專利名稱：地磁磁力線運動速度測量儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可測量地磁磁力線運動速度的地磁磁力線運動速度測量儀。
背景技術：
地球的南、北磁極并不與地球的自轉軸相互重疊，表明地球內部激發(fā)地球磁場的磁源的運動與地球的自轉并不一致，但由于激發(fā)地球磁場的磁源位于地球內部幾千公里深的地核與地幔交界處附近，人們對于激發(fā)地球磁場物質的運動無法直接進行觀測，只能通過測量地球表面地磁磁力線的運動速度，來推測位于地球內部幾千公里深處激發(fā)地球磁場物質的運動狀態(tài)，因此，如果能夠在全球的不同地點測量到地磁磁力線的運動速度，將有助于加深人類對地球內部激發(fā)地球磁場的磁源的運動狀態(tài)的認識。此外，許多動物能夠利用地球磁場來導航和定位，這些動物有可能是通過其體內的某些部位對電流的感知能力極其靈敏的特點，當它們在地球磁場中運動時，每當其身體切割地磁磁力線時，就會在其身體內可導電部分的兩端產(chǎn)生動生電動勢，動生電動勢的建立必然會在其體內產(chǎn)生一個脈沖電流，而當動物是沿著地磁磁力線方向運動時，體內的動生電動勢U則會消失，動物由此就可以感知自己的運動方向。若能測量到地磁磁力線的運動速度，就可以更準確地分析出動物身體內可導電部分兩端產(chǎn)生動生電動勢U的量值大小，并加深對動物利用地球磁場來導航和定位現(xiàn)象的認識和理解。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種結構簡單，使用方便，可測量地磁磁力線運動速度的地磁磁力線運動速度測量儀。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種地磁磁力線運動速度測量儀，包括安裝在非導磁材料制成的儀器座上的環(huán)形電磁線線圈，電磁線線圈的部分環(huán)形外表面設有導磁材料制成的磁屏蔽套，電磁線線圈的兩端通過導線與電壓表相連。
本發(fā)明的地磁磁力線運動速度測量儀，其中所述環(huán)形電磁線線圈為一個矩形框，矩形框直立地安裝在儀器座上，所述磁屏蔽套套裝在電磁線線圈矩形框的左立柱或右立柱上，所述電壓表固定在儀器座的上端面上。
本發(fā)明的地磁磁力線運動速度測量儀，其中所述儀器座的上端面安裝有指南針，所述電磁線線圈的下端采用兩個Ω形緊固件固定在儀器座上。
本發(fā)明的地磁磁力線運動速度測量儀，其中所述儀器座的上端面安裝有磁場強度測量儀。
本發(fā)明的地磁磁力線運動速度測量儀，其中所述磁屏蔽套的底端固定在所述儀器座的上端面上。
本發(fā)明的地磁磁力線運動速度測量儀，可利用電壓表得出地磁磁力線運動磁力線切割電磁線線圈時產(chǎn)生的動生電動勢，根據(jù)式V＝U/NBL，帶入測量地點處地球磁場的磁感應強度B，磁屏蔽套的長度L，電磁線線圈的匝數(shù)N，即可以得出測量地點處地球磁場的磁力線運動速度V，故本發(fā)明的地磁磁力線運動速度測量儀具有結構簡單，使用方便，可測量地磁磁力線運動速度的特點。
下面結合附圖對本發(fā)明的地磁磁力線運動速度測量儀的具體實施方式
作進一步詳細說明。


圖1是本發(fā)明的地磁磁力線運動速度測量儀的結構示意圖的主視剖面圖；圖2是圖1的側視圖；圖3是圖1的俯視圖。
具體實施例方式
如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明的地磁磁力線運動速度測量儀，包括安裝在非導磁材料制成的儀器座1上的環(huán)形電磁線線圈2，電磁線線圈2的部分環(huán)形外表面設有導磁材料制成的磁屏蔽套3，磁屏蔽套3的底端固定在儀器座1的上端面上。電磁線線圈2的兩端通過導線與電壓表4相連。
環(huán)形的電磁線線圈2為一個矩形框，矩形框直立地安裝在儀器座1上，磁屏蔽套3套裝在電磁線線圈2矩形框的左立柱或右立柱上，電壓表4固定在儀器座1的上端面上。
儀器座1的上端面安裝有指南針5，電磁線線圈2采用兩個Ω形緊固件6固定在儀器座1上。
儀器座1的上端面安裝有磁場強度測量儀(圖中未畫出)。
當磁力線作切割導體的運動時，可在電磁線線圈2內產(chǎn)生動生電動勢U，在通常情況下，放置在地球磁場中的導體受到地磁磁力線的切割作用時，由于沒有在地球磁場外設立一個導電回路，被磁場分離的電荷始終會受到洛侖茲力的作用，故不會在導體上正、負電極之間產(chǎn)生電流。本發(fā)明的地磁磁力線運動速度測量儀由于在電磁線線圈2上套裝有磁屏蔽套3，使該段電磁線線圈2不受地磁磁力線的切割作用，相當于在地球磁場外設立了一個導通電磁線線圈2上被磁場分離的電荷的導電回路，當處于地球磁場中的電磁線線圈2上沒有套裝磁屏蔽套3的部位受到運動的地磁磁力線的切割作用時，就會在電磁線線圈2中產(chǎn)生動生電動勢U和電流。根據(jù)法拉第電磁感應定律，地磁磁力線切割電磁線線圈2產(chǎn)生的動生電動勢U＝NBVLsinθ，由此可以計算出地磁磁力線的運動速度為V＝U/NBLsinθ (1)式中U為電壓，B為測量地點處地球磁場的磁感應強度，L為磁屏蔽套3的長度，N為電磁線線圈2的匝數(shù)，V為測量地點處地球磁場的磁力線運動速度，θ為磁屏蔽套3的中軸線與地球磁場磁力線之間的夾角。
根據(jù)測量得到的磁力線運動速度，再計算出測量地點與地磁軸之間的垂直距離R，將其帶入角速度運算公式ω＝V/R(2)就可以得出地球磁場磁力線環(huán)繞地磁軸運動的角速度ω的量值。如果地球磁場磁力線運動的角速度ω是一個常量，則可以根據(jù)地球磁場磁力線環(huán)繞地磁軸運動的角速度ω，計算出世界上任何一個地點處地球磁場的磁力線運動速度。
本發(fā)明的地磁磁力線運動速度測量儀在使用時，可利用電壓表4得出地磁磁力線運動磁力線切割電磁線線圈2時產(chǎn)生的動生電動勢U，再根據(jù)式(1)帶入測量地點處地球磁場的磁感應強度B，磁屏蔽套3的長度L，電磁線線圈2的匝數(shù)N，即可以得出測量地點處地球磁場的磁力線運動速度V。
對地球磁場起源的探索，早在公元1600年前后就已經(jīng)開始了，其主要假說有永磁體說、電流說、壓電效應說、發(fā)電機理論等，其中永磁體說被鐵、鈷、鎳的居里點實驗否定，電流說由于電阻問題而被人們放棄，壓電效應說由于其實驗值都是在常溫下獲得的，據(jù)此推出的磁場強度微不足道而被人們拋棄，發(fā)電機理論由于不能說明南、北磁極翻轉而受到質疑。那么，地球的磁場是如何產(chǎn)生的呢？只有存在運動電荷或電流才能產(chǎn)生磁場，因此，地球磁場應該與地球內部的帶電結構有關。但是，地球磁場的南北磁極還存在著一種小范圍的低速運動，這種運動表明地球磁場不僅僅是地球內部的帶電部分作旋轉運動產(chǎn)生的，在地球內部還應該存在著一個相對穩(wěn)定的內部電流。但地球內部為什么會長期穩(wěn)定地帶電、并存在一個相對穩(wěn)定的內部電流呢？據(jù)分析，地球內部地核的半徑約為3500公里，溫度在5540℃左右，壓力大約為350力個大氣壓。在通常情況下，構成宏觀物體的每個原子所帶的正電量和負電量是等值的，這樣，經(jīng)中和后的宏觀物體就不帶電了。但由于地核及地幔下部物質受到的壓力作用較大，溫度也較高，一個在常溫低壓狀態(tài)下被公認的常識，宏觀物體不能自發(fā)地穩(wěn)定帶電的觀點將不再成立。即在天體內部的高壓狀態(tài)下，物質都是帶電量不等的離子體，高溫等離子體、低溫等離子體的電量“相等”是不可能的。
磁流體發(fā)電的實驗表明，在上千度以上的溫度狀態(tài)下，物質中少量原子中的電子可以克服原子核引力的束縛而變成自由電子，同時原子則因失去電子變成帶正電的離子，這種狀態(tài)稱之為低溫等離子狀態(tài)。地核的溫度在5540℃左右，如此高的溫度勢必會使地核中少量原子中的電子克服原子核引力的束縛，變成自由電子，同時原子失去電子變成帶距電的離子，在壓力不是很高的狀態(tài)下，失去電子的原子及克服原子核引力束縛的自由電子通常以等離子狀態(tài)存在，熱運動及原子核的靜電引力作用使自由電子不能長期與失去電子的原子脫離開來。但是，當物質是在超高壓作用下以密度極大的狀態(tài)存在時，克服原子核引力束縛的電子，將在巨大擠壓力的作用下，飄浮到地核與地幔的交界處，造成克服原子核引力束縛的自由電子與失去電子的原子長期脫離開來，筆者將這種現(xiàn)象稱之為熱壓電效應。由于地核內部的原子總量非常巨大，可以產(chǎn)生大量的被分離電荷。
原子最外層電子的分布幾率，會受到鄰近原子中電子的靜電排斥作用，由于地核中物質所受壓力作用較高，物質密度較大，受到鄰近原子中電子的靜電排斥作用也相應較強，原子的最外層電子會部分地失去圍繞原子核運動的空間，使原子最外層電子的分布向原子外擴張。與常壓狀態(tài)下金屬中可自由運動的自由電子不同，在超高壓壓力作用下失去圍繞原子核運動空間的電子，也不能在地核中其它鄰近原子之間自由運動。由于整個地核的壓力都較高，因此，地核中少量原子最外層電子的分布幾率將一直延伸到壓力較低的地核與地幔交界處甚至地幔中上部。地核中部分以自由電子狀態(tài)存在的電子在壓力作用下，朝壓力較低的地核與地幔交界面附近甚至地幔中上部分布，使宏觀的地核處于帶正電狀態(tài)，地核與地幔的交界面附近以及地幔中上部處于帶負電狀態(tài)，即發(fā)生熱壓電效應。
原子的基態(tài)通常處于較深的負能級狀態(tài)，較弱的壓力作用不能將其激發(fā)或電離，但較強的壓力作用會以一種令原子最外層電子運動空間減少的形式，改變原子最外層電子的分布幾率。由于更低的能態(tài)已經(jīng)被其它電子占據(jù)，地核中被激發(fā)或電離的電子將在“浮力”的作用下朝外擴張，并在“浮力”作用與地核中所有失去電子的原子的庫侖作用相平衡的位置，也即在地核與地幔的交界面附近，形成一個覆蓋地核的電子殼層。將地核與電子殼層視為一個巨大的“原子”，地球磁場的產(chǎn)生就與這個巨大“原子”的存在有關。
天體內部的熱壓電效應主要是將與原子分離的電子擠壓出天體內部的高壓區(qū)，如果電子沒有與原子分離，則很難被大量地擠壓出天體內部的高壓區(qū)。
必須強調，由于電子具有波動性，每個飄浮到地核外部的電子的分布位置并不是固定不變的，而是有一定的范圍，其飄浮的范圍甚至有可能一直延伸到地球表面上來，也就是說，地球的表面有可能帶有負電荷，在我們的周圍也應該存在一個可以測量到的電勢梯度。
美國的科學家通過實驗觀察發(fā)現(xiàn)，地核的自轉與地殼和地幔并不同步。地核與地幔之間接觸面積非常巨大，按照“常識”，充滿液態(tài)巖漿的地核與地幔之間接觸面上產(chǎn)生的摩擦力應非常巨大，足以使質量巨大的地核與地幔之間的相對運動在幾年或幾十年的“瞬間”趨于同步，但地核的旋轉運動竟然能在上億年的時間里與地幔不同步，這是為什么呢？眾所周知，當原子相互作用形成離子或分子時，有獲得特殊穩(wěn)定構型的傾向，其中最重要的是惰性氣體結構。在通常情況下，非惰性氣體結構的元素只能以原子結合成分子來形成惰性氣體結構，但在大量電子以自由狀態(tài)存在的覆蓋地核的電子殼層中，原子會趨于直接與電子結合成具有惰性氣體結構的帶電粒子，以使系統(tǒng)處于相對較低能量狀態(tài)。原子直接與以自由狀態(tài)存在的電子結合成具有惰性氣體結構的帶電粒子，造成電子殼層中大量原子處于特殊穩(wěn)定構型的負離子狀態(tài)。電子殼層中大量電子的靜電屏蔽作用，還能令電子殼層中原子之間失去相互作用，不能相互結合生成分子。
根據(jù)量子力學理論，存在于具有惰性氣體結構原子軌道上的電子的排列不是任意的，電子將趨于由自旋平行且反向的自由電子雙雙組成電子對。具有惰性氣體結構的金屬陰離子物質在常溫常壓下是不存在的，但由于地核與地幔交界面上電子殼層的存在，令地核與地幔接觸面上充滿了具有惰性氣體結構的鐵、鎳等負離子物質。帶有電子的鐵、鎳等元素的性質非常特殊，由于元素之間沒有相互作用，相對運動時產(chǎn)生的摩擦力作用極小，具有惰性氣體結構的鐵、鎳等負離子物質就如同是具有超流動性的液氦。在地核與地幔的接觸面上充滿了具有超流動性鐵、鎳等負離子物質的狀態(tài)下，地核的旋轉運動即使與地幔不同步，地核與地幔在“接觸面”上產(chǎn)生的摩擦力也是微不足道的。由于具有惰性氣體結構的負離子物質具有超流動性，使電子殼層內部的物質可以不隨地?；虻睾俗魍叫D運動。
有證據(jù)表明，地殼及地幔的旋轉速度在多種因素影響下會發(fā)生變化，但由于具有超流動性的電子殼層的存在，影響地殼及地幔旋轉速度的各種因素，對地核的旋轉運動并不產(chǎn)生同樣影響。此外，由于太陽和月亮的引力作用，以及地核內部的鎳-58在高溫高壓作用下發(fā)生電子俘獲核反應生成鐵-58時釋放核能的不均勻性，造成覆蓋地核表面的電子殼層不同區(qū)域存在較大溫差，使電子殼層中的負離子物質發(fā)生大規(guī)模定向運動，盡管巨大的負離子物質風暴的摩擦力對地核與地幔都微不足道，但由于電子殼層中的鐵、鎳等金屬負離子物質風暴，造成地核與地幔都不斷地有大量物質與電子殼層中物質進行交換，并給地核與地幔的旋轉運動帶來不同影響，因此，地幔與地核的旋轉運動不同步，自然也就不奇怪了。
將電子殼層中的多余電子視為超自由電子，由于有大量超自由電子的存在，按金屬導電的經(jīng)典電子說，電子殼層的電阻由于電子殼層中的原子與超自由電子之間不存在固有的庫侖作用聯(lián)結。當超自由電子在外電場的作用下作定向運動時，超自由電子不會通過電磁相互作用將定向運動所具有的能量傳遞給電子殼層中的原子物質，構成電子殼層的原子物質的無規(guī)則熱運動也不會影響到超自由電子在外電場的作用下的定向運動，因此，地球內部地核與地幔之間的電子殼層是一個沒有電阻的高溫超導地層。
根據(jù)量子力學理論，電子具有波動性，具有波動性的超自由電子在電子殼層中傳播時，由于波長與電子殼層物質中自由電子相差極大，其波長要比電子殼層物質中自由電子大很多，傳播時不會受到電子殼層中原子物質散射(或偏析)，使超自由電子在電子殼層中的傳播不會受到阻礙，因此，電子殼層中的“固有”電阻對波長與其自身的自由電子相差極大的超自由電子的影響是微不足道的。
根據(jù)量子力學理論，存在于具有惰性氣體結構原子軌道上的電子的排列不是任意的，超自由電子將趨于由自旋平行且反向的電子雙雙組成電子對。將地核與電子殼層視為一個巨大的“原子”，電子殼層中大量的超自由電子會雙雙組成大量的電子對，這種電子對組態(tài)可使系統(tǒng)的能量降低，形成穩(wěn)定的結合。于是，在電子殼層中大量的超自由電子將趨于形成電子對組態(tài)。由于電子對的慣性質量極小，其熱運動不會與電子殼層中的原子產(chǎn)生熱能交換，換句話說，超自由電子形成的電子對的熱運動不受電子殼層中原子熱運動的影響，故利用電子殼層中大量的超自由電子和/或超自由電子組成的超自由電子對來傳輸電磁場能量，則電子殼層的電阻率將與電子殼層中超自由電子組成的電子對的密度成反比。由于地核的體積極大，溫度和壓力又相對較高，熱壓電效應造成電子殼層中超自由電子組成的超自由電子對的密度極大，導電率極高，堪稱是高溫超導地層，使得存在于其中的電流就如同存在于超導線圈中的電流那用，可以永不消失地在其中流動，并在地球上形成了一個磁場強度較穩(wěn)定的南北磁極。如上所述，太陽和月亮的引力作用，以及地核內部釋放核能的不均勻性，會造成電子殼層中具有超流動性物質的密度及分布發(fā)生巨大波動，由此產(chǎn)生的在地核與地幔之間的負離子物質大風暴會非常強烈，強烈的負離子物質大風暴又會產(chǎn)生強大的交變電磁場，使得存在于電子殼層的電流分布發(fā)生變化，造成地球磁場的南北磁極發(fā)生一種低速運動，這種低速運動在歷史上曾經(jīng)多次造成地球的南北磁極翻轉。
天文觀測表明，太陽和木星具有很強的磁場，其中木星的磁場強度大約是地球磁場的20-40倍。那么，太陽和木星的磁場為何比地球強呢？如上所述，地核的溫度在5540℃左右，壓力大約為350萬個大氣壓。而木星內部的溫度約為30000℃左右，壓力也比地球內部高的多，太陽內部的壓力、溫度還要更高。熱壓電效應可在太陽和木星內部產(chǎn)生更加廣闊的電子殼層，太陽和木星內部電子殼層的帶電量也比地球內部電子殼層的帶電量大的多，再加上木星的自轉速度較快，其自轉一周的時間為9小時56分30秒，木星內部電子殼層運動的線速度也遠高于地球內部電子殼層的線速度，其磁場強度自然也要比地球高的多。
正是由于太陽、木星內部的壓力、溫度遠高于地球，因此，太陽、木星上的磁場要比地球磁場強的多。而火星、水星的磁場比地球磁場弱，則說明火星、水星內部的壓力、溫度遠低于地球。
顯然，地球磁場的產(chǎn)生，與地球內部的高溫高壓狀態(tài)有關，那么，地球內部的地熱又是如何產(chǎn)生的呢？根據(jù)分析推算，地幔的溫度大約在1500～3000℃之間，壓力為50萬～150萬個大氣壓，地核的溫度在5540℃左右，壓力大約為350萬個大氣壓。由于各種化學反應在2000℃以上般是吸熱的，因此，地熱應主要來自核能。但根據(jù)對隕石成份的分析研究，地球內部的成份應以鐵、鎳核素為主，各種放射性核素的豐度非常低。與地球基本上是在同一個時期形成的月球巖石中各種放射性核素的豐度同樣非常低，并不含有可將其自身加熱至熔融狀態(tài)的放射性核素及它們的衰變產(chǎn)物，人們在不同的時間和地點發(fā)現(xiàn)的隕石中也并不含有可將其自身加熱至熔融狀態(tài)的放射性核素及它們的衰變產(chǎn)物。隕石匯聚形成地球的碰撞作用可以產(chǎn)生大量熱能，但從地球表面發(fā)現(xiàn)的隕石狀況來看，碰撞作用產(chǎn)生的熱能一般達不到將整個大隕石加熱至熔融狀態(tài)的程度，其中大部分的熱能會很快散失掉，能夠最終傳遞到大隕石內部并長期保留下來的熱能很少。在隕石沒有長期處于熔融狀態(tài)的情況下，鈾、釷等放射性核素也不可能富集成礦，形成一個天然核反應堆，快速向外釋放核能。此外，自然界中含鈾最高的天然鈾礦也都沒有成為高溫天然熱源，甚至人類從天然鈾礦提煉出的百分之百的純鈾金屬，也沒有發(fā)現(xiàn)其溫度能快速地升高。因此，我們確實有理由懷疑僅僅依賴鈾、釷、銣-87、鉀-40等這類釋放核能速度極慢的放射性核素是否具有如此巨大的功率釋放熱能，并在幾十億年的時間里維持地球內部的熔融狀態(tài)。
構成地球的核素全部來自宇宙中的恒星，這些核素在凝聚成較大的隕石以及隕石匯聚形成地球以前，已經(jīng)在宇宙中經(jīng)歷了非常漫長的歲月，其中的各種短周期放射性核素所具有的核能在這一漫長的歲月中會釋放出來并散失掉。地球從開始形成到現(xiàn)在有大約45億年的歷史并不等于構成地球的核素有大約45億年的歷史，即使地球在開始演化的初期擁有大量的各種短周期放射性核素，由于地球從開始演化到初具形狀，也要經(jīng)歷一個漫長的歲月，在這一漫長的歲月中釋放出來的核能會全部散發(fā)到太空中去，不可能以熱的形式儲存在地球的內部，因此，那種認定地球具有可把其內部加熱至很高溫度的大量放射性核素的觀點只不過是一種未被證實的假設。
地球在幾十億年的漫長歲月里能夠維持其內部較強的熱運動，其能量的來源不大可能僅限于放射性核素。據(jù)分析，地球上的放射性核素主要集中在地殼的下部到地幔的上部，如果地熱確實是僅來源于放射性核素，地熱的總儲量就不該如此巨大。因此，有必要研究鐵、鎳等穩(wěn)定核素中是否存在亞穩(wěn)態(tài)的同質異位素，以及這類亞穩(wěn)態(tài)同質異位素是否能在地球內部高溫和超高壓的作用下發(fā)生電子俘獲核反應，并向外釋放出核能。
傳統(tǒng)的同質異位素是指核子數(shù)A相同，但核內中子數(shù)和質子數(shù)不同的原子核。長期以來，人們一直認定同質異位素不可能釋放出核能，但事實上，并沒有實驗證明同質異位素在5540℃左右、350萬個大氣壓的條件下不會發(fā)生電子俘獲核反應。由于同質異位素之間的子核能級不同，其中某些原子核在發(fā)生中子與質子相互轉化的核反應時，同樣會釋放出遠大于化學能密度的核能，如果僅僅因為這種核能的釋放未被證明具有毀滅性的爆炸力而斷然否認其具有遠大于化學能密度的核能，則不免過于武斷了。
根據(jù)原子能出版社于1997年11月發(fā)行的高等教育試用教材《同位素地質學教程》一書的第281頁的附錄“元素的同位素組成”中，列舉的各種同質異位素的原子核，可知在地球上存在以下種類的同質異位素原子核核子數(shù)為40的同質異位素原子核有氬-40，鉀-40，鈣-40；核子數(shù)為46的同質異位素原子核有鈣-46，鈦-46；核子數(shù)為50的同質異位素原子核有鈦-50，釩-50，鉻-50；核子數(shù)為58的同質異位素原子核有鐵-58，鎳-58；核子數(shù)為87的同質異位素原子核有銣-87，鍶-87；核子數(shù)為113的同質異位素原子核有鎘-113，銦-113；核子數(shù)為138的同質異位素原子核有鋇-138，鑭-138，鈰-138；核子數(shù)為176的同質異位素原子核有鐿-176，镥-176，鉿-176；核子數(shù)為180的同質異位素原子核有鉿-180，鉭-180，鎢-180；核子數(shù)為187的同質異位素原子核有錸-187，鋨-187；……。上述各種同質異位素的原子核在高溫高壓的作用下，如果發(fā)生如下的電子俘獲核反應 式中-1e為電子，ve為中微子，△為核反應釋放出的熱能。
則其釋放出的核能，可用魏茨澤克(C.F.von Weizs cker)的原子核結合能的半經(jīng)驗公式計算得出(參見北京大學出版社于1997年8月出版的《低能及中高能原子核物理學》一書的第40頁～45頁)。根據(jù)魏茨澤克(C.F.von Weizs cker)1935年提出的原子核結合能的半經(jīng)驗公式B(Z，A)＝αVA-αSA2/3-αCZ2/A2/3-αsym(N-Z)2/A+{+、0、-}αpairA-1/2.式中Z為質子的數(shù)量，N為中子的數(shù)量，A為核子的數(shù)量，αV＝15.835MeV，αS＝18.33MeV，αC＝0.714MeV，αsym＝23.20MeV，αpair＝11.2MeV。
由魏茨澤克(C.F.von Weizs cker)的原子核結合能的半經(jīng)驗公式可知，原子核的結合能包括體積能αVA、表面能αSA2/3、庫侖排斥能αCZ2/A1/3、以及對稱能αsym(N-Z)2/A和奇偶能{+、0、-}αpairA-1/2，當原子核內發(fā)生的中子轉化為質子或質子轉化為中子的核反應時，只有庫侖排斥能、對稱能和奇偶能發(fā)生了變化。將相關數(shù)據(jù)帶入可得出每個鉀-40核素發(fā)生電子俘獲核反應生成氬-40時可釋放出的核能為1.3064MeV；每個釩-50核素發(fā)生電子俘獲核反應生成鈦-50時可釋放出的核能為2.5747MeV；每個鑭-138核素發(fā)生電子俘獲核反應生成鋇-138時可釋放出的核能為0.7107MeV；每個镥-176核素發(fā)生電子俘獲核反應生成鐿-176時可釋放出的核能為1.1983MeV；每個鉭-180核素發(fā)生電子俘獲核反應生成鉿-180時可釋放出的核能為1.9613MeV。
自然界中只有很少部分元素的原子核在發(fā)生電子俘獲型核反應時是放熱的無閾反應，例如上述五種核素，這類元素通常存在于各種同質異位素中的少中子的原子核之中，但更有可能存在于通過發(fā)生電子俘獲型核反應可使其核內質子數(shù)或中子數(shù)成為幻數(shù)的原子核中，這類元素由于其原子核內可能有子核是處于非最低能態(tài)的亞穩(wěn)態(tài)，其本身就具有通過電子俘獲核反應朝更低可能能態(tài)躍遷的趨勢，當原子核受到外界更強的作用使電子與原子核的核場之間的相互作用增大時，就會開始或加快發(fā)生電子俘獲核反應，核反應釋放出的能量雖然被中微子帶走一部分，但剩余的能量會以核輻射的形式釋放出來，由于中微子的能譜具有很寬的分布，相應的核輻射能量也具有不確定性。原子核發(fā)生電子俘獲核反應的閾值與其核內子核的能級狀態(tài)有關，原子核內子核處于不同的能量狀態(tài)，使其發(fā)生電子俘獲型核反應的閾值也會相應地發(fā)生變化，如果電子俘獲型核反應是使原子核內子核處于更低的能量狀態(tài)，則該原子核也更容易在熱電子的碰撞作用下開始或加快發(fā)生電子俘獲型核反應。由于上述五種核素發(fā)生電子俘獲核反應時會釋放出核能，因此，這五種核素可以在地球內部的高溫高壓作用下發(fā)生電子俘獲核反應。
對于自然界中的多數(shù)元素，其原子核發(fā)生電子俘獲型核反應是有閾反應，是吸熱的。在核反應的過程中，電子的能量除用于克服核內一個質子轉變?yōu)橹凶拥拈撝低?，核反應產(chǎn)生的中微子也會消耗部分能量。通過有閾的電子俘獲型核反應生成的人造元素可能是不穩(wěn)定的，具有β放射性，可通過β衰變恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)上去。其中值得特別注意的是鎳-58，其在地核中的存量極大，但鎳-58是質子數(shù)為幻數(shù)的核素，不宜直接用魏茨澤克(C.F.vonWeizs cker)的原子核結合能的半經(jīng)驗公式計算出其轉化為鈷-58的能量差，事實上，鎳-58發(fā)生電子俘獲核反應生成鈷-58的過程不能釋放出核能，其發(fā)生電子俘獲型核反應是有閾反應，是吸熱的，但核反應直接生成鈷-58的是不穩(wěn)定的，會自發(fā)地發(fā)生電子俘獲核反應或β+衰變，轉化為鐵-58，這一過程則可釋放出遠大于鎳-58發(fā)生電子俘獲核反應生成鈷-58所吸收的能量?；诘厍騼炔康某煞菀澡F、鎳核素為主，地核的溫度在5540℃左右，壓力大約為350萬個大氣壓的事實，我們有理由假設地熱是鎳-58在地球內部的高溫、高壓下發(fā)生電子俘獲核反應生成鈷-58，鈷-58再自發(fā)地發(fā)生電子俘獲核反應或β+衰變這一過程產(chǎn)生的，是地球內部的鎳-58發(fā)生電子俘獲核反應釋放出的能量，使整個地球內部處于上千度以上的高溫狀態(tài)。
當鎳-58受到高溫、高壓作用時，原子中的電子會產(chǎn)生一種向原子核收縮的現(xiàn)象，打破電中性原子之間的靜電平衡。原子中的電子在超高壓作用下向原子核收縮，極大地提高了包括內殼層電子在內的電子在原子核附近出現(xiàn)的幾率，使原子核中質子之間由于其附近電子出現(xiàn)幾率的增加，從而對原子核的能級產(chǎn)生影響，令原子核趨于發(fā)生電子俘獲核反應。
高溫、高壓作用可使鎳-58核素發(fā)生電子俘獲核反應，還可從某些原子核發(fā)生γ衰變中間接地分析看出?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，某些原子核發(fā)生γ衰變過程中，當原子核由激發(fā)態(tài)躍遷到低能態(tài)時，在核場的影響下，將能量差直接傳遞給內殼層電子，并不經(jīng)過發(fā)射γ光子的中間環(huán)節(jié)。筆者認為，引起核場能量傳遞給內殼層電子的作用決不會僅僅是單向地由核場作用于內殼層電子，內殼層電子同樣會對核場產(chǎn)生反作用，并通過核場影響原子核中核原子及核分子之間的能級狀態(tài)。由于原子核中核原子及核分子之間的能級通常較高，內殼層電子對核場產(chǎn)生的作用又非常小，在不是特別高的溫度壓力作用下不大可能改變原子核內核原子及核分子之間的能級狀態(tài)。但是，對于有核原子及核分子能級是處于亞穩(wěn)態(tài)或者激發(fā)態(tài)的原子核，其本身就具有通過電子俘獲核反應朝更低能態(tài)躍遷趨勢，如果再受到高溫、高壓作用，原子核就會發(fā)生電子俘獲核反應，同時使原子核中的核原子及核分子躍遷到一個更低能態(tài)上去。
利用高溫、高壓作用使鎳-58核素發(fā)生電子俘獲核反應，需克服電子之間靜電斥力產(chǎn)生的庫侖位壘，這一庫侖位壘會隨著電子密度的增高而急劇升高。但電子是一種慣性質量很小的微觀粒子，具有非常顯著的波動性，電子之間的相對能量在原子尺度上具有很大的漲落和很寬的分布，大量電子的平均能量即使是低于靜電斥力相互作用產(chǎn)生的庫侖位壘，也會有部分電子具備克服電子之間靜電斥力產(chǎn)生的庫侖位壘的能量，出現(xiàn)在原子核附近，或者是由于隧道效應，出現(xiàn)在原子核附近，使原子核因附近出現(xiàn)更多電子，大大地強化了靜電屏蔽作用的影響，令原子核趨于多中子化，如果原子核中核原子及核分子的能級狀態(tài)是處于亞穩(wěn)態(tài)或者是激發(fā)態(tài)，該原子核就可能因其變得趨于多中子化而發(fā)生電子俘獲核反應，同時使原子核中核原子及核分子躍遷到一個更低能態(tài)上去。
實驗表明，在較低的溫度、壓力條件下，放射性元素蛻變速度很穩(wěn)定，不受溫度、壓力變化的影響，只有達到地球內部那樣較高的溫度、壓力條件才有可能令鎳-58核素發(fā)生電子俘獲核反應，只有達到大恒星內部那樣極高的溫度、壓力條件才有可能令穩(wěn)定核素發(fā)生由低能態(tài)躍遷到高能態(tài)的核反應。
按地核大約為350萬個大氣壓的壓力值折合到原子尺度上，已經(jīng)是一個遠小于原子內電子與原子核之間庫侖作用的量值了，但電子是一種慣性質量很小的微觀粒子，具有非常顯著的波動性，即使受到的作用量值很小，不能改變原子中電子的能態(tài)，也足以使電子在能態(tài)不變的情況下更接近原子核，令電子的勢能轉化為動能，電子動能的增大使得內殼層電子對核場的作用被大幅度加強。事實上，如果地核內存在向外釋放核能的β衰變或電子俘獲核反應，地核內就不可能是沒有更高壓力峰值的恒壓世界，地核內的壓力峰值有可能是非常高的，其壓力峰值將遠大于350萬個大氣壓。此外，超高壓的壓力作用也不是平均地同時作用到全部受壓原子內的電子上，因為電子在原子核內的位置是變化的，原子中電子受到的作用也會具有非常顯著的波動性，這種波動性作用形式也有助于電子在能態(tài)不變的情況下接近原子核，使得內殼層電子在原子核附近出現(xiàn)幾率增加，令原子核內殼層電子對核場的作用被大幅度加強，使其發(fā)生由亞穩(wěn)態(tài)躍遷到低能態(tài)的β衰變或電子俘獲核反應。
如果通過受控熱核聚變裝置證明鎳-58不能在5540℃，350萬個大氣壓的條件下發(fā)生電子俘獲核反應生成鈷-58，則有可能表明目前人們估計的地核內部的溫度、壓力值是錯誤的。換句話說，地核內部的溫度、壓力值應該達到使鎳-58發(fā)生電子俘獲核反應生成鈷-58所需的溫度、壓力條件，才能使地核幾十億年來始終維持一種高溫狀態(tài)。
根據(jù)有關資料數(shù)據(jù)，地球上的石油、天然氣、煤炭等化石類能源的儲量是有限的，即使是按照現(xiàn)階段的速度開采，也將在千年之內趨于枯竭。不難理解，能源嚴重短缺的狀況會給人們的生活帶來不利影響，雖然受控熱核聚變可以作為人類未來長期發(fā)展使用的能源，但現(xiàn)在已經(jīng)可以看出，受控熱核聚變裝置具有太多的技術工藝難關，難以保證一定能夠在石油、天然氣、煤炭等礦產(chǎn)資源趨于緊張之前開發(fā)成功。地球上很有可能還剩有許多種在發(fā)生電子俘獲核反應時可釋放出巨大能量的同質異位素核能資源，對于穩(wěn)定核素中處于高能級狀態(tài)的原子核，其原料和產(chǎn)物是沒有放射性的，不存在所謂的放射性核燃料泄漏和核廢料處理問題，因此，同質異位素核能與受控熱核聚變核能一樣，也是一種相對較清潔和安全的核能資源，適合人類在未來長期發(fā)展經(jīng)濟使用。
科學家發(fā)現(xiàn)許多動物可以利用地磁場信息來歸家或遷徙，例如蜜蜂、信鴿、海龜、彩虹鱒魚、鮭魚、蜺螈等。那么，動物是怎樣利用地球磁場來導航和定位的呢？由人猜測，動物之所以具有磁場感應的能力，是某些動物的體內具有少量的強磁物質，這種強磁物質可以起到指南針的作用，令動物感覺出磁場的方向。
事實上，許多動物能夠利用地球磁場來導航和定位，并不是其體內具有強磁物質，而是這些動物通過千百萬年的進化，其體內的某些部位對電流的感知能力極其靈敏，當它們在地球磁場中運動時，每當其身體切割地磁磁力線時，就會在其身體內可導電部分的兩端產(chǎn)生動生電動勢U＝BVLsinθ，動生電動勢U的建立必然會在其體內產(chǎn)生一個脈沖電流，而當動物是沿著地磁磁力線方向運動時，其體內的動生電動勢U則會消失，動物由此就可以感知自己的運動方向。
許多動物很早就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并開始運用法拉第電磁感應定律，它們不僅利用法拉第電磁感應定律在自己體內產(chǎn)生的脈沖電流來導航和定位，一些生活在水中的魚類還能夠根據(jù)法拉第電磁感應定律，利用其身體運動切割地磁磁力線時在體內產(chǎn)生的動生電動勢，在自己的身體周圍建立一個電流場，用來作為感知周圍狀態(tài)的一種方式。當身體周圍的電流場內出現(xiàn)其他動物或障礙物時，就會引起電流場中電流分布發(fā)生變化，這種變化可被某些魚類的身體感應到，并可對收到的信息做出相應處理，某些種類的鯊魚甚至能夠通過身體周圍電流場的變化分辨出周圍是否有需要捕食的魚類，并準確地找到其藏身的具體位置。
權利要求
1.地磁磁力線運動速度測量儀，其特征在于包括安裝在非導磁材料制成的儀器座(1)上的環(huán)形電磁線線圈(2)，電磁線線圈(2)的部分環(huán)形外表面設有導磁材料制成的磁屏蔽套(3)，電磁線線圈(2)的兩端通過導線與電壓表(4)相連。
2.按照權利要求1所述的地磁磁力線運動速度測量儀，其特征在于所述環(huán)形電磁線線圈(2)為一個矩形框，矩形框直立地安裝在儀器座(1)上，所述磁屏蔽套(3)套裝在電磁線線圈(2)矩形框的左立柱或右立柱上，所述電壓表(4)固定在儀器座(1)的上端面上。
3.按照權利要求2所述的地磁磁力線運動速度測量儀，其特征在于所述儀器座(1)的上端面安裝有指南針(5)，所述電磁線線圈(2)的下端采用兩個Ω形緊固件(6)固定在儀器座(1)上。
4.按照權利要求1、2或3所述的地磁磁力線運動速度測量儀，其特征在于所述儀器座(1)的上端面安裝有磁場強度測量儀。
5.按照權利要求4所述的地磁磁力線運動速度測量儀，其特征在于所述磁屏蔽套(3)的底端固定在所述儀器座(1)的上端面上。
全文摘要
一種地磁磁力線運動速度測量儀，包括安裝在非導磁材料制成的儀器座上的環(huán)形電磁線線圈，電磁線線圈的部分環(huán)形外表面設有導磁材料制成的磁屏蔽套，電磁線線圈的兩端通過導線與電壓表相連。在使用時可利用電壓表得出地磁磁力線運動磁力線切割電磁線線圈時產(chǎn)生的動生電動勢，根據(jù)式V＝U/NBL，帶入測量地點處地球磁場的磁感應強度B，磁屏蔽套的長度L，電磁線線圈的匝數(shù)N，即可以得出測量地點處地球磁場的磁力線運動速度V，故其具有結構簡單，使用方便，可測量地磁磁力線運動速度的特點。其目的是提供一種結構簡單，使用方便，可測量地磁磁力線運動速度的地磁磁力線運動速度測量儀。
文檔編號G01V1/40GK1438497SQ03102368
公開日2003年8月27日 申請日期2003年2月10日 優(yōu)先權日2003年2月10日
發(fā)明者馬龍 申請人:馬龍