数十年にわたるパラドックスを解消するものである。

ABSTRACT

Nuclear transmutations and fast neutrons have been observed to emerge from large electrical current pulses passing through wire filaments which are induced to explode. The nuclear reactions may be explained as inverse beta transitions of energetic electrons absorbed either directly by single protons in Hydrogen or by protons embedded in other more massive nuclei. The critical energy transformations to the electrons from the electromagnetic field and from the electrons to the nuclei are best understood in terms of coherent collective motions of the many flowing electrons within a wire filament. Energy transformation mechanisms have thus been found which settle a theoretical paradox in low energy nuclear reactions which has remained unresolved for over eight decades. It is presently clear that nuclear transmutations can occur under a much wider range of physical conditions than was heretofore thought possible.

研究の動機と目的

• 高エネルギーの観測がなされているにもかかわらず、電子が核変換を引き起こせないと考えられていた低エネルギー核反応（LENR）における理論的パラドックスを解消すること。
• 特に初期の重水素が存在しない状況下で観測された高速中性子と核変換の起源を説明すること。
• 高電流ワイヤーのフィラメント内での集団的電子行動が、逆ベータ遷移に十分なエネルギー転送を可能にするという事実を示すこと。
• ラザフォードが用いた真空中の電子ビームがなぜこのような反応を誘発できないのかを、固体状態のワイヤーのフィラメントとの対比によって説明すること。
• 観測された中性子放出と核変換生成物を説明できる、電磁界結合と整合的電子運動に基づく理論的枠組みを確立すること。

提案手法

• 真空中のインピーダンスと電子の静止エネルギーを用いて、電子エネルギーの増加が顕著になる臨界電流スケール $ I_0 \approx 1.7 \times 10^4 $ A を定義する。
• ファラデーの法則を適用し、電場 $ E = \eta (\mu_0/4\pi) dI/dt $ を導出し、$ \dot{p} = eE $ を用いてワイヤーに沿った電子の加速を記述する。
• 電子に供給されるエネルギーの時間変化率 $ dW/dt = -\eta mc^2 (I/I_0)(v/c) $ を導出し、$ I/I_0 $ の比が大きい場合にMeVスケールの電子エネルギーに達することを示す。
• 磁場相互作用エネルギー $ W_{\text{magnetic}} = -\eta mc^2 (I/I_0)(v/c) $ を導入し、集団的電子寄与によるエネルギー転送を説明する。
• 電子間のクーロン反発が正イオンによってスクリーニングされるため、集団的エネルギー転送が可能になる、電流を運ぶワイヤーとしての電子ビームをモデル化する。
• 真空中の電子ビーム（クーロン反発が支配的）とワイヤーのフィラメント（スクリーニングにより共鳴的エネルギー転送が可能）を対比させ、実験的差異を説明する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電子の静止質量エネルギーが511 keVにとどまるにもかかわらず、ワイヤーのフィラメント内でどのようにして核変換を引き起こす十分なエネルギーを得られるのか？
• RQ2 なぜ爆発ワイヤー実験では高速中性子と核変換が観測されるのに対し、ラザフォードの真空中電子ビーム実験では観測されないのか？
• RQ3 多数の電子から1つの陽子への集団的エネルギー転送を可能にする物理的メカニズムは何か？ これは逆ベータ崩壊を促進する。
• RQ4 ワイヤーのフィラメント内での電子間反発のスクリーニングは、真空中のビームとはどのように異なるのか？ なぜこれが核反応にとって不可欠なのか？
• RQ5 磁場と変化する電流が、電子をMeVスケールのエネルギーに加速する役割を果たす仕組みは何か？

主な発見

• 臨界電流 $ I_0 \approx 1.7 \times 10^4 $ A は、核反応に十分な電子エネルギー増加が発生する閾値を定義する。
• ピーク電流比 $ I/I_0 \sim 200 $ の場合、磁場相互作用エネルギーは $ \sim 200 \, \text{MeV} \times v/c $ に達し、逆ベータ崩壊の閾値1.29 MeVを超える。
• フィラメント内での電子速度は $ v/c \sim 0.1 $ に達するが、平均ドリフト速度 $ \bar{v}/c \sim 10^{-4} $ よりもはるかに大きい。
• 爆発ワイヤーで観測された高速中性子は、重水素融合によるものである可能性は極めて低い。重水素が存在せず、D-D融合に伴うガンマ線の特徴が観測されなかったからである。
• 電流の集団的性質により放射損失が抑制され、高い電子エネルギー下でも効率的なエネルギー転送が可能になる。
• ワイヤーのフィラメント内では、スクリーニングにより共動する電子同士の磁気的引力が反発力を上回り、集団的エネルギー転送が可能になる。これは真空中のビームとは異なり、核反応を可能にする。