基于气固相体系的充氢（氘）凝聚相异常效应初步探索

摘要

过去的一个世纪里，化石燃料支撑着工业和经济的发展，但化石燃料的有限储量和能源利用率低的现状导致我们不得不进行新能源的开发。1989年Fleischmann和Pons发现了简单条件下钯阴极电解重水的体系中产生300℃高温，超出了化学变化能够带来的能量，这种过量的热生成被称为异常过热现象。这种常规条件下大量产生能量的现象被称为人工可控的冷核聚变，为新能源的开发带来了希望。二十多年来，冷核聚变吸引了许多研究者投身其中，但由于实验条件复杂，结果重复性很低，该过热现象的真实性和可靠性至今仍没有得到可靠的证实。在电解体系中进行过热现象研究，电极和电解液的选用、电化学充氢（氘）率的大小、温度的选择、触发条件的改变等均是影响实验结果的重要因素。为了使问题简化，人们采用气固体系进行了更深入的研究，以寻找验证过热现象的有效、稳定的实验条件。
　　本论文从气固相反应体系入手，利用与钯(Pd)性质近似的同族金属镍(Ni)为凝聚相载体，针对气固相体系重复性差、体系复杂的特点，设计新的反应器控制反应条件并进行不同反应条件下的对比实验，通过调控温度、气氛、气体压力、材料、触发方式等变量对充氢（氘）凝聚相异常过热现象的影响因素进行系统研究。主要研究内容和结论如下:
　　第一章概述充氢（氘）凝聚相异常现象的研究进展，阐明选题的依据和本论文的研究内容。
　　第二章以设计反应器为基础，设计并制作了以泡沫镍和氢气(H2)为体系的第一代镍氢反应器。该反应器采用火花塞放电触发充氢（氘）过程，在控制气体初始温度的条件下，通过对比触发放电时气体温度和加热功率变化等参数来判断是否出现异常发热现象。初步研究发现，在180℃-H2气氛-以泡沫镍为阴极条件下放电后，气体温度升高较N2气氛下高，此种现象证明H2气氛下可能存在滞后发热的现象，并发现F元素的出现，意味着有新元素的出现，有待进一步深入探索。
　　第三章以高压电极放电，采用辉光和弧光两种不同的放电方式，对比了不同气压和气氛下的加热功率、元素等变化。发现在180℃-H2-以泡沫镍为阴极的条件下维持相同温度输入功率较未放电时低;N2气氛对比实验及Cu为阴极的对比实验也出现相同实验结果，但无新的元素产生。
　　第四章在第一代充氢（氘）凝聚相异常现象反应器的基础上，对仪器的温度探测、材料更换和功率测量等方面进行了更为细致的改进，其与大功率量热计联用，实验测量精度得到提高;同时，使用纳米材料及镀钯泡沫镍等材料作为电极，并发展了大量、快速合成镍钯纳米合金材料的制备方法。放电实验中发现输入功率低于输出功率，意味着有额外功率输出，可能存在过热现象;而重复前述放电实验，发现了前述实验中的功率差值误差，排除了异常过热现象的可能性。
　　第五章针对放电过程不易观察和触发能量较低等缺点，开发了可视化反应器和离子流发射触发反应器。可视化反应器能够直观地显示触发过程中的内部情况，利于后续实验的改进;离子流发射触发反应器则能够有效提高氢粒子轰击凝聚相载体材料时的能量，达到其反应能垒。利用该反应器开展了实验并获得初步结果，反应器的改进仍在进行中。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 充氢(氘)凝聚相异常现象概述

1．1．1 充氢(氘)凝聚相异常发热现象对能源发展的意义

1．1．2 充氢(氘)凝聚相异常发热现象发展方向及现状

1．1．3 充氢(氘)凝聚相异常现象存在的研究问题

1．2 充氢(氘)凝聚相异常现象研究体系

1．2．1 充氢(氘)凝聚相异常现象的判断依据

1．2．2 电解体系概述

1．2．3 气固相体系概述

1．2．4 充氢(氘)凝聚相异常现象影响因素概述

1．3 充氢(氘)凝聚相异常现象研究方法

1．3．1 充氢(氘)凝聚相异常现象激发方法简介

1．3．2 充氢(氘)凝聚相异常现象检测手段简介

1．3．3 充氢(氘)凝聚相异常现象理论研究进展

1．4 充氢(氘)凝聚相异常现象与凝聚相载体

1．4．1 充氢(氘)凝聚相异常现象研究对象

1．4．2 金属吸放氢(氘)机理

1．4．3 钯-氢、镍-氢相互作用

1．4．4 纳米材料与充氢(氘)凝聚相异常现象

1．5 本论文的选题依据和研究内容

参考文献

第二章 第一代充氢(氘)凝聚相异常现象研究反应器与火花塞触发

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 第一代实验反应器设计及制作

2．2．3 实验步骤

2．2．4 仪器表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 氢气和镍反应的初步条件探索

2．3．2 不同温度对异常发热现象的影响

2．3．3 不同气氛对异常发热现象的影响

2．3．4 反应前后泡沫镍成分变化

2．4 本章小结

参考文献

第三章 第一代充氢(氘)凝聚相异常现象研究反应器与高压电极触发

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验步骤

3．2．3 仪器表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 低压下高压电极触发的异常现象

3．3．2 高压条件下高压电极触发的异常现象

3．3．3 不同气氛对异常发热现象的影响

3．3．4 不同材料对异常发热现象的影响

3．4 第一代镍氢反应器存在的问题

3．5 本章小结

参考文献

第四章 第二代充氢(氘)凝聚相异常现象研究反应器并与量热计联用

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂

4．2．2 第二代实验反应器设计与制作

4．2．3 实验步骤

4．2．4 仪器表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 第二代反应器使用初步探索

4．3．2 纳米合金材料使用及异常发热现象

4．3．3 与量热计连用提高测量精度的初步探索

4．3．4 纳米合金材料使用对于异常发热现象的影响

4．4 本章小结

参考文献

第五章 可视化反应器及离子流发射触发反应器的研制

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 实验试剂

5．2．2 实验仪器设计及制作

5．2．3 实验表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 可视化反应器的初步实验探索及存在的问题

5．3．2 离子流发射触发反应器提高反应能量的初步试验探索

5．4 本章小结

参考文献

硕士期间取得的研究成果

致谢