模拟核能驱动的磁流体发电机

模拟核能驱动的磁流体发电机众所周知，核能是最后前景的清洁能源。核电站正常运行对周围居民的照射最大为0.05mSv,仅为国际防护规定安全剂量的1%。而等质量铀235裂变的能量是优质煤的27000000倍。目前核电站的工作原理约等于烧开水，然后用水汽推动涡轮机转来发电。但核反应堆的效率令人担忧。目前众多核反应堆的能量转化为内能-机械能-电能。高效率的快堆为60%，原料为钚239，一次嬗变后的核废料还可以继续作核燃料。但其制造难度更大，经济性还有待验证。一、基本原理电能的本质：电子的转移产生电流。电子寄生于原子上，稳定的原子不显电性，显电性的为离子。但离子态并不稳定，需要巨大的能量将稳定的原子电离，形成离子形态。因此，核能是最合适的能量源。接下来选择合适的离子是问题的关键。成本越低的离子越是省钱，不用花钱的更好，因此我们可以想到空气。空气中含有79%的N2,02等分子。那么空气可以被电离吗？打雷时空中的闪电，其原理就是将天空与大地看作两块电性相反的巨型平板。当两块板子中间便会产生电压。当电压达到击穿一定厚度的空气时，便会产生闪电，而闪电所经过的区域，便会产生大量离子体，而每种离子的产生伴随着电子的转移与跃迁，当电子跃迁的时候便会放出特定的光谱，也就是闪电。二、模拟发电为了模拟核反应堆所产生的热量，我们可以想到使用特斯拉线圈。其原理是利用谐振，将高压变压器产生的高压，转化为超高压，进而击穿空气，产生大量离子体。150-200nm波长真空紫外线、宇宙射线，高温等作用下亦会产生等离子体，如电离层。（1）特斯拉线圈的制作：首先制作初级线圈：1680匝0.48mm粗漆包线，初级线圈高850mm直径160mm次级线圈采用圆盘式，制作用8mm铜管，平均间距25mm8匝。高压变压器选用微波炉变压器，单个功率1000W电压2100V高压变压器两个，正向串联，反向并联。功率2000W电压4200V。初级的打火器选择为稳定实用，但不能工作太长时间的间隙打火器。接下来进入计算步骤：电容组与变压器匹配，电源频率（FL）:50Hz;电压（E）:4200V;电流（I）:0.5A。为了让电容组容量与变压器功率匹配，用半波将电容组充电道最大值。电容组设计，单个电容参数：电容量：0.44卩F;耐压：6000V;电容组设计：串联：4;并联：3;电容组参数：电容量：0.33卩F;耐压：24000V;总电容个数：12;36个10兆欧电阻作保护电阻，每3个串联为30兆欧电阻，与每个特斯拉电容并联。制作半桥整流，出口处接5m长电炉丝。螺线管线圈，螺线管直径（D）：161mm线圈匝数（N）：1680;绕线直径（W:0.48mm匝间距（S）:0.02mm螺线管高度（H）:840mm漆包线长度：849.737m；平板螺线圈，上半部为进风口，间隙打火，下半部为偏转磁场及接收板：线圈内径（Di）:250mm?圈匝数（N）:5.5;线径（W:8mm匝间距（S）:25mm线圈外径（Do）:613mm电线长度：7.455m;电感量（L）:14.892卩H。环形电容器：外环径（D1）:480mm直径（D2）:160mmLC谐振电路频率：电感量（L）:14.892卩H;电容量（C）:0.33卩F。利用谐振公式：L1C仁L2C2可不断调试初级线圈圈数来达到最佳谐振频率。接通电源后可观察到打火器工作，利用空气压缩机向两头开口圆柱状打火器内通高速气体，观察到伴有点火光:紫色，红棕色，黄色。查找元素电离光谱可验证其中红棕色为氮离子，黄色为氧离子。利用离子浓度监测仪可独处离子浓度: 1999万离子/立方厘米。证明:通过特斯拉线圈可获得大量离子体。（2）离子的利用。偏转磁场的制作:（不考虑自旋与电子跃迁损失）利用电生磁场来进行制作正负离子偏转磁场。运转线圈时，可闻到强烈刺激性气体，断定为 NO2由电离难易程度分析可知初始产物为NO涉及到几个化学反应：O2在放电条件下生成O3O3=O2+ONO+O3=NO2+O2JO2+O=NO+O计算时选取NO为初始合成分子。第一电离能：N：1402.3kj/molO：1313.9kj/mol离子质量（m:N+:1.1708X10-26kgO-:1.3381X10-26kg电子带电量（q）:1.6X10-19C设定的离子进入角度为水平线上线 45°各45°角，进入宽度为0.02m，初始速度为v=10m/s。通过作图可获得离子的偏转半径范围。利用两个通电线圈，竖向对齐，间隔8cm,可产生小范围匀强磁场。利用两个小型调压台分别作两个线圈电源，连入10欧姆固定电阻作保护电阻。不断调节两边电压，同时利用高斯计测量所产生磁场大小，减去地磁场数值：50卩T,直至数值与理论数值相吻合。磁场另一端作两个对向铁板，作为接收离子装置，板子伸出导线，另接一电流表，并联电压表测试最终产生直流电流和电压。所有设备基本上组装完毕，另从特斯拉线圈次级底脚处接出一