Долгое время ученые затруднялись научно обосновать механизм взаимодействия нейтрино с веществом. С одной стороны, считался неоспоримым тот факт, что нейтрино обладает сверхпроникающей способностью, не взаимодействует с веществом и прошивает Землю насквозь, не встречая препятствий. С другой стороны, при испытании многослойного нанопокрытия, созданного учеными компании Neutrino Energy Group, нанесенного на металлическую фольгу и состоящего из чередующихся слоев графена и кремния при добавлении легирующих элементов, регистрирующие приборы при проведении испытаний энергетической пластины в бетонном бункере, на глубине 30 м в клетке Фарадея показывали наличие электрического тока. Такой электрогенерирующий лист размером A4 обеспечивал стабильную выходную электрическую мощность 2,5-3,0 Вт.
Экспериментальным путем ученые установили, что максимальные параметры электрогенерации достигаются, когда на фольгу наносится от 10 до 20 слоев кремния-графена с добавлением легирующих элементов. Нанопокрытие получается достаточно плотным, что обеспечивает необходимое взаимодействие его с нейтрино и другими частицами невидимого спектра излучения для эффективного преобразования энергии окружающих полей излучений в электрический ток. Предпочтительная суммарная толщина покрытия от 0,01 мм до 1 мм, частицы кремния должны иметь размер от 5 нм до 500 нм, особенно предпочтительно 5 нм, а частицы графена должны иметь размер от 20 нм до 500 нм, особенно предпочтительно 20 нм, поскольку при использовании данных параметров повышается эффективность преобразования энергии.
Механизм взаимодействия нейтрино с веществом
Механизм взаимодействия нейтрино с веществом был обоснован учеными, принимавшими участие в экспериментальных работах COHERENT. Эксперимент COHERENT в лаборатории Ок-Ридж (США), доказал, что нейтрино низких энергий участвуют в слабых взаимодействиях с ядрами веществ. В 2017 году было экспериментально обнаружено упругое когерентное рассеяние нейтрино. Физик ORNL Джейсон Ньюби, технический координатор и один из 11 участников ORNL в COHERENT, в сотрудничестве с 80 исследователями из 19 учреждений и четырех стран, сказал: «Единственный в своем роде эксперимент по физике частиц в Национальной лаборатории Ок-Ридж впервые измерил когерентное рассеяние низкоэнергетических нейтрино на ядрах».
Упрощенная схема когерентного упругого рассеяния нейтрино на тяжелых ядрах Исследователи первыми обнаружили и проанализировали когерентное упругое рассеяние нейтрино на ядрах. Подробное описание экспериментов содержится в статье «The world’s tiniest neutrino detector discovers a large physics fingerprint». Низкоэнергетическое нейтрино, подобно теннисному шарику, сталкивающегося с шаром для боулинга, "ударяется " о большое и тяжелое ядро атома и передает ему крошечное количество энергии. В результате ядро почти незаметно отскакивает, т.е. нейтрино низких энергий участвуют в слабых взаимодействиях с ядрами веществ. Аналогичную модель взаимодействия нейтрино высоких и сверхвысоких энергий с ядрами атомов графена можно принять в качестве теоретического обоснования модели преобразования энергии нейтрино в постоянный электрический ток. При столкновении нейтрино любых энергий, имеющих массу, с ядрами атомов графена происходит небольшой «отскок» атомов графена, т.е. увеличиваются колебания атомов графена. Согласно данным Технологического института Карлсруэ, нейтрино по крайней мере в 500 000 раз легче электрона; масса частиц составляет около 1,1 электрон-вольт. Эта единица обычно используется в атомной физике для определения энергии, но может также использоваться и для расчета массы.
Учитывая, что поток нейтрино, постоянно пронизывающих Землю, составляет около 60 млрд. частиц в секунду через 1 см2 земной поверхности, взаимодействие даже очень небольшой части нейтрино, имеющих массу, с многослойным наноматериалом вносит существенный вклад в суммарную величину генерируемого постоянного тока.
Чем сильнее воздействие полей излучений, включая нейтрино, и чем выше температура, тем сильнее колебания атомов графена. В результате такого воздействия в графене возникает волна, подобно волнам на поверхности моря, возникающая в результате комбинации небольших спонтанных движений и приводящая к появлению более крупных спонтанных движений. Смещение одного атома, суммируясь со смещениями других атомов, вызывает появление поверхностных волн с горизонтальной поляризацией, известных в акустике как волны Лява. Из-за особенностей кристаллической решетки графена его атомы колеблются как бы в тандеме, что отличает подобные движения от спонтанных движений молекул в жидкостях. Учитывая, что колебания атомов графена, к примеру, в 100 раз сильнее колебаний атомов кремния, то наложение частоты внешнего воздействия полей излучений, включая воздействие нейтрино, на внутреннюю частоту колебаний «графеновых волн», определяемых температурным броуновским движением, усиливает такие колебания и приводит к резонансу атомных колебаний. Атомные колебания в резонансе позволяют кратно усилить отдачу электронов при контакте с легированным кремнием. Покрытая сторона металлической пленки становится положительным полюсом, а непокрытая — отрицательным.
Новая Neutrinovoltaic технология электрогенерации выигрывает за счет сезонной независимости и компактности преобразователей тока
Важным преимуществом Neutrinovoltaic технологии является прежде всего, независимость от погодных условий, а генерирующие пластины не занимают больших площадей: они размещаются одна над другой и спрессовываются, что обеспечивает надежное последовательное соединение пластин в генерирующей ячейке. Несколько генерирующих ячеек, составляющих источник тока, соединяются друг с другом последовательно и/или параллельно до достижения необходимых показателей по току и напряжению.Neutrinovoltaic технология является очень гибкой и позволяет создавать источники тока различной мощности и геометрических размеров для широкого применения: от мобильных телефонов до систем электроснабжения домов и даже электромобилей. На основе Neutrinovoltaic технологии, разработанной компанией Neutrino Energy Group, в Швейцарии в конце 2022-начале 2023 года начнется промышленное производство Neutrino Power Cubes выходной мощностью 5 кВт для электроснабжения домовладений.
Автор: к.т.н. Румянцев Л.К.
