CN111167390A - 一字型三原子氢高能火箭燃料的制备装置及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一字型三原子氢高能火箭燃料的制备装置，包括氢气通入箱，所述氢气通入箱一侧通过L型管与冷却管相连，且L型管嵌入安装有光化学反应仪，且光化学反应仪一侧的L型管表面缠绕有电磁场线圈，与现有的火箭燃料相比，H3清洁无毒，燃烧值更高，并且暂时没有其他研究人员研究出具有实用性和稳定性的由三个原子组成的氢分子，在改变原子自旋情况下能够重新组合生成一字型有三个原子组成的氢分子，并且是可以稳定存在的，这样的氢分子跟两个原子组成的氢气分子相比能量更高，可以用作氢燃料，同等物质的量的两种物质，三个原子组成的氢分子释放的热量更多，使用H3作为火箭燃料更加的高能清洁，并且也更加的经济。

Description

一字型三原子氢高能火箭燃料的制备装置及其制备方法
技术领域
本发明涉及原子氢技术领域，具体为一字型三原子氢高能火箭燃 料的制备装置及其制备方法。
背景技术
燃料有：CO,H2,C2H2,CH4,C2H4,CH3CH2OH,N2H4,高级硼硅烷(这 都是火箭推进器的燃料)，和爆竹的点火原理一样，只是上面的那层 不是火药，而是火箭头(里面是卫星、逃逸舱、探测器之类的东西)， 常用的发射卫星(飞船)的火箭燃料要体积小，重量轻，但发出的热 量要大，这样才能减轻火箭的重量，使卫星(飞船)快速地送上轨 道，液体(固体)燃料放出的能量大，产生的推力也大；而且这类燃 料比较容易控制，燃烧时间较长，因此，发射卫星(飞船)的火箭大 都采用液体(固体)燃料；
现有的火箭燃料有偏二甲肼，氧化剂是四氧化二氮，特点：技术 成熟，价格低廉，但是有剧毒，其次有煤油，氧化剂是液态氧，特 点：无毒，性能高，燃料密度高，火箭直径比较小，技术成熟，价格 低廉，最后还有液态氢，氧化剂是液态氧，特点：无毒，性能奇高， 氢氧发动机技术门槛高；
此种发动机技术美国，欧洲比较成熟，但这三种的燃烧热值都没 有达到最高。
发明内容
本发明提供一字型三原子氢高能火箭燃料的制备装置及其制备 方法，可以有效解决上述背景技术中提出燃烧热值都没有达到最高的 问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一字型三原子氢高 能火箭燃料的制备装置，包括氢气通入箱，所述氢气通入箱一侧通过 L型管与冷却管相连，且L型管嵌入安装有光化学反应仪，且光化学 反应仪一侧的L型管表面缠绕有电磁场线圈，在电磁场线圈内部的L 型管嵌入安装有气动搅拌机，且L型管的顶部嵌入安装有第一阀门；
所述冷却管表面缠绕有氮气通入管和氮气通出管；
所述冷却管底端通过管道与储液罐相连，所述冷却管中部通过管 道与气体过渡机相连，且管道中顶部从下向上依次嵌入安装有第二阀 门和抽气机；
所述气体过渡机顶端连接有氢气通入管，且气体过渡机底端与氢 气通入箱相连。
优选的，所述氮气通入管和氮气通出管收尾相连。
优选的，所述冷却管的出料口是储液罐进料口的两倍。
优选的，所述储液罐外表面缠绕有电磁线圈。
优选的，在氢气通入箱处将定量氢气通入光化学反应仪，光化学 反应仪用于研究气相或模拟可见光照，可以模拟多种光线，用远紫外 光、紫外光和可见光中的高能部分使得氢原子中的电子及发到高能态， 使得部分的氢原子达到高能激发态；
从光化学反应仪处出来的氢原子通入气动搅拌机，控制气动搅拌 机进口和出口的开度就可以控制气体的流速，也就能调节马达的输出 功率和转速，因为气动搅拌机工作环境不受振动、高温、电磁、辐射 环境的影响，所以在外部加电磁场线圈产生磁场，使得氢原子在磁场 的作用下改变电子自旋，而气动搅拌机的作用就是使氢气能够均匀的 反应，生成一部分H3，此时气体中是H3和H2的混合物，需要在下一 步进行分离；
打开第一阀门，让气体进入冷却管中，之后关闭第一阀门从氮气 通入管通入液氮，从氮气通出管通出，利用H3比H2的沸点高来分离 两种气体，随着温度的逐渐降低，H3先液化成液态，此时打开第二阀 门，并且启动抽气机，将剩余没有反应完的H2吸出，并二次利用， 而液化的H3则流入到储液罐，而储液罐也在一个磁场中，借此维持H3稳定；
最后将回收的氢气收入到气体过渡机中，气体过渡机是一个气体 过渡装置，从氢气通入管处继续输入氢气，接着在氢气通入箱处控制 足量的氢气，循环实验，直到得到足够的H3燃料。
优选的，所述H3由三个氢原子构成的不稳定分子。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明结构科学合理，使 用安全方便，与现有的火箭燃料相比，H3清洁无毒，燃烧值更高，并 且暂时没有其他研究人员研究出具有实用性和稳定性的由三个原子 组成的氢分子，氢原子在改变原子自旋情况下能够重新组合生成一字 型有三个原子组成的氢分子，并且是可以稳定存在的，这样的氢分子 跟两个原子组成的氢气分子相比能量更高，可以用作氢燃料，同等物 质的量的两种物质，三个原子组成的氢分子释放的热量更多，使用H3作为火箭燃料更加的高能清洁，并且也更加的经济。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分， 与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的氢原子晶格模型结构示意图；
图3是本发明的改变自旋之后氢原子做能带分析计算之后得到 的结构示意图；
图中标号：1、氢气通入箱；2、光化学反应仪；3、气动搅拌机； 4、电磁场线圈；5、第一阀门；6、氮气通入管；7、氮气通出管；8、 冷却管；9、储液罐；1、第二阀门；11、抽气机；12、气体过渡机； 13、氢气通入管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处 所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：如图1所示，本发明提供技术方案，一字型三原子氢 高能火箭燃料的制备装置，包括氢气通入箱1，氢气通入箱1一侧通 过L型管与冷却管8相连，且L型管嵌入安装有光化学反应仪2，且 光化学反应仪2一侧的L型管表面缠绕有电磁场线圈4，在电磁场线圈4内部的L型管嵌入安装有气动搅拌机3，且L型管的顶部嵌入安 装有第一阀门5；
冷却管8表面缠绕有氮气通入管6和氮气通出管7，氮气通入管6 和氮气通出管7收尾相连；
冷却管8底端通过管道与储液罐9相连，冷却管8的出料口是储 液罐9进料口的两倍，从而防止了回吸，储液罐9外表面缠绕有电磁 线圈，在冷却管8中部通过管道与气体过渡机12相连，且管道中顶 部从下向上依次嵌入安装有第二阀门1和抽气机11；
气体过渡机12顶端连接有氢气通入管13，且气体过渡机12底 端与氢气通入箱1相连。
实施例2：如图1所示，本发明提供技术方案，一字型三原子氢 高能火箭燃料的制备方法，在氢气通入箱1处将定量氢气通入光化学 反应仪2，光化学反应仪2用于研究气相或模拟可见光照，可以模拟 多种光线，用远紫外光、紫外光和可见光中的高能部分使得氢原子中 的电子及发到高能态，使得部分的氢原子达到高能激发态；
从光化学反应仪2处出来的氢原子通入气动搅拌机3，控制气动 搅拌机3进口和出口的开度就可以控制气体的流速，也就能调节马达 的输出功率和转速，因为气动搅拌机3工作环境不受振动、高温、电 磁、辐射环境的影响，所以在外部加电磁场线圈4产生磁场，使得氢 原子在磁场的作用下改变电子自旋，而气动搅拌机3的作用就是使氢 气能够均匀的反应，生成一部分H3，此时气体中是H3和H2的混合物， 需要在下一步进行分离；
打开第一阀门5，让气体进入冷却管8中，之后关闭第一阀门5 从氮气通入管6通入液氮，从氮气通出管7通出，利用H3比H2的沸 点高来分离两种气体，随着温度的逐渐降低，H3先液化成液态，此时 打开第二阀门1，并且启动抽气机11，将剩余没有反应完的H2吸出， 并二次利用，而液化的H3则流入到储液罐9，而储液罐也在一个磁场 中，借此维持H3稳定；
最后将回收的氢气收入到气体过渡机12中，气体过渡机12是一 个气体过渡装置，从氢气通入管13处继续输入氢气，接着在氢气通 入箱1处控制足量的氢气，循环实验，直到得到足够的H3燃料。
实施例3：如图2-3所示，本发明提供技术方案，一字型三原子 氢高能火箭燃料，H3由三个氢原子构成的不稳定分子，此高能火箭燃 料是一种氢单质，微观上是由三个氢原子组成的氢分子，由三个原子 组成的氢单质跟液态氢气比燃烧热值大大增加，而氢单质跟其它含氢 化合物比热值更高，同物质的量相同，氢含量越高，燃烧热值更高， 更清洁，三原子氢分子火箭燃料是用液态氧作为氧化剂，生成物是水， 并且安全无毒，而三原子氢(H3)是一种由三个氢原子构成的不稳定 分子，而本发明高能火箭燃料在模拟实验中模拟出了呈现一字型的H3分子，证明了这种火箭燃料是可生成的。
这种火箭燃料H3的研究源于改变氢原子的内部电子的自旋，本 身原子内部各种磁矩总和的有效部分分为两个，一个原子的总磁矩， 是其内部所有电子的轨道磁矩、自旋磁矩和核磁矩的矢量和，原子核 具有磁矩，但核磁矩很小，通常可忽略，原子磁矩则为电子轨道磁矩 与自旋磁矩的总和的有效部分，磁场会对原子的自旋产生影响，外 磁场强度较弱，使得自旋轨道相互作用大于外磁场与原子的相互作 用，电子的自旋磁矩矢量、轨道磁矩矢量绕它们的合矢量即原子的总 磁矩快旋进，总磁矩再绕磁外场慢旋进，原子获得附加能量，外磁场 强度足够大时，自旋轨道相互作用被解除，电子的自旋、轨道磁矩矢 量就分别绕外磁场旋进；
体系有n个自旋平行的未配对电子，分子电子自旋磁矩就为n*μ _B，而自旋相反的电子的自旋磁矩会抵消，所以闭壳层体系无电子自 旋磁矩，通过布居分析(如Mulliken、NPA等)，得到每个原子，或 每个原子轨道上的自旋电子数，就能讨论它们各自对分子磁矩的贡献；
某d原子轨道上自旋电子数为0.4，就说这个d原子轨道上电子 自旋磁矩是0.4μ_B，也可以根据电子自旋密度讨论，某点自旋密度 为x，就可以说这个点的电子对分子磁矩的贡献是x*μ_B，也因此， 可以将空间划分为不同子区域，根据自旋密度在相应区域积分值讨论 相应区域内的自旋磁矩；
磁场对原子的自旋会产生影响，轨道的相互作用也会产生影响， 利用将现有的氢气分子进行电离，变成单个的氢原子，进而可以利用 计算化学模拟改变氢原子的自旋，不同自旋表示电子的运动状态不同， 经过大量的模拟实验，达到一个高转化率的生成呈一字型形状的由三 个氢原子组成的氢分子，在模拟软件中利用对氢气模型的能带分析计 算，得到了氢原子在改变自旋后的反应；
此模拟实验利用Materials Studio化学模拟软件，先是建立氢 原子的晶格，将其作为模型，改变原子原有的自旋性质，利用CASTEP 模块对该模型进行能带结构分析计算，经过多次改变模型中原子的自 旋性质，最后得到一个生成一字型三个氢原子组成分子的最高转化率 的结果，这样的结果跟改变自旋性质的原子的数量有关，也跟氢原子 的排列组合有关。
在模拟化学中证明了H3这种火箭燃料是可以生成并稳定存在的， 需要让氢原子收到一定强度的磁场作用，改变一定数量的氢原子电子 不同方向的自旋，使氢原子之间互相结合，改变了原来的结合方式， 使之结合成三个原子组成的分子；
之后需要将其提取并进行压缩，使之成为液态三原子氢，并将其 应用到火箭燃料推进剂等方向。
用MaterialsStudio计算H3和H2的能量， H2＝-30.82689785002eV,H3＝-42.06979991812eV,平均H3每个原子的能 量比H2高1.39ev。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用 于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对 于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术 方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。
凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改 进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一字型三原子氢高能火箭燃料的制备装置，包括氢气通入箱（1），其特征在于：所述氢气通入箱（1）一侧通过L型管与冷却管（8）相连，且L型管嵌入安装有光化学反应仪（2），且光化学反应仪（2）一侧的L型管表面缠绕有电磁场线圈（4），在电磁场线圈（4）内部的L型管嵌入安装有气动搅拌机（3），且L型管的顶部嵌入安装有第一阀门（5）；
所述冷却管（8）表面缠绕有氮气通入管（6）和氮气通出管（7）；
所述冷却管（8）底端通过管道与储液罐（9）相连，所述冷却管（8）中部通过管道与气体过渡机（12）相连，且管道中顶部从下向上依次嵌入安装有第二阀门（10）和抽气机（11）；
所述气体过渡机（12）顶端连接有氢气通入管（13），且气体过渡机（12）底端与氢气通入箱（1）相连。
2.根据权利要求1所述的一字型三原子氢高能火箭燃料的制备装置，其特征在于，所述氮气通入管（6）和氮气通出管（7）收尾相连。
3.根据权利要求1所述的一字型三原子氢高能火箭燃料的制备装置，其特征在于，所述冷却管（8）的出料口是储液罐（9）进料口的两倍。
4.根据权利要求1所述的一字型三原子氢高能火箭燃料的制备装置及其制备方法，其特征在于，所述储液罐（9）外表面缠绕有电磁线圈。
5.根据权利要求1-4任一所述的一字型三原子氢高能火箭燃料的其制备方法，其特征在于，在氢气通入箱（1）处将定量氢气通入光化学反应仪（2），光化学反应仪（2）用于研究气相或模拟可见光照，可以模拟多种光线，用远紫外光、紫外光和可见光中的高能部分使得氢原子中的电子及发到高能态，使得部分的氢原子达到高能激发态；
从光化学反应仪（2）处出来的氢原子通入气动搅拌机（3），控制气动搅拌机（3）进口和出口的开度就可以控制气体的流速，也就能调节马达的输出功率和转速，因为气动搅拌机（3）工作环境不受振动、高温、电磁、辐射环境的影响，所以在外部加电磁场线圈（4）产生磁场，使得氢原子在磁场的作用下改变电子自旋，而气动搅拌机（3）的作用就是使氢气能够均匀的反应，生成一部分H3，此时气体中是H3和H2的混合物，需要在下一步进行分离；
打开第一阀门（5），让气体进入冷却管（8）中，之后关闭第一阀门（5）从氮气通入管（6）通入液氮，从氮气通出管（7）通出，利用H3比H2的沸点高来分离两种气体，随着温度的逐渐降低，H3先液化成液态，此时打开第二阀门（10），并且启动抽气机（11），将剩余没有反应完的H2吸出，并二次利用，而液化的H3则流入到储液罐（9），而储液罐也在一个磁场中，借此维持H3稳定；
最后将回收的氢气收入到气体过渡机（12）中，气体过渡机（12）是一个气体过渡装置，从氢气通入管（13）处继续输入氢气，接着在氢气通入箱（1）处控制足量的氢气，循环实验，直到得到足够的H3燃料。
6.根据权利要求1-5所述的一字型三原子氢高能火箭燃料的制备装置和制备方法制出的，其特征在于，所述H3由三个氢原子构成的不稳定分子。
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