模擬核能驅(qū)動(dòng)的磁流體發(fā)電機(jī)

模擬核能驅(qū)動(dòng)的磁流體發(fā)電機(jī)眾所周知，核能是最后前景的清潔能源。核電站正常運(yùn)行對周圍居民的照射最大為0.05mSv,僅為國際防護(hù)規(guī)定安全劑量的1%。而等質(zhì)量鈾235裂變的能量是優(yōu)質(zhì)煤的27000000倍。目前核電站的工作原理約等于燒開水，然后用水汽推動(dòng)渦輪機(jī)轉(zhuǎn)來發(fā)電。但核反應(yīng)堆的效率令人擔(dān)憂。目前眾多核反應(yīng)堆的能量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能-機(jī)械能-電能。高效率的快堆為60%，原料為钚239，一次嬗變后的核廢料還可以繼續(xù)作核燃料。但其制造難度更大，經(jīng)濟(jì)性還有待驗(yàn)證。一、基本原理電能的本質(zhì)：電子的轉(zhuǎn)移產(chǎn)生電流。電子寄生于原子上，穩(wěn)定的原子不顯電性，顯電性的為離子。但離子態(tài)并不穩(wěn)定，需要巨大的能量將穩(wěn)定的原子電離，形成離子形態(tài)。因此，核能是最合適的能量源。接下來選擇合適的離子是問題的關(guān)鍵。成本越低的離子越是省錢，不用花錢的更好，因此我們可以想到空氣?？諝庵泻?9%的N2,02等分子。那么空氣可以被電離嗎？打雷時(shí)空中的閃電，其原理就是將天空與大地看作兩塊電性相反的巨型平板。當(dāng)兩塊板子中間便會(huì)產(chǎn)生電壓。當(dāng)電壓達(dá)到擊穿一定厚度的空氣時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生閃電，而閃電所經(jīng)過的區(qū)域，便會(huì)產(chǎn)生大量離子體，而每種離子的產(chǎn)生伴隨著電子的轉(zhuǎn)移與躍遷，當(dāng)電子躍遷的時(shí)候便會(huì)放出特定的光譜，也就是閃電。二、模擬發(fā)電為了模擬核反應(yīng)堆所產(chǎn)生的熱量，我們可以想到使用特斯拉線圈。其原理是利用諧振，將高壓變壓器產(chǎn)生的高壓，轉(zhuǎn)化為超高壓，進(jìn)而擊穿空氣，產(chǎn)生大量離子體。150-200nm波長真空紫外線、宇宙射線，高溫等作用下亦會(huì)產(chǎn)生等離子體，如電離層。（1）特斯拉線圈的制作：首先制作初級線圈：1680匝0.48mm粗漆包線，初級線圈高850mm直徑160mm次級線圈采用圓盤式，制作用8mm銅管，平均間距25mm8匝。高壓變壓器選用微波爐變壓器，單個(gè)功率1000W電壓2100V高壓變壓器兩個(gè)，正向串聯(lián)，反向并聯(lián)。功率2000W電壓4200V。初級的打火器選擇為穩(wěn)定實(shí)用，但不能工作太長時(shí)間的間隙打火器。接下來進(jìn)入計(jì)算步驟：電容組與變壓器匹配，電源頻率（FL）:50Hz;電壓（E）:4200V;電流（I）:0.5A。為了讓電容組容量與變壓器功率匹配，用半波將電容組充電道最大值。電容組設(shè)計(jì)，單個(gè)電容參數(shù)：電容量：0.44卩F;耐壓：6000V;電容組設(shè)計(jì)：串聯(lián)：4;并聯(lián)：3;電容組參數(shù)：電容量：0.33卩F;耐壓：24000V;總電容個(gè)數(shù)：12;36個(gè)10兆歐電阻作保護(hù)電阻，每3個(gè)串聯(lián)為30兆歐電阻，與每個(gè)特斯拉電容并聯(lián)。制作半橋整流，出口處接5m長電爐絲。螺線管線圈，螺線管直徑（D）：161mm線圈匝數(shù)（N）：1680;繞線直徑（W:0.48mm匝間距（S）:0.02mm螺線管高度（H）:840mm漆包線長度：849.737m；平板螺線圈，上半部為進(jìn)風(fēng)口，間隙打火，下半部為偏轉(zhuǎn)磁場及接收板：線圈內(nèi)徑（Di）:250mm?圈匝數(shù)（N）:5.5;線徑（W:8mm匝間距（S）:25mm線圈外徑（Do）:613mm電線長度：7.455m;電感量（L）:14.892卩H。環(huán)形電容器：外環(huán)徑（D1）:480mm直徑（D2）:160mmLC諧振電路頻率：電感量（L）:14.892卩H;電容量（C）:0.33卩F。利用諧振公式：L1C仁L2C2可不斷調(diào)試初級線圈圈數(shù)來達(dá)到最佳諧振頻率。接通電源后可觀察到打火器工作，利用空氣壓縮機(jī)向兩頭開口圓柱狀打火器內(nèi)通高速氣體，觀察到伴有點(diǎn)火光:紫色，紅棕色，黃色。查找元素電離光譜可驗(yàn)證其中紅棕色為氮離子，黃色為氧離子。利用離子濃度監(jiān)測儀可獨(dú)處離子濃度: 1999萬離子/立方厘米。證明:通過特斯拉線圈可獲得大量離子體。（2）離子的利用。偏轉(zhuǎn)磁場的制作:（不考慮自旋與電子躍遷損失）利用電生磁場來進(jìn)行制作正負(fù)離子偏轉(zhuǎn)磁場。運(yùn)轉(zhuǎn)線圈時(shí)，可聞到強(qiáng)烈刺激性氣體，斷定為 NO2由電離難易程度分析可知初始產(chǎn)物為NO涉及到幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)：O2在放電條件下生成O3O3=O2+ONO+O3=NO2+O2JO2+O=NO+O計(jì)算時(shí)選取NO為初始合成分子。第一電離能：N：1402.3kj/molO：1313.9kj/mol離子質(zhì)量（m:N+:1.1708X10-26kgO-:1.3381X10-26kg電子帶電量（q）:1.6X10-19C設(shè)定的離子進(jìn)入角度為水平線上線 45°各45°角，進(jìn)入寬度為0.02m，初始速度為v=10m/s。通過作圖可獲得離子的偏轉(zhuǎn)半徑范圍。利用兩個(gè)通電線圈，豎向?qū)R，間隔8cm,可產(chǎn)生小范圍勻強(qiáng)磁場。利用兩個(gè)小型調(diào)壓臺(tái)分別作兩個(gè)線圈電源，連入10歐姆固定電阻作保護(hù)電阻。不斷調(diào)節(jié)兩邊電壓，同時(shí)利用高斯計(jì)測量所產(chǎn)生磁場大小，減去地磁場數(shù)值：50卩T,直至數(shù)值與理論數(shù)值相吻合。磁場另一端作兩個(gè)對向鐵板，作為接收離子裝置，板子伸出導(dǎo)線，另接一電流表，并聯(lián)電壓表測試最終產(chǎn)生直流電流和電壓。所有設(shè)備基本上組裝完畢，另從特斯拉線圈次級底腳處接出一