Категория: Копи-Пейст

Намерих нещо, което бях постнал преди години в един мой пра-пра-блог. Рeших да го постна пак, просто защото иначе има риск да изчезне от онлайн пространството, а това би било жалко.

Не познавам автора, но текстът е писан преди десетина години – сигурно сега въпросният пич вече е доста по-навътре във физиката и ме е страх да си помисля какви идеи му се въртят из главата 😉

Blow-The-Sun (забавления с рентгенови лъчи)
By: SPiTE Master aka Zyl Genij

От малък се интересувам от физика, особено от физика на високите енергии. Та откак се занимавам с компютри, винаги са ми били проблем отблясъците върху монитора.

Знаете колко е гадно да се събудиш в 13:00 след една продължителна и изтощителна нощ (имам предвид след debug сесия на поредния троянски кон :)) и с ужас да констатираш как тъпото слънце прониква някак си през щорите и прави петно право върху монитора! Направо ти иде да хванеш нещо по-тежко и да го замериш…

Да, ама смотаната звезда е на 1.5E+12 метра, има радиус само 7E+8 метра и хич няма да се трогне от някакъв си камък. Още повече земята има гадното свойство да привлича предметите и за да може камъка да се откъсне от гравитационното й поле и да стигне Слънцето, трябва бая голяма начална скорост. Още повече има центробежни сили поради орбиталното движение на земята и сили на триене в атмосферата… Трябва да има и друг начин…

Ами да, ще изпратим една термоядрена бомба от няколкостотин хиляди тона и направо ще го издухаме това Слънце! Да, ама не! Едно таквоз устройство ще нанесе само повърхностни повреди, без да засегне вътрешността на звездата и ще стане като във филма „Соларна криза“. Трябва ни нещо, което да мине през фотосферата, да издържи на температура от няколко милиона градуса, без да стане на плазма, и да удари направо ядрото, да нагрее околните слоеве и да предизвика верижна реакция, така че за няколко секунди Слънцето да „изгори“ термоядреното си гориво дето има да свети още няколко милиарда години с него. И после ще настане дългоочаквания мрак и вече НЯМА ДА ИМА ОТБЛЯСЪЦИ!!! И какво друго би устояло на това, освен светлината, която по принцип издържа на всичко. Значи ни трябва лазер! Ама много, много високоенергиен лазер. Ясно е, че с училищния He-Ne (чете се „хелий-неонов“) лазер, дето има мощност от 2.5 mW работата няма да стане. Ще ни трябва нещо по-мощно. Но как да стане?

Я сега малко теория на тема „квантови източници на светлина“. Всеки, който е завършил легално основното си образование, знае, че веществата са изградени от атоми, а те самите се състоят от протони, неутрони и електрони. Протоните заедно с неутроните формират една извънредно малка структура, наречена ядро, а електроните обикалят около ядрото, като формират облаци (ако някой ви твърди, че електроните обикалят по окръжности около ядрото, не му вярвайте – те дори и не обикалят, а се движат по много особен начин, който няма нищо общо с движението по някаква траектория, всичко е вероятностен процес, квантова физика).

Грубо може да се приеме, че обикалят по кръгови или елиптични орбити също както планетите обикалят около Слънцето (затова и му викат ПЛАНЕТАРЕН МОДЕЛ НА АТОМА). Тогава центробежната сила се мъчи да изхвърли електрона извън атома, но електричното привличане между него и ядрото уравновесява нещата и електрона си обикаля весело около ядрото и с още няколко себеподобни образува обвивката. Електронът от своя страна е заредена частица и като се движи с ускорение (нали обикаля по окръжност и има центростремително ускорение) би трябвало да излъчва електромагнитни вълни и да губи по малко от енергията си, като рано или късно падне върху ядрото.

Е да, но атомът е една извънредно устойчива система. Как става това? Ами питайте чичо ви Бор дето е измислил теорията за атома и той ще ви каже: има такива орбити на електрона, при които той не излъчва! Иди обясни как, ама е така! Електронът не може да се намира къде да е в атома, а само на строго определени места (нали сте учили по химия в 10 клас за слоест строеж на атома и квантови числа), които се определят от едни числа, дето им викат квантови числа. Най-важно е главното квантово число. То се бележи с ‘n’ и енергията на електрона на някаква орбита е функция на n. Ако имаме две орбити с квантови числа n1 и n2, електронът има енергия, съответно, E(n1) и E(n2). Много е важно, че енергията в атомите не може да бъде произволна, а само функция на n, като n е ЦЯЛО ПОЛОЖИТЕЛНО ЧИСЛО.

Тогава и енергията има отделни стойности, казваме, че тя се квантува. За да премине електрона от орбита с квантово число n1 към орбита с n2, той трябва да получи допълнително енергия E=E(n2)-E(n1), като E може да е положително или отрицателно. Важно е, че тази енергия трябва да се получи НАВЕДНЪЖ, не на порции, т.е. на кванти. Такива енергийни кванти са фотоните, носителите на електромагнитното взаимодействие. А светлината е поток от фотони. Тогава енергията на фотона е толкова по-голяма, колкото по-голяма е разликата E(n2)-E(n1). Много е важно да се осъзнае, че по принцип E(n) е ОТРИЦАТЕЛНА величина (иначе електроните биха се разбягали и нямаше да има атоми), и колкото n е по-малко, толкова по-отрицателна е енергията.

За да имаме излъчване на фотони, трябва E<0, или n2>n1, т.е. преминаване от по-външна към по-вътрешна орбита. Но ние не можем просто да „набием“ електроните в по-вътрешни орбити, тъй като имаме принцип на Паули дето забранява такива произволия. Остава само да „издърпаме“ няк’ъв електрон и после да го „пуснем“ да се върне. Ако издърпаме по един електрон във всички атоми на един кристал и те се върнат обратно по едно и също време, те ще излъчат едновременно фотони и ще се получи лазерен лъч. Нещата всъщност са много по-сложни, но това тук дава все пак някаква представа. Проблемът е само, че с увеличаването на n енергетичните нива се сближават, т.е. разликата E(n+1)-E(n) намалява и клони към 0. Това пък означава, че електроните от по-външните слоеве не могат да генерират високоенергетични фотони.

Обикновените лазери дават най-много ултравиолетова светлина, а повечето промишлени високоенергийни лазери дори работят в инфрачервената област. Тия лазери се напомпват с енергия (нали първо трябва да издърпаме електроните) от фотосветкавици или електрически разряди (може да разглобите малкия лазер в кабинета по физика и да видите какво точно има вътре. А ние ще взривяваме Слънцето! Необходим ни е източник на висококонцентрирана енергия.
Можем да използваме анихилацията на материя-антиматерия. Това винаги води до получаването на двойка гама кванти (фотони с МНОГО ВИСОКА енергия). Всеки от тях може да попадне в атом от някакъв метал и да проникне до долни електронни слоеве и там да се погълне от някой електрон. Последният веднага отскача няколко слоя по-нагоре, остава там за малко и се връща на мястото си, като излъчва гама квант със същата енергия. Така от атом на атом гама квантите пътуват, като активират различни атоми. Ако ръгнем две огледала или използваме свръхизлъчване, се получава така, че в един момент всички атоми излъчват едновременно в една и съща посока. Получава се гама лазер!

Само че… още не е развита технология за получаване на индустриални количества антиматерия и за съхраняването й (1 грам материя + 1 грам антиматерия -> една атомна бомба от тип Хирошима 🙂 Така че се връщаме на старата идея за термоядрения синтез. И така, как се конструира рентгенов лазер с подръчни материали?

Първо какво ни е необходимо: няколко тона LiD (литиев деутерид), няколко килограма Pu (плутоний) или U-235 (уран-235) и няколко стотин/хиляди тона Zn (е това е цинк). Проверете в мазето дали има още останали материали от детството, когато сте се занимавали с пиротехника 🙂 Ако нямате, поръчайте си в Русия (Mother Russia…), там гарантирано има! И сега започва веселбата. Първо се отливат цинкови пръти с диаметър два до три метра и дължина около сто метра. Необходими са десетина такива пръти. После пресоваме литиевия деутерид във формата на цилиндър (прът), като в центъра поставяме ядрен активатор (две парчета Pu или U-235, малко TNT и електроника за управление). Нареждаме цинковите пръти около деутерида (виж схемата по-долу). Лазерът е готов! Остава само да го изведем на околослънчева (не околоземна) орбита, да намалим скоростта му, при което той ще мине на ниска елиптична орбита и в момента, когато минава най-близо до Слънцето, да подадем сигнал на активатора. Какво става?

Сигналът пътува до лазера около 9 минути (все пак светлината се разпространява с крайна скорост, колкото и да е глупаво като идея…) и електрониката в активатора сработва. Взривява се TNT-то (TNT == тротил) и двете парчета Pu се събират в едно при повишена плътност, като се достига критично условие за настъпване на ядрен взрив. Тогава температурата се качва до ниво, при което възниква термоядрен синтез и LiD избухва много яко (всъщност LiD под въздействие на неутроните става на деутерий и тритий, които се сливат).

Възникналото лъчение изпарява цинковите пръти, при което те стават на плазма (голи ядра и свободни електрони). Получава се тънкостенен плазмен цилиндър, който започва да се разширява. Обаче голите ядра не могат да съществуват дълго и си хващат по няколко електрона. За всеки електрон имаме E=E(∞)-E(n)=0-E(n) или това е максималната възможна енергия. Така се създават условия за възникване на лазерно лъчение в областта на рентгеновите лъчи (едно доста „твърдо“ лъчение), способно да проникне в дълбините на Слънцето и да предизвика редица интересни ефекти. Проблемът е, че излъчването става в двете посоки, т.е. полезната енергия е 50% от общата. Трябва много да се внимава да не би вторият лъч да е по посока на Земята, че става лошо 🙂

Като се науча да правя графики с POV-Ray, ще ви изпратя и нагледни материали. Между другото, внимавайте с ефектите от използването на лазера. Взривяването на Слънцето може да има твърде неприятен ефект, като например унищожаване на половината Слънчева система: изпаряване на Меркурий, Венера, Земята, Марс, смущаване на орбитите на Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Обаче НЯМА ДА ИМА ПОВЕЧЕ ОТБЛЯСЪЦИ (ако изключим големия отблясък по време на взрива :))). Дали в ада/рая имат компютри?

Приложение:

       o o o        oooooooooooooooooooooooooooooo    o - Zn пръти          
     o       o      oooooooooooooooooooooooooooooo    * - LiD прът          
    o    *    o     ******************************                          
     o       o      oooooooooooooooooooooooooooooo                          
       o o o        oooooooooooooooooooooooooooooo                          

       отпред                 отстрани                                      
                                                                          
     -----+-----+-------------+-----+-----          ------------------      
    | TNT |  U  | -->     <-- |  U  | TNT |     <-- | -------------- | -->  
    |  *  | 235 |    БУУМ     | 235 |  *  |         - - - - - - - - -       
     - |- +- - -+- - - - - - -+- - -+- |-          посоки на излъчване      
       |         - - - - - - - -       |                                    
       +- - - - -| електроника |- - - -+                                    
                 - - - - - - - -                                            
                 ядрен активатор                                            
                                                                            
 ВНИМАНИЕ: устройството стреля САМО ВЕДНЪЖ, като при това се саморазрушава  
           с гигантски взрив - да не си му наблизо щото и радиация има :)