CN113409961A - 电磁触发气体与金属产生过热的低能核反应装置及其产热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电磁触发气体与金属发生作用产生过热的低能核反应装置，包括真空反应室、气体发生器(或高纯气瓶)、压力传感器、温度传感器、机械泵和分子泵、中功率电源、电场发生器及旋转磁场发生器等。能够实现含氢类金属在特定的温度、压力下，在电场发生器、磁场发生器及其转速的协同使用下产生出较高水平过热的过程，还公开了一种产热方法。本发明适用于能源技术领域，通过多种手段(温度、压力、电场、磁场、转速等)的协同作用来实现过热触发，解决了现有技术中产热速率慢，产热效率低、重复性差的问题，加快了氢类气体与吸氢金属产生过热的产热效率，提高了产热率，降低了对设备的要求，更加方便反应进程的掌握和控制。
Description
技术领域
本发明属于能源技术领域，具体是电磁触发气体与金属发生作用产生过热的低能核反应装置及其产热方法。
背景技术
低能核反应亦称“化学辅助核反应”、“晶格辅助核反应”、“凝聚态物质核科学”，这种反应与传统的热核聚变反应相比，所需要的反应温度相对较低，而且其反应产物主要是“过热”和所用金属的核嬗变元素，在反应过程中未检测到对人体有害的高能电磁辐射，反应产物也不具有放射性。
但是目前的氢-镍气固系统低能核反应装置(或设备)中，由于金属镍的充氢过程需要在较高的温度或较大的压力下完成，所以对设备的加工制造方面会提出更高的要求，同时现有技术中产热速率慢，产热效率低，通常做法是在镍丝表面进行镀膜或纳米化处理，以及将镍金属粉末烧结成块状或片状以增大与氢气接触的表面积，虽然采用纳米镍作为反应燃料可以获得一定的过热效果，但是在掌握和控制氢原子进入镍金属晶格数量的精确度方面存在一定的困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供电磁触发气体与金属产生过热的低能核反应装置及产热方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
电磁触发气体与金属产生过热的低能核反应装置及产热方法，包括真空反应室、气体发生器、压力传感器、温度传感器、机械泵和分子泵及中功率电源，所述气体发生器与所述机械泵和分子泵均与所述真空反应室通过气路连通，所述气体发生器与所述真空反应室之间的气路上设置有进气阀，所述机械泵和分子泵与所述真空反应室之间的气路上设置有真空截止阀，所述气体发生器和所述压力传感器均与所述真空反应室电气性连接，所述真空反应室外设有量热计，所述量热计外设置有恒温循环水浴；所述真空反应室内设置有陶瓷管，所述陶瓷管采用双层结构，所述陶瓷管内层缠绕设置有镍铬合金丝，所述陶瓷管外层缠绕设置有金属丝，所述金属丝通过四线法与所述多参数测量仪器连接，所述镍铬合金丝与所述中功率电源电连接，所述陶瓷管上下两端设置有电场发生器，所述陶瓷管侧面设置有旋转磁场发生器。
优选的，还包括用于采集并传输装置的温度、压力、电压、电流、电阻信号的多参数测量仪器，以及用于接收、存储和控制所述多参数测量仪器采集到的信号的计算机。
优选的，所述金属丝为钯、镍、钛、钒、钽、铌等吸氢金属或其合金中的一种。
优选的，所述气体发生器为氢气发生器或氘气发生器。
电磁触发气体与金属产生过热的低能核反应装置的产热方法，包括以下步骤：
依次打开机械泵和分子泵，对真空反应器内部进行预处理：将真空反应器内部的空气等抽出，关闭机械泵和分子泵7，重复此过程，至真空反应器内的放气速率小于1Pa/10mim；
打开气体发生器，向真空反应器内注入100～110000Pa的反应气体，关闭气体发生器，静置6～12小时，使金属晶格中的充气率控制在0.1～0.7之间，其中，反应气体为氢气或氘气；
打开中功率电源，输入功率控制在100～1000W之间，直至量热计监测到有数瓦～十几瓦的过热功率出现，这个过程一般在1～6小时之间；
打开电场发生器和旋转磁场发生器，将电场的电压控制在V＝0～30kV、磁场的磁感应强度控制在B＝3～30000Gs、磁场转速控制在ω＝0～3000rmp范围内，通过调整三者的比例使量热计监测到的过热功率达到最大值。
优选的，所述过热功率的范围为102～104W。
优选的，还包括以下步骤：通过多参数测量仪器采集整个装置的温度、压力、电压、电流、电阻信号，并将采集到的信号输入计算机存储和控制。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，同时把温度、压力、电场、磁场、转速等五种手段共同应用于过热触发，通过多种手段的协同应用来实现过热触发，解决了现有技术中产热速率慢，产热效率低、重复性差的问题，加快了氢类气体与吸氢金属相互作用产生过热的产热效率，提高了产热率，降低了对设备的要求，更加方便反应进程的掌握和控制。
附图说明
图1是本发明电磁触发气体与金属相互作用产生过热的低能核反应装置的整体结构示意图；
图2是本发明中低能核反应装置产生过热过程中量热计所测到的过热功率随时间变化的关系图。
附图标记：1、陶瓷管；2、金属丝；3、进气阀；4、气体发生器；5、压力传感器；6、温度传感器；7、机械泵和分子泵；8、真空截止阀；9、真空反应器；10、镍铬合金丝；11、中功率电源；12、电场发生器；13、旋转磁场发生器；14、量热计；15、恒温循环水浴；16、多参数测量仪；17、计算机。
具体实施方式
以下结合附图1-2，进一步说明本发明电磁触发气体与金属发生作用产生过热的低能核反应装置及产热方法的具体实施方式。本发明电磁触发气体与金属发生作用产生过热的低能核反应装置及产热方法不限于以下实施例的描述。
实施例1：
本实施例给出电磁触发气体与金属发生作用产生过热的低能核反应装置的具体结构，如图1所示，包括真空反应室9、气体发生器4、压力传感器5、温度传感器6、机械泵和分子泵7及中功率电源11，气体发生器4与机械泵和分子泵7均与真空反应室9通过气路连通，气体发生器4与真空反应室9之间的气路上设置有进气阀3，机械泵和分子泵7与真空反应室9之间的气路上设置有真空截止阀8，气体发生器4和压力传感器5均与真空反应室9电气性连接，真空反应室9外设有量热计14，量热计14外设置有恒温循环水浴15；
真空反应室9内设置有陶瓷管1，陶瓷管1采用双层结构，陶瓷管1内层缠绕设置有镍铬合金丝10，陶瓷管1外层缠绕设置有金属丝2，金属丝2通过四线法与多参数测量仪器16连接，镍铬合金丝10与中功率电源11电连接，陶瓷管1上下两端设置有电场发生器12，陶瓷管1侧面设置有旋转磁场发生器13。
还包括用于采集并传输装置的温度、压力、电压、电流、电阻信号的多参数测量仪器16，以及用于接收、存储和控制多参数测量仪器16采集到的信号的计算机17。
金属丝2为钯、镍、钛、钒、钽、铌等吸氢金属或其合金中的一种。
气体发生器4为氢气发生器或氘气发生器。
实施例2：
本实施例给出电磁触发气体与金属作用产生过热的低能核反应装置的产热方法的具体结构，如图2所示，包括以下步骤：
依次打开机械泵和分子泵7，对真空反应器9内部进行预处理：将真空反应器9内部的空气等抽出，关闭机械泵和分子泵7，重复此过程，至真空反应器9内的放气速率小于1Pa/10mim；
打开气体发生器4，向真空反应器9内注入100～110000Pa的反应气体，关闭气体发生器4，静置6～12小时，使金属晶格中的充气率控制在0.1～0.7之间，其中，反应气体为氢气或氘气；
打开中功率电源11，输入功率控制在100～1000W之间，直至量热计14监测到有数瓦～十几瓦的过热功率出现，这个过程一般在1～6小时之间；
打开电场发生器12和旋转磁场发生器13，将电场的电压控制在V＝0～30kV、磁场的磁感应强度控制在B＝3～30000Gs、磁场转速控制在ω＝0.5～3000rmp范围内，通过调整三者的比例使量热计14监测到的过热功率达到最大值。
过热功率目前所能达到的范围为102～104W。
还包括以下步骤：通过多参数测量仪器16采集整个装置的温度、压力、电压、电流、电阻信号，并将采集到的信号输入计算机17存储和控制。
实施例3：
本实施例给出电磁触发气体与金属作用产生过热的低能核反应装置的产热方法的具体结构，包括以下步骤：
在不锈钢反应室9内的陶瓷管1的外层缠绕一根直径0.5mm，长度3m的金属丝2，内层缠绕一根直径0.5mm，长度4m，材质为镍铬合金的加热丝10。然后打开反应室9与真空系统7之间的截止阀门8，启动真空系统7的机械泵和涡轮分子泵将反应室9抽成10-4Pa的真空。关闭截止阀门8，停止抽真空。此时反应室内的压力会因室内的元器件放出吸附气体有所回升。故需要进行反复数次地启动真空系统7将反应室9抽真空至10-4Pa。直至反应室内的放气速率变化小于1Pa/10min时，方可开启气体发生器4和进气阀门3向反应室9输送一定压力的氘气(小于110000Pa)，反应室在此压力下静止一段时间(0～12小时)后，通过吉时利2700多参数测量仪中的四线法测量金属丝2电阻，调节反应室的温度、压力使金属丝2电阻升至原始金属丝2电阻值的150％左右。这时利用中功率电源11通过加热丝10向反应室输入一定数量的电功率(～400W)，并维持一段时间(～4小时)。当包覆在反应室外的量热计14测到过热功率(～10W)时，启动电场发生器12、旋转磁场发生器13，调整电场、磁场发生器12、13的输入电压和电流使电场强度、磁感应强度以及磁场转速达到一个最佳的匹配数值。这时量热计会测量到约为117瓦的过热输出功率，而此时的电场强度显示值在4600V左右，磁感应强度5000Gs，磁场转速1500rpm。为了维持低能核反应装置持续产生过热，反应室9的氘气压力不能低于200Pa。如果要停止装置运行，只需关闭电场发生器或旋转磁场发生器即可将低能核反应停止。
实施例4：
本实施例给出电磁触发气体与金属作用产生过热的低能核反应装置的产热方法的具体结构，具体步骤与实施例3相同，其中，金属丝2为镍丝，气体发生器4为氢气发生器。
实施例5：
本实施例给出电磁触发气体与金属作用产生过热的低能核反应装置的产热方法的具体结构，具体步骤与实施例3相同，其中，金属丝2为钛丝，气体发生器4为氢气发生器。
实施例6：
本实施例给出电磁触发气体与金属作用产生过热的低能核反应装置的产热方法的具体结构，具体步骤与实施例3相同，其中，金属丝2为钯丝，气体发生器4为氢气发生器。
实施例7：
本实施例给出电磁触发气体与金属作用产生过热的低能核反应装置的产热方法的具体结构，具体步骤与实施例3相同，其中，金属丝2为镍丝，气体发生器4为氘气发生器。
实施例8：
本实施例给出电磁触发气体与金属作用产生过热的低能核反应装置的产热方法的具体结构，具体步骤与实施例3相同，其中，金属丝2为钛丝，气体发生器4为氘气发生器。
实施例9：
本实施例给出电磁触发气体与金属作用产生过热的低能核反应装置的产热方法的具体结构，具体步骤与实施例3相同，其中，金属丝2为钯丝，气体发生器4为氘气发生器。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.电磁触发气体与金属产生过热的低能核反应装置，其特征在于，包括：真空反应室(9)、气体发生器(4)、压力传感器(5)、温度传感器(6)、机械泵和分子泵(7)及中功率电源(11)，所述气体发生器(4)与所述机械泵和分子泵(7)均与所述真空反应室(9)通过气路连通，所述气体发生器(4)与所述真空反应室(9)之间的气路上设置有进气阀(3)，所述机械泵和分子泵(7)与所述真空反应室(9)之间的气路上设置有真空截止阀(8)，所述气体发生器(4)和所述压力传感器(5)均与所述真空反应室(9)电气性连接，所述真空反应室(9)外设有量热计(14)，所述量热计(14)外设置有恒温循环水浴(15)；
所述真空反应室(9)内设置有陶瓷管(1)，所述陶瓷管(1)采用双层结构，所述陶瓷管(1)内层缠绕设置有镍铬合金丝(10)，所述陶瓷管(1)外层缠绕设置有金属丝(2)，所述金属丝(2)通过四线法与所述多参数测量仪器(16)连接，所述镍铬合金丝(10)与所述中功率电源(11)电连接，所述陶瓷管(1)上下两端设置有电场发生器(12)，所述陶瓷管(1)侧面设置有旋转磁场发生器(13)。
2.如权利要求1所述的电磁触发气体与金属产生过热的低能核反应装置，其特征在于：还包括用于采集并传输装置的温度、压力、电压、电流、电阻信号的多参数测量仪器(16)，以及用于接收、存储和控制所述多参数测量仪器(16)采集到的信号的计算机(17)。
3.如权利要求1所述的电磁触发气体与金属产生过热的低能核反应装置，其特征在于：所述金属丝(2)为钯、镍、钛、钒、钽、铌等吸氢金属或其合金中的一种。
4.如权利要求1所述的电磁触发气体与金属产生过热的低能核反应装置，其特征在于：所述气体发生器(4)为氢气发生器或氘气发生器。
5.电磁触发气体与金属产生过热的低能核反应装置的产热方法，其特征在于，包括以下步骤：
依次打开机械泵和分子泵(7)，对真空反应器(9)内部进行预处理：将真空反应器(9)内部的空气等抽出，关闭机械泵和分子泵7，重复此过程，至真空反应器(9)内的放气速率小于1Pa/10mim；
打开气体发生器(4)，向真空反应器(9)内注入100～110000Pa的反应气体，关闭气体发生器(4)，静置6～12小时，使金属晶格中的充气率控制在0.1～0.7之间，其中，反应气体为氢气或氘气；
打开中功率电源(11)，输入功率控制在100～1000W之间，直至量热计(14)监测到有数瓦～十几瓦的过热功率出现，这个过程一般在1～6小时之间；
打开电场发生器(12)和旋转磁场发生器(13)，将电场的电压控制在V＝0～30kV、磁场的磁感应强度控制在B＝3～30000Gs、磁场转速控制在ω＝0.5～3000rmp范围内，通过调整三者的比例使量热计(14)监测到的过热功率达到最大值。
6.如权利要求5所述的电磁触发气体与金属产生过热的低能核反应装置的产热方法，其特征在于：所述过热功率达到最大值范围为102～104W。
7.如权利要求6所述的电磁触发气体与金属产生过热的低能核反应装置的产热方法，其特征在于：还包括以下步骤：通过多参数测量仪器(16)采集整个装置的温度、压力、电压、电流、电阻信号，并将采集到的信号输入计算机(17)存储和控制。
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