А-СОМ | ходы игроков | Физика

Некоторые вещи интересно потрогать, но неинтересно играть. Я стараюсь делать, как принято говорить, "твердую НФ", поэтому буду складывать сюда ссылки на статьи, использованные в процессе игры и подготовки к ней

Как детектировать нейтрино?
Почему Земля блокирует тау-нейтрино пришельцев, а солнечные нейтрино проходят ее насквозь?
Почему при всем при этом тау-нейтрино пришельцев свободно проходят сквозь всю марианскую впадину и стальные стены?
Почему сниффер нейтрино на элириуме может быть настолько компактным, что помещается в руке?

Вот краткие ответы в интервью Дмитрия Акимова, одного из участников коллаборации COHERENT.

ссылка

Резюме:
- нейтрино с малой энергией имеют большое сечение рассеяния на атомах тяжелых элементов
- чем больше нейтронов в атоме, тем лучше
- элириум-115 обладает одним из самых больших нейтронных чисел во всей периодической таблице, и самым большим нейтронным числом, если считать только долговременно стабильные элементы

Я немного добавил про резонансную частоту мета-уровня, но в данном случае это скорее косметика, объясняющая стабильность элириума по сравнению с Московсием-115, и она слабо влияет на качество регистрации. Можно прикинуть, что если детектор на цезии-133 с 78 нейтронов имеет объем 3 литра, то детектор на обеденном элириуме (т.е.московии) с числом нейтронов 175 должен занимать в 5 раз меньше места (175/78)² = 5

Разумеется, детектор на метастабильном элириуме будет еще более чувствительным, плюс мы не учли, что физики из COHERENT пытались расширить энергетический диапазон регистрации, а для детекции нейтрино в нашем случае это не требуется.

Элириум-115 и его стабильность.

Здесь я накидаю широкими мазками, имеющий гугл да найдет сам.

Когда Х-СОМ только создавали, дизайнеры либо наняли хорошего физика, либо сами что-то шарили в последних достижениях. Об этом говорят и описания авиации Х-СОМ, и, в частности, идея об элементе 115. В 1986 только высказалывались идеи насчет "островка стабильности" тяжёлых ядер, а сам 115 элемент впервые был получен в Дубне в 2003 году. Тогда еще не было понятно, насколько стабильным будет "островок", и осторожные фразы физиков "полагаем, более 1 мс" были превращены масс-медиа в "часы" и "дни".

Причина стабильности тяжелых элементов "островка" - "магичность" ядер, то есть заполненность их нуклонных оболочек. Аналогом магического ядра является благородный газ - электронная оболочка такого атома полностью заполнена, поэтому он не видит повода с кем-либо реагировать, и считает себя идеалом. В ядре есть как минимум две подсистемы (протоны и нейтроны), а на самом деле все еще сложнее, потому что протоны и нейтроны постоянно обмениваются пи-мезонами, в результате одни превращаются в других, и по сути это большой кварковый суп. Так что исключений из правила там куча, но в целом тяга к совершенству понятна.

В целом, 115й оправдал надежды, его период полураспада 690 мс, то есть человек вполне в состоянии видеть, как буквально на глазах тает кусочек элириума. Скорость этого испарения будет примерно такой же, с какой спускает шина велосипеда (даже профиль скорости похожий, кстати, хотя уравнения там чуть разные).

Так что пришлось вашему мастеру спасать элириум, и я сделал это за счет ядерной изомерии. Объяснять опять начнем с электронов. Слышали про орто- и пара-водород? А про 21мм - волна Вселенной? Нет? Короче, посмотрите. Суть в том, что в молекуле водорода два атома, и если спины (направление магнитной стрелочки) электронов в них смотрят в одну сторону, энергия связи в таком водороде чуть меньше. В принципе, это логично, магниты-электроны отталкиваются. Если спин одного электронна перевернуть, молекула тут же испустит излишек энергии на волне 21 мм. Радиоволне. Однако перевернуть спин не так просто, поскольку электрону для этого нужна энергия. При этом достаточно большие величины квантов энергии попросту расходуются на другое! Тут ещё работает принцип запрета Паули, по которому направлений у спина может быть только два, и они противоположны. То есть, нельзя повернуть спин чуть-чуть, только сразу весь.

У электрона спин равен ĥ/2 (постоянная Планка, да). Ну или пишут 1/2, типа спиновое число. Так что переворот спина в водороде означает изменение спина ровно на 1. А вот в стабильных ядерных изомерах разница может быть и в 9 единиц! Обычно такое "расстояние" до минимума энергии проще игнорировать, чем компенсировать. И, как и в случае с водородом, промежуточных остановок обычно нет - нужно сразу переворачивать несколько нуклонов, согласно различным правилам запретов теперь уже в ядре. Как и в случае с водородом, энергия такого перехода довольно мала, то есть он неудобен для ядра, да еще и толку почти нет.

Собственно, это и обеспечивает долговечность таких возбужденных состояний. Ближайший аналог 115го в реальной жизни - Америций -242 (95 элемент), его изомер живет 141 год (полураспад). Думаю, сайфайный элириум должен обладать подобным временем жизни, потому что почему нет? Ну и по той же логике, почему бы ему не возбуждаться не за счёт поглощения гамма-кванта, а за счет когерентного рассеяния нейтрино? О котором вы уже читали, если открывали интервью, которое я скинул ранее

Что делает Кендер, пока не пишет пост? Пишет про физику.

Сегодня подумаем о том, откуда в элириуме столько энергии?

И в этом случае я совершенно не согласен с официальным Х-СОМ.

Официальная версия Ufo defence гласит, что элириум "создает антиматерию", а UFO power source "продуцирует гравитационные волны", на которых и летит. И то, и другое является физическим бредом.

Антиматерия для своего создания требует сначала потратить энергию аннигиляции (а у нас денег нет, как говорил кот Матроскин), а гравитационные волны ничего не толкают.

Я долго думал, что бы такое предложить взамен, и не нашел ничего лучше, чем термоядерный катализ.

Природный пример термоядерного катализа - так называемый CNO цикл горения в звездах. Его суть, максимально кратко, в том, что протоны по очереди прицепляются к более тяжелым ядрам, там превращаются в нейтроны путем бета-распада, новое ядро снова цепляет протон, и так до тех пор, пока в результате не будет поглощено 4 протона, 2 из них превратятся в нейтрон, и в итоге из материнского ядра не вылетит альфа-частица, а это самое ядро не сбросится в начальное состояние. Энергия, которая выделяется в таком цикле, в сумме равна энергии прямой термоядерной реакции, но критерии зажигания значительно ниже.

Это происходит благодаря тому, что сравнительно тяжелые ядра хорошо удерживают новый протон ядерными силами всех имеющихся в их составе нуклонов, в то время как два протона сами себя не удержат, и придется в спешном порядке превращать один в нейтрон, придерживая две частицы рядом за счёт давления среды. Грубо говоря, проще налепить 4 снежка на снеговика, чем слепить снеговика на пустом месте. Особо тяжелые ядра так вообще хватают по три-четыре нуклона "просто так", потому что коллектив из 100 нуклонов легко примет сто-первого.

Проблема в таком катализе только одна - бета-распад, необходимый, чтобы половина присоединенных протонов стала нейтронами, происходит чудовищно долго, а точнее - с очень малой вероятностью. В звездах такой процесс занимает миллионы лет, и только огромное количество вещества позволяет им светить непрерывно - каждую секунду происходит достаточно бета-распадов в среднем. Да и финальный альфа-распад тоже не шибко частый гость, требует времени. Мы не можем столько ждать, нам на тарелке нужен термояд сейчас!

И тут на помощь приходит индуцированный бета-распад.

Это основной процесс, по которому работают детекторы нейтрино. В обычном бета-распаде образуется электрон, антинейтрино и новое ядро. Если же вместо того, чтобы образовывать анти-нейтрино, в ядро запустить обычное нейтрино (перенести переменную в уравнении через знак "равно"), то произойдет в общем то же самое, только ждать долго не придется - распад произойдет мгновенно.

Таким образом, если элириум хорошо реагирует на нейтрино, то пусть он и сбрасывает ненужные электроны за счет индуцированного бета-распада! И катализ термоядерной реакции пойдет куда быстрее.

Остаётся одна проблема... Присоединяя новый протон, элириум перестает быть элириумом.

Решить эту проблему изящно уже не выйдет, но мы можем представить себе, что именно поэтому элириум все же расходуется в процессе термоядерной реакции: видимо, не все ядра заканчивают свой путь в прежнем состоянии возбужденного изомера, и там как-то все это особенно происходит... Короче, спасай меня, научная фантастика, я всё-таки запутался. Но зашел далеко, правда?

Итак, плазма. Да, меня заставили!

В принципе, тем, кто уже начал что-то понимать из прошлых заметок, и слегка разогнал себе мозг, достаточно двух слов: рельсоторон и МГД-генератор. Дальше вы сами соберете из этого автомат Арашникова. Ну остальные читают дальше.

1. Рельсотрон.

Ну, по сути это и есть пушка, которая стреляет плазмой. Берем две рельсы, на одну плюс, на другую минус, между ними суем снаряд, врубаем магнитное поле вместо шпал, и вуаля - снаряд летит вперед, потому что, по сути, мы сделали линейный электродвигатель. Точно тот же принцип работает в монорельсовых скоростных дорогах, только вместо снаряда там несущий рельс, и скорости пониже. Поскольку снаряд рельсоторона сильно нагревается, часто сам снаряд делают непроводящим, а ему под жопку подкладывают что-то, что станет плазмой под действием тока стрельбы. Можно вообще не использовать снаряд, тогда из дула вылетит облако плазмы. Правда, до цели оно не долетит, так как плазма, будучи раскаленным газом, хочет расширяться, пока не займет весь доступный объем. Что, питч-эффект? Кто это сказал? Сядь и подумай, как будет замыкаться контур тока вне рельсоторона! Никак, вот именно. Не будет вам питч-эффекта. Есть, правда, одна возможность, связанная с шаровыми молниями, но А - она не работает на скорости, Б - хоть ее и предложил в свое время мой научник, и выглядит она логично, однако никто ее особо не обсуждает, так что доверия к ней немного.

Можем мы представить, что пришельцы сделали рельсотрон компактным? Ну в принципе да, чо там, только силу тока поднять, дальше всё само. Правда, нужен еще рельс, который эту силу выдержит... Ну ладно, допустим, alien alloys! При этом снарядом, который толкает плазменный поршень, может быть вообще что угодно, включая даже продукты термоядерного катализа на элириуме, которые все как один будут тяжелыми металлами, а стало быть по пробивной силе не уступают обедненному урану. Даже немного лучше, плотность выше должна быть.

2. МГД-генератор.

Стреляя из электромагнитного оружия, всегда нужно помнить, за чей счёт банкет. Кто дает эти 6кДж на выстрел? Ну давайте вспомним, что элириум обеспечивает катализ термояда. Соответственно, плазменный поршень в рельсотроне может быть как раз зоной такой реакции, и избыток энергии в нём будет приводить к разгону плазмы. Ускоренно двигающаяся плазма может еще лучше разогнать снаряд, а можно включить рельсы в режим генератора, и забрать у плазмы ее вновь приобретенную энергию. Любой электродвигатель может быть обращен в генератор, и рельсотрон - не исключение.

Таким образом, стрельба из плазменного оружия выглядит, предположительно, так:

- Первый выстрел не использует патрон, а является "затравочным" - из дула вырывается облачко плазмы, прошедшая в ней термоядерная реакция накачивает конденсаторы пушки ради следующего выстрела
- второй и все последующие выстрелы генерируются энергией с предыдущего, и в завершении создают энергию для следующего. Этакий газоотводный канал по-марсиански.

Разумеется, все это предельно разогревается, поэтому из ручного плазменного оружия долгими очередями не пострелять. А вот из пушки НЛО - запросто