СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ РЕАКЦИИ МАТЕРИАЛЬНОГО ОБЪЕКТА НА НЕОБРАЩЕННОЕ НА НЕГО ВНЕШНЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ Российский патент 2006 года по МПК G01N27/00 

Изобретение относится к области радиофизики и может быть использовано для физических исследований свойств материальных объектов, а также в различных радиофизических системах.

Из уровня техники заявителю неизвестны технические решения того же назначения, что и заявляемое.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание условий для возбуждения материальных объектов и проявления реакции таких объектов на не обращенное на них внешнее воздействие.

Технический результат выражается в обеспечении проявления реакции материальных объектов на не обращенное на них внешнее воздействие.

Результат достигается тем, что выбирают в составе упомянутого (первого) материального объекта химический элемент, концентрация которого в первом материальном объекте выше порогового уровня, необходимого для проявления реакции, создают второй материальный объект, в котором концентрация упомянутого химического элемента также выше порогового уровня, и воздействуют на атомы этого химического элемента во втором материальном объекте первым электромагнитным полем, формируя в названных атомах электромагнитные солитоны и инстантоны, соединенные в электромагнитные бризеры, придавая им характеристики определенных электронов атомов упомянутого химического элемента, подвергают полученные бризеры дополнительному электромагнитному воздействию, чем обеспечивают возникновение циклов переходов солитонов в инстантонную форму и обратно, инициируя возбуждение реакции в первом материальном объекте.

Помимо этого, дополнительное электромагнитное воздействие может быть осуществлено за счет модуляции первого электромагнитного поля.

Предлагаемый способ возбуждения реакции материального объекта на необращенное на него внешнее воздействие реализуется с использованием, например, механизма эффекта параметрического поглощения (описание эффекта параметрического поглощения (ЭПП), см., например, патент РФ № 2145424, 1999, БИ № 4, 2000 г.) следующим образом.

В произвольном (первом) материальном объекте, в котором необходимо обеспечить возбуждение реакции, выбирают химический элемент, содержащийся в нем, с концентрацией выше порогового уровня. Пороговый уровень должен соответствовать в данном случае необходимому для проявления ЭПП. Создают второй материальный объект с концентрацией ранее упомянутого (выбранного) химического элемента также выше порогового уровня проявления ЭПП. Каких-либо специальных требований к созданию второго материального объекта, за исключением требований к концентрации выбранного химического элемента, не предъявляется. Второй материальный объект представляет собой объект произвольной формы и структуры, что и определяет конструктивное исполнение второго материального объекта. Однако требования к концентрации предполагают возможность минимизации объема второго материального объекта (для обеспечения названной концентрации при минимальных весогабаритных характеристиках такого объекта). Например, для обеспечения требуемой концентрации железа может быть изготовлен стальной или ферромагнитный (в случае, если концентрация железа в ферромагнетике будет превышать пороговый уровень) шар.

Созданный (второй) материальный объект подвергают воздействию первого электромагнитного поля (в данном случае облучают пачкой электромагнитных СВЧ-импульсов с заранее установленными характеристиками, формирование которых может быть осуществлено, например, в соответствии с патентом РФ № 2210857. "Способ формирования мощных коротких СВЧ-импульсов", БИ № 23, 2003 г.; или с заявкой на патент РФ № 2003127973/09 (029915) от 16.09.2003 г. "Способ формирования нелинейных сигналов") (далее - первичное облучение), для возбуждения и проявления ЭПП. Для этого первому электромагнитному полю придают характеристики, соответствующие характеристикам определенных электронов атомов выбранного химического элемента. При этом одна из высших гармоник несущего колебания электромагнитных СВЧ-импульсов должна иметь, например, частоту нормального состояния определенного электрона атома выбранного химического элемента или частоту выбранного запрещенного перехода указанного электрона. Определение электронов атомов выбранного химического элемента (определение энергетического уровня электронов) производится произвольно. Однако на выбор указанных электронов влияют технические возможности достижения частотных и энергетических характеристик первого электромагнитного поля (что дополнительно влияет на выбор химического элемента, содержащегося в составе первого материального объекта). Например, в случае невозможности достижения (за счет резонансного накопления СВЧ-импульсов во втором материальном объекте, соответственно ЭПП, при его облучении) требуемого для проявления ЭПП амплитудного значения вышеуказанной гармоники несущего колебания СВЧ импульсов для электронов уровня К1 определенного химического элемента могут быть выбраны электроны уровня L1 или других уровней.

Численное значение порогового уровня концентрации выбранного элемента определяют как необходимый для проявления ЭПП: как отношение частоты определенных электронов (или электронных переходов) атомов выбранного химического элемента к частоте несущего колебания электромагнитных импульсов первичного облучения. Указанное отношение определяет требуемую концентрацию атомов в цепочке атомов, обеспечивающих функционирование резонатора Ферми-Паста-Улама (ФПУ). Резонатор ФПУ - произвольный резонатор, обеспечивающий возможность реализации возврата ФПУ (см., например, статью Березин А.А. Математическая модель полного возврата Ферми-Паста-Улама (ФПУ) в рамках системы связанных уравнений Кортевега де Вриза (КДВ) и синус-Гордона (СГ) // Математическое моделирование. - 2002. - т.14. - № 10, сс.105-108).

На втором материальном объекте проявляется ЭПП: при воздействии первого электромагнитного поля на второй материальный объект, за счет возникновения виртуальных границ полного внутреннего отражения, в приповерхностном слое второго материального объекта формируется резонатор Фабри-Перо (ФП) (резонатор ФП - резонатор из двух параллельных отражающих слоев, см., например, статью Геворгян А.А., Хачатрян А.Ж., Испирян Н.М. Асимметричный резонатор Фабри-Перо с произвольно-неоднородным слоем внутри // ЖТФ. - 2003. - т.73. - вып.4, cc.82-89), в котором производится резонансное накопление пачки СВЧ сверхкоротких импульсов (СКИ), которыми, например, облучают второй материальный объект и которые следуют с малой скважностью и создают плотность потока мощности в объекте ЭПП, не превышающей пороговой величины, соответственно требуемой концентрации, что реализуется в резонансном сложении импульсов из пачки только в момент поступления каждого нового импульса (в соответствии с физикой ЭПП). Далее формируется цепь атомов-осцилляторов (необходимое количество которых определяет пороговый уровень концентрации атомов выбранного химического элемента - не менее отношения частот требуемых электронных переходов (10¹³-10¹⁶ Гц) к частоте несущего колебания СВЧ СКИ (порядка 10¹⁰ Гц): 10³-10⁶ атомов в цепи), которые формируют резонатор ФПУ. Кроме того, по спектру результирующего сигнала (от резонансного сложения СВЧ СКИ в резонаторе ФП) формируется второй резонатор ФПУ, состоящий из осциллирующих гармоник несущего колебания (в данном случае под осциллирующими гармониками понимаются гармоники несущего колебания СВЧ СКИ, которые выполняют роль осцилляторов, или несущих колебаний на частотах таких гармоник, что позволяет формировать новый ряд гармоник исходя из разложения в ряд Фурье или соответственно интегралу Фурье). Выбор осциллирующих гармоник осуществляется по определению экстремумов функций огибающих сегментов спектра СВЧ СКИ (с учетом наличия гармоник-осцилляторов), включающих как саму осциллирующую гармонику, так и ее производные (другие гармоники, образованные колебанием на такой осциллирующей гармонике). То есть осциллирующие гармоники - экстремумы сегментов спектра СВЧ СКИ, формирующие самостоятельные спектры. Образование и функционирование осциллирующих гармоник производится автоматически, при соблюдении вышеизложенных условий возбуждения и проявления требуемой реакции (в данном случае - ЭПП). По такой цепочке осциллирующих гармоник на требуемую высшую (сверхвысокую) гармонику, задаваемую характеристиками определенных электронов атомов выбранного химического элемента, передается энергия результирующего сигнала резонатора ФП.

Как указывалось выше, определяют электрон атома выбранного химического элемента (или электронного перехода), частотная характеристика которого соответствует значению названной сверхвысокой гармоники. Пространственно-временную форму (ПВФ) электрона представляют трехмерной фигурой Лиссажу (порядок такого представления, например, см. статью Володин И.А., Макаров С.Б., Сергеев В.И., Сергеева Е.А., Сосунов В.А., Федорова З.Н. Некоторые аспекты преобразования и анализа радиолокационного сигнала для использования в описании нелинейных эффектов реакции облучаемого объекта // Межвуз. науч. сб. "Функциональные системы и устройства низких и сверхвысоких частота-Саратов: Изд-во СГТУ, 2003, cc.79-94). Далее на сверхвысокой гармонике несущего колебания первичного облучения формируют (за счет первичного облучения и передачи энергии облучения на такую гармонику) одну из составляющих фигуры Лиссажу, соответствующую необходимой для создания или изменения ПВФ электрона на данном энергетическом уровне (или для перехода такого электрона на более высокий энергетический уровень). Указанную составляющую фигуры Лиссажу формируют, как указывалось выше, за счет резонансного накопления СВЧ-импульсов во втором материальном объекте с учетом сформированного резонатора ФП.

Названной составляющей фигуры Лиссажу (сверхвысокой гармоникой несущего колебания первичного облучения, т.е. первого электромагнитного поля) за счет объективного наличия двух других составляющих фигуры Лиссажу (одна из которых определяется ядром атома выбранного химического элемента, а вторая - ансамблем электронов такого атома) формируют электромагнитный солитон, ПВФ которого описывается названной фигурой Лиссажу (описание солитонов соответствует известным случаям, см., например, Физическая энциклопедия. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1994, т.4, сс.571-577; Рыбаков Ю.П., Санюк В.И. Многомерные солитоны. Введение в теорию и приложения. - М.: Изд-во РУДН, 2001).

При этом в соответствии с физикой ЭПП возникает энергетический дефицит, необходимый и достаточный для перехода солитонов в инстантонную форму (инстантоны локализованы во времени существования в пространстве первого материального объекта: Физическая энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1990, т.2, cc.149, 150; Рыбаков Ю.П., Санюк В.И. Многомерные солитоны. Введение в теорию и приложения. - М.: Изд-во РУДН, 2001, cc.179-181, 191-199, и представляются солитонами, имеющими, по меньшей мере, одну мнимую составляющую в аналитическом описании). Солитон и инстантон при их формировании объединяются в электромагнитный солитон-инстантонный бризер (бризер-стабильное образование, состоящее в данном случае из солитона и инстантона, описанное, например, в монографии Филиппов А.Т. Многоликий солитон. - М.: Наука, 1990, cc.167-168; бризер описывается решениями соответствующих нелинейных уравнений - см., например, cc.106, 108 статьи Березин А.А. Математическая модель полного возврата Ферми-Паста-Улама (ФПУ) в рамках системы связанных уравнений Кортевега де Вриза (КДВ) и синус-Гордона (СГ) // Математическое моделирование. - 2002. - т.14. - № 10, cc.105-108), который имеет характеристики названного определенного электрона атома выбранного химического элемента, приданные такому бризеру за счет обеспечения вышеназванных характеристик сформированных солитона и инстантона.

За счет возмущения электромагнитного бризера, оказываемого дополнительным электромагнитным воздействием, инициируется состояние солитон-инстантонного тремора, в котором основной формой бризера является инстантонная форма. Солитон-инстантонный тремор - циклы переходов солитонов в инстантонную форму и обратно (тремор, от лат. "tremor", англ. "tremble" - дрожание, вибрация; солитон-инстантонный тремор - переход действительных составляющих бризера в мнимую форму с возвратом в действительную форму, с повторением данного цикла в течение всего периода существования тремора, что обеспечивается длительностью дополнительного электромагнитного воздействия, причем длительность цикла тремора в целом - весьма мала и стремится к бесконечно малой величине). Дополнительное электромагнитное воздействие может быть оказано за счет модуляции первого электромагнитного поля (в данном случае параметры модуляции могут носить произвольный характер, однако должны обеспечивать воздействие на бризер на частоте указанной сверхвысокой гармоники первичного облучения) либо самостоятельным, дополнительным электромагнитным облучением, одновременно с первичным облучением. Возмущаемые атомы привлекают к себе дополнительную энергию в порядке режима "активной поглощающей нагрузки" (АПН) для солитона (режим АПН заключается в том, что локализованная, энергетически перенасыщенная область, при названных условиях привлекает к себе дополнительную энергию из менее энергетически насыщенной среды, окружающей названную локализованную область, см., например, Сергеев В.И. Роль активной поглощающей нагрузки в системах связи и радиолокации // LI науч. сессия, посвященная Дню радио: Тез. докл. - М.: РНТОРЭС им. А.С.Попова, 1996, ч.1, сс.46-47). Этот режим реализуется во втором материальном объекте за счет создания группового режима АПН на резонаторе ФПУ (обратным действием резонатора - от сверхвысокой гармоники к несущему колебанию СВЧ СКИ), в котором реализуется возврат Ферми-Паста-Улама (возврат ФПУ, описание которого приведено, например, в монографии: Филиппов А.Т. Многоликий солитон. - М.: Наука, 1990, сс.213-215, а также в монографии: Ньюэлл А. Солитоны в математике и физике. - М.: Мир, 1989, cc.27-32 и в статье Березин А.А. Математическая модель полного возврата Ферми-Паста-Улама (ФПУ) в рамках системы связанных уравнений Кортевега де Вриза (КДВ) и синус-Гордона (СГ) // Математическое моделирование. - 2002. - т.14. - № 10, cc.105-108). То есть накопленная энергия в резонаторе ФП (и дополнительно привлеченная на частоте несущего колебания СВЧ СКИ за счет режима АПН) передается на сверхвысокую гармонику по второму резонатору ФПУ (на осциллирующих гармониках), а информация о дефиците энергии (определяющем инстантонную форму возмущаемых и реагирующих солитонов) и избыточно накопленная энергия (переизлучаемая по окончании реализации ЭПП (с переизлучением на промежуточных, осциллирующих гармониках)) передается со сверхвысокой гармоники на несущее колебание за счет возврата ФПУ в рамках резонаторов ФПУ. Вместе с тем солитоны, наличествующие в первом материальном объекте (разнесенном в пространстве со вторым материальным объектом и имеющем концентрацию названного химического элемента выше порогового уровня) и соответствующие солитонам второго материального объекта, составляют дипольную (бризерную) пару с инстантонами первого материального объекта, что приводит к формированию электромагнитных солитон-инстантонных бризеров в первом материальном объекте. За счет взаимодействия электромагнитных бризеров (находящихся в состоянии солитон-инстантонного тремора) второго материального объекта с соответствующими электромагнитными бризерами первого материального объекта (такие бризеры второго и первого материальных объектов находятся в синглетном состоянии, т.е. являются взаимосвязанными) бризеры первого материального объекта также переходят в состояние солитон-инстантонного тремора, что влечет искусственное возникновение энергетического дефицита в первом материальном объекте и, следовательно, привлечение дополнительной энергии (впоследствии переизлучаемой, по окончанию реакции) для погашения такого энергетического дефицита, то есть на первом объекте проявляется ЭПП.

Возможны также случаи (например, при автовозбуждении солитон-инстантонного тремора электромагнитных бризеров, сформированных во втором материальном объекте), при которых для проявления реакции первого материального объекта дополнительное электромагнитное воздействие на сформированные бризеры не должно иметь значимые параметры. При этом реакция первого материального объекта на необращенное на него внешнее воздействие будет проявляться при возбуждении атомов выбранного химического элемента сформированными электромагнитными бризерами (с учетом автовозбуждения тремора при формировании таких бризеров). В данном случае параметры дополнительного электромагнитного воздействия на бризеры задают имеющими нулевые значения. Наступление случая автовозбуждения солитон-инстантонного тремора может быть определено, например, по факту того, что при формировании электромагнитного бризера во втором материальном объекте происходит возбуждение реакции (в данном случае ЭПП) первого материального объекта.

Таким образом, реакция (в данном случае ЭПП) первого и второго материальных объектов проявляется вследствие того, что на первичное облучение (воздействие первого электромагнитного поля) будет реагировать группа атомов выбранного химического элемента. Реакция названной группы атомов является достаточной для ее выявления и проявления на макроуровне как реакции материального объекта. При этом время на возбуждение первого материального объекта (как время возбуждения и проявления реакции группы атомов) на необращенное на него внешнее воздействие не может быть меньше возможного времени прохождения электромагнитной волной (либо иной волной, обеспечивающей силовое воздействие на первый материальный объект) расстояния, соответствующего расстоянию между вторым и первым материальными объектами, что обуславливается фундаментальным принципом микропричинности (см. примеры на с.605, Спасский Б.И., Московский А.В. О нелокальности в квантовой физике //УФН. - 1984. - т.142. - вып.4. - cc.599-617, а также на с.17, Ломсадзе Ю.М., Ломсадзе Ш.Ю. Экспликационная аксиоматика квантовой теории: разрешение парадокса Эйнштейна-Подольского-Розена// Изв. ВУЗов, сер. "Физика". - 1982. - т.25. - вып.2. - cc.13-17). То есть расстояние между любым первым и вторым материальными объектами существенного значения не имеет. Кроме того, количество первых материальных объектов не ограничивается.

Таким образом, использование описанного способа возбуждения реакции материального объекта на необращенное на него внешнее воздействие обеспечивает решение поставленной задачи: создание условий для возбуждения материальных объектов и проявления реакции таких объектов на необращенное на них внешнее воздействие.

Изобретение направлено на решение задачи обеспечения проявления реакции материального объекта на необращенное на него внешнее воздействие. Указанный технический результат достигается тем, что выбирают в составе упомянутого (первого) материального объекта химический элемент, концентрация которого в этом материальном объекте выше порогового уровня, необходимого для проявления реакции, создают второй материальный объект, в котором концентрация упомянутого химического элемента также выше порогового уровня, и воздействуют на атомы этого химического элемента во втором материальном объекте первым электромагнитным полем, формируя в названных атомах электромагнитные солитоны и инстантоны, соединенные в электромагнитные бризеры, придавая им характеристики определенных электронов атомов упомянутого химического элемента, подвергают полученные бризеры дополнительному электромагнитному воздействию, чем обеспечивают возникновение циклов переходов солитонов в инстантонную форму и обратно, инициируя возбуждение реакции в первом материальном объекте. Дополнительное электромагнитное воздействие может быть осуществлено путем модуляции первого электромагнитного поля. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ возбуждения реакции материального объекта на необращенное на него внешнее воздействие, заключающийся в том, что выбирают в составе упомянутого (первого) материального объекта химический элемент, концентрация которого в первом материальном объекте выше порогового уровня, необходимого для проявления реакции, создают второй материальный объект, в котором концентрация упомянутого химического элемента также выше порогового уровня, и воздействуют на атомы этого химического элемента во втором материальном объекте первым электромагнитным полем, формируя в названных атомах электромагнитные солитоны и инстантоны, соединенные в электромагнитные бризеры, придавая им характеристики определенных электронов атомов упомянутого химического элемента, подвергают полученные бризеры дополнительному электромагнитному воздействию, чем обеспечивают возникновение циклов переходов солитонов в инстантонную форму и обратно, инициируя возбуждение реакции в первом материальном объекте.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное электромагнитное воздействие осуществляют путем модуляции первого электромагнитного поля.