H(D)/Pd(Li-Pd)气-固系统经触发引起异常发热现象的实验及理论研究

摘要

人类目前面临的能源和环境问题呼唤一种安全、清洁、无限的新能源出现，核聚变能对解决日益凸显的能源和环境问题具有十分重要的意义。实现热核聚变能的受控释放，就目前的技术而言还需要很长的时间和进行各种可能的研究和探索，凝聚态核科学中含H(D)固体经触发引起异常发热现象的研究是所有这些探索中的一种。H(D)/Pd(Li-Pd)气-固系统（干法）经触发引起的异常发热是凝聚态核科学中经典的研究内容之一。干法系统以其灵敏度高、热容小、探测过热的本领强；安全性好、无氢（氘）-氧复合问题；实验温度范围宽、不受电解液沸点限制；成本低廉、实验过程中无气体逸出等优点逐渐取代传统的电解法（湿法）成为凝聚态核科学的主要研究系统。
　　本研究采用干法技术，结合国际上最新的气-固过热触发的研究结果（Rossi实验），设计制造了H/Pd及D/Pd(Li-Pd)气-固两套实验系统，通过大量实验研究探讨金属钯吸收一定的H(D)后经触发引起的放热过程。系统地研究了当H(D)原子进入到钯金属晶格中后，在电流、温度和压力触发条件下获得的多余能量能否可以高于相同触发条件下引起的化学热，以及触发后的金属表面是否有新元素的生成，并给出初步的理论分析。实验结果表明，在H/Pd系统中，当PH2=9×104Pa、充氢率x=0.14时，在6.25小时中出现过一次7.4×104J的过热，相当于每个钯原子放热7.0×105 eV。在D/Pd系统中，当PD2=9×104Pa，充氘率=0.04时，产生的过热功率为265.37W，在83.28小时中产生了795.8kJ的过热，平均到每个钯原子为1.8×104eV。在D/Li-Pd系统中，当PD2=9×104Pa，充氘率=0.30时，产生了过热功率为108.14W，在2.1小时里放出742.22kJ的过热，平均到每个钯原子为1.68×104eV。对触发前后的样品进行SEM和EDS分析结果表明，经触发出现过热样品表面出现了原始样品中不曾发现的新元素（如 Ag、Na、Ca、Si和Au等）。在核素分析中根据样品表面生成新元素的现象推断，在过热触发过程中，系统产生的过热可能是由于系统内部发生的“核嬗变”过程所致，如在钯样品表面所测到的银元素可能是氘原子核进入钯原子核内部所致。对Li-Pd钯丝进行的ICP-MS分析表明，Li-7/Li-6在反应前后没有出现明显的同位素丰度比变化，在实验全程没有高于本底的电磁辐射出现。最后较为初步地讨论了凝聚态环境是否可以对促进异常发热现象（类核反应）的发生有所帮助的可能性，以及如何构建和表征触发充氘的凝聚相结构提供了实验依据，并提出可能的反应机理。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1核裂变能和核聚变能

1.2凝聚态核科学概述

1.2.1凝聚态核科学的典型实验

1.2.2核产物的寻找（氚，中子和氦-4）

1.2.3 凝聚态核科学的国内外新进展

1.2.4 凝聚态核科学理论

1.3本实验的工作意义和工作内容

第二章 实验设计及过热测量依据

2.1实验材料

2.2实验装置

2.3研究方法选择

2.3.1电流触发实验方案

2.3.2压力触发实验方案

2.4量热法

第三章 H (D)/Pd(Li-Pd)气-固系统的过热触发实验

3.1 H/Pd气-固系统电流、压力触发实验

3.2 D/Pd气-固系统温度、压力、电流触发实验

3.2.1 D/Pd气-固系统钯丝电阻随温度变化关系

3.2.2 D/Pd气-固系统热平衡常数k的确定

3.2.3 D/Pd气-固系统充氘实验

3.2.4 D/Pd气-固系统电流逐渐增加钯丝实验

3.2.5 D/Pd气-固系统加热钯丝电流触发和实验钯丝温度触发实验

3.2.6 D/Pd气-固系统加热钯丝和实验钯丝压力触发实验

3.3 D/Li-Pd气-固系统温度、压力、电流触发实验

3.3.1 Li-Pd充氘实验

3.3.2D/Li-Pd气-固系统加热钯丝电流触发和实验钯丝温度触发实验

3.3.3 D/Li-Pd气-固系统加热钯丝和实验钯丝压力触发实验

第四章 实验结果分析

4.1 H/Pd气-固系统实验结果分析

4.1.1充氢（氘）实验结果分析

4.1.2 H/Pd气-固系统触发实验结果分析

4.2 D/Pd气-固系统电流和压力触发实验结果分析

4.2.1 D/Pd气-固系统充氘实验

4.2.2 D/Pd气-固系统加热钯丝电流触发和实验钯丝温度触发实验分析

4.2.3 D/Pd气-固系统加热钯丝和实验钯丝压力触发实验分析

4.3 D/Li-Pd气-固系统电流压力触发实验结果分析

4.3.1 D/Li-Pd气-固系统加热钯丝电流触发和实验钯丝温度触发实验分析

4.3.2 D/Li-Pd气-固系统加热钯丝和实验钯丝压力触发实验分析

4.4理论分析

第五章 结论和展望

致谢

参考文献

在学期间发表的学术论文与研究成果