Способ измерения энергии квантовой нелокальности частиц, совершающих инфинитное движение



 

G01H1/10 - Измерение механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний (генерирование механических колебаний без измерений B06B,G10K; определение местоположения, направления или измерение скорости объекта G01C,G01S; измерение медленно меняющегося давления жидкости G01L 7/00; измерение дисбаланса G01M 1/14; определение свойств материалов с помощью звуковых или ультразвуковых колебаний, пропускаемых через эти материалы G01N; системы с использованием отражения или переизлучения акустических волн, например формирование акустических изображений G01S 15/00; сейсмология, сейсмическая разведка, акустическая разведка G01V 1/00; акустооптические устройства как таковые G02F; получение

Владельцы патента RU 2444711:

Неволин Владимир Кириллович (RU)

Изобретение относится к способу измерения энергии квантовой нелокальности частиц, совершающих инфинитное движение. Способ включает в себя как минимум два измерения энергии частиц разными методами - измеряют полную энергию частиц и кинетическую энергию частиц. Разница между полной энергией частиц и их кинетической энергией и есть энергия квантовой нелокальности движения, причем во всех случаях считают поток числа частиц в единицу времени, участвующих в измерениях. Полную энергию квантовых частиц измеряют методом калориметрии. Кинетическую энергию заряженных частиц измеряют методом масс-спектрометрии. Кинетическую энергию незаряженных частиц измеряют методом отдачи импульса от мишени, расположенной на крутильных весах. Использование энергии квантовой нелокальности частиц, совершающих инфинитное движение, только в устройствах для поглощения тепла позволяет создать холодильные элементы с высокой эффективностью. 6 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к способам измерения энергии квантовой нелокальности частиц, совершающих инфинитное (неограниченное хотя бы в одном направлении) движение. Ранее этот вид энергии не был известен, однако использование этой энергии только в устройствах для поглощения тепла позволяет создать холодильные элементы с эффективностью до 60% [1]. В связи с этим является весьма актуальным измерение энергии квантовой нелокальности частиц, совершающих инфинитное движение.

Для измерения энергии квантовой нелокальности частиц, совершающих инфинитное движение (это могут быть электроны, протоны, нейтроны, альфа-частицы и другие квантовые частицы), используются в каждом конкретном случае хорошо известные методы измерения энергии квантовых частиц, например масс-спектрометрия [2], калориметрия [3] и др. Эти методы измерений являются прототипами предлагаемого способа измерений.

Недостатками известных прототипов методов измерения энергии квантовых частиц, совершающих инфинитное движение, является то, что если методы, позволяют измерять одну и ту же же энергию с погрешностью, свойственной каждому методу (из них выбирается тот, который подходит), то и нет принципиальной необходимости измерять ее как минимум двумя различными методами. Такой подход неприемлем для измерения энергии инфинитного движения квантовых частиц, поскольку полная энергия частиц состоит из двух разных видов энергии: классического поступательного движения частиц с некоторым средним значением импульса и чисто квантовой энергии движения. Если бы такие измерения проведены были ранее, а именно была измерена энергия частиц, совершающих инфинитное движение в свободном пространстве, например методом калориметрии, и измерена энергия тех же частиц, например методом масс-спектрометрии, то разница этих энергий позволила бы ранее открыть и измерить энергию квантовой нелокальности движения. Полная энергия квантовых частиц, двигающихся в стационарном внешнем поле, является инвариантом движения и имеет вид [4, 5]:

где Ek - средняя кинетическая энергия частицы, U - потенциальная энергия внешнего поля, Δε- средняя энергия квантовой нелокальности частиц, - пространственные координаты. В свободном пространстве и величины Ek и Δε остаются постоянными.

Цель изобретения - измерение энергии квантовой нелокальности частиц Δε, совершающих инфинитное движение.

При измерениях Δε во внешнем поле нужно дополнительно знать его величину и пространственное распределение. В связи с этим такие измерения наиболее удобно проводить в свободном пространстве, когда потенциальная энергия равна нулю. Это достигается тем, что для каждого рода частиц измеряется их полная энергия путем полного торможения в среде с заданными свойствами и измерения калорического эффекта выделения тепла, например, с помощью микротермопар. Далее измеряется кинетическая энергия этих частиц. Если они несут заряд и известна их масса, то измерения проводятся методом масс-спектрометрии (в поперечном магнитном поле измеряется радиус кривизны траектории частиц), если частицы не заряжены, то измеряется импульс отдачи упругого рассеяния на мишени из соответствующего материала, расположенной на крутильных весах [6]. Во всех случаях должен быть счетчик потока числа частиц в единицу времени, подлежащих измерению. Если частицы заряжены, то измеряется величина их тока, если токи очень малы, то используют, например, гальванометр. Если у частиц отсутствует заряд, например у нейтронов, то поток частиц измеряется радиометрами.

Первый известный вариант рассмотрения способа на примере туннелирования электронов [4]

При туннелировании электронов из катода через треугольный барьер при автоэлектронной эмиссии электроны уносят из катода энергию Ферми - энергию квантовой нелокальности движения, добирают кинетическую энергию во внешнем поле между электродами и доставляют ее на анод. Если энергия Ферми электронов в катоде превышает энергию Ферми в аноде, то возможны дополнительное тепловыделение по сравнению с классическим в аноде и недогрев анода при обратном соотношении энергий Ферми [1]. Это аналог эффекта Пельтье, но только с одним принципиальным отличием: туннелирующие электроны уносят из катода энергию Ферми и переносят ее в пространстве между электродами. Ранее этот эффект не наблюдался в силу специфики прежних экспериментов, проводимых при больших значения межэлектродных напряжений, когда эффект исчезающее мал (см. ниже формулу (2)).

Относительное тепловыделение в аноде в зависимости от приложенного напряжения будет изменяться по закону:

где Q=IU, U - приложенное напряжение, I - ток в цепи, - энергии Ферми катода и анода. Из формулы (1) следует, что возможны перегрев или недогрев анода в зависимости от соотношения энергий Ферми электродов, и только в частном случае одинаковых электродов тепловыделение будет классическим. В общем случае в формуле (1) две неизвестных величины и для измерения одной из них нужен электрод сравнения, например анод. Если материалы электродов одинаковы, то по тепловому эффекту можно определить кинетическую энергию электронов, приходящих на анод, с учетом начальных тепловых скоростей [5]. Поскольку энергия Ферми электродов может быть измерена и другими методами [7], то рассматриваемый пример выполнения может толковаться как еще один способ измерения энергии Ферми. Для обозначения режима автоэлектронной эмиссии (треугольный барьер) приложенное напряжение U должно превышать наибольшую из работ выхода электрона катода и анода eU>mаx(еφ1,еφ2). Однако приложенное напряжение не должно быть слишком большим, иначе эффект будет исчезающее малым.

Второй вариант рассмотрения способа на примере альфа-распада

При альфа-распаде заряженные частицы помимо кинетической энергии должны уносить энергию квантовой нелокальности движения, которую можно измерить как разность между полной энергией частиц, термолизуемых в среде с заданными свойствами, и кинетической энергией налетающих частиц. Наличие заряда позволяет измерить величину тока и кинетическую энергию частиц в поперечном магнитном поле с помощью масс-спектрометрии. Таким образом, для альфа-источников, если известна кинетическая энергия вылетающих частиц и измерено тепловыделение в среде с заданными свойствами, то тепла должно выделяться несколько больше за счет дополнительной термолизации энергии квантовой нелокальности движения. Действительно, такой эффект имеет место [8], однако прямых измерений его не проведено. Кинетическая энергия альфа-частиц измеряется в масс-спектрометрах с высокой точностью и для доказательства их туннельного происхождения были проведены сравнения с теоретическими формулами туннелирования. Оказалось, что имеет место дефицит кинетической энергии на величину Δε для получения согласия с теорией. По существу для Δε была придумана эмпирическая формула [8]:

где Z - число зарядов дочернего ядра. Например, при α-распаде 210Po (Z=84-2) с кинетической энергией частиц 5,3 МэВ эмпирическая поправка к Еk для этого случая составляет 131,6 кэВ. Относительный «избыточный» нагрев мишени должен составлять 3,3%, что измеримо современными приборами. Естественная энергетическая ширина линии излучения альфа-частиц, измеряемая в масс-спектрометре, составляет несколько милливольт.

Калориметрический метод измерения является менее точным по сравнению с масс-спектрометрией.

Для того чтобы повысить точность измерения энергии квантовой нелокальности движения, предлагается дифференциальный метод измерения полной энергии частиц. На пути альфа-частиц на некотором протяжении включают электрическое постоянное поле с заданной разностью потенциалов, например тормозящей. Тогда выражение для полной энергии частицы в соответствии с формулой (1) будет:

где q - заряд частицы, V- разность потенциалов, которую проходит частица, Еk - кинетическая энергия частицы. Далее проводят измерение энергии частиц калориметрическим методом. Изменяют знак электрического поля, тогда выражение для полной энергии частицы будет иметь вид:

и проводят далее измерение полной энергии частицы калориметрическим методом. Тогда разность двух измерений должна равняться:

При некотором уменьшении приложенного напряжения эта разность не будет различаться. Величина такого напряжения и будет характеризовать погрешность метода. Полусумма измеренных значений по формулам (5) и (6) будет давать величину полной энергии для определения в последующем энергии квантовой нелокальности движения частиц.

При конструировании и эксплуатации прецизионных альфа-источников тепла необходимо учитывать эффект, связанный с тем, что при альфа-распаде выделяется тепловой энергии несколько больше, чем можно ожидать, если исходить из экспериментально измеренной с помощью масс-спектрометров кинетической энергии частиц (как правило, с большой точностью).

Энергия квантовой нелокальности движения частиц, совершающих инфинитное движение, как упоминалось выше, может быть использована при создании устройств [1], изготовленных с применением нанотехнологий с эффективными холодильными элементами, экономящими электрическую энергию, которые востребованы в каждой квартире и не только.

Список использованных источников

1. Неволин В.К. Устройство для выделения или поглощения тепла. Заявка на патент РФ №2008126736 от 28.08.2008 г.

2. Сысоев А.А., Чупахин М.С. Введение в масс-спектрометрию. М., 1963.

3. Кальве Э., Прат А. Микрокалориметрия. Пер. с франц. М., 1963.

4. Неволин В.К. Тепловой эффект на аноде при автоэлектронной эмиссии. Письма в ЖТФ. 2006. Т.32. В.23. С.66-72.

5. Неволин В.К. Зондовые нанотехнологии в электронике. Изд. 2-е. М.: Техносфера. 2006. - 160 с.

6. Шокин П.Ф. Гравиметрия. М., 1960.

7. Каганов М.И., Филатов А.П. Поверхность Ферми. М., 1969.

8. Давыдов А.С. Теория атомного ядра. М.: ФМЛ. 1958. С.130.

1. Способ измерения энергии квантовой нелокальности частиц, совершающих инфинитное движение, отличающийся тем, что проводят как минимум два измерения энергии частиц разными методами - измеряют полную энергию частиц и кинетическую энергию частиц, при этом разница между полной энергией частиц и их кинетической энергией и есть энергия квантовой нелокальности движения, причем во всех случаях считают поток числа частиц в единицу времени, участвующих в измерениях.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для электронов, извлекаемых из проводящих тел методом автоэлектронной эмиссии, кинетическую энергию определяют по приложенному напряжению между катодом и анодом.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полную энергию квантовых частиц измеряют методом калориметрии.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что кинетическую энергию заряженных частиц измеряют методом масс-спектрометрии.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что кинетическую энергию незаряженных частиц измеряют методом отдачи импульса от мишени, расположенной на крутильных весах.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что для повышения точности измерений калориметрическим методом на пути движения заряженных частиц включают на некотором протяжении тормозящее, затем ускоряющее электрическое поле и последовательно проводят измерения полной энергии частиц.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что при движении во внешних полях измеряют полную энергию частиц, кинетическую энергию частиц и энергию внешнего потенциального поля, которую проходят частицы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к механической обработке, а именно к устройствам тестирования обкаточных инструментов станка, предназначенного для обкатывания по меньшей мере одной цилиндрической шейки коленчатого вала и содержащего по меньшей мере один ролик, предназначенный для качения в обкатываемой зоне цилиндрической шейки, а также прижимной диск, выполненный с возможностью надавливания на указанный ролик, и два опорных диска, поддерживающих цилиндрическую шейку противоположно ролику.

Изобретение относится к определению уровня кокса или побочных продуктов коксования в барабане установки для коксования, а также к бесконтактным системам распознавания сигнатуры, в которых используются акселерометры и математические алгоритмы определения сигнатур.

Изобретение относится к области медицины, а именно к способу измерения артериального давления и устройству для его осуществления. .

Изобретение относится к способу и устройству для выявления места импульсного механического воздействия на элемент оборудования. .
Изобретение относится к средствам контроля и диагностики промышленного оборудования, преимущественно используемого при работе магистральных газопроводов. .

Изобретение относится к датчикам механических колебаний, в частности к датчикам вибраций или датчикам ускорений. .

Изобретение относится к устройствам контроля вибрации конструктивных элементов, находящихся под высоким напряжением, например выводов обмоток генераторов мощных гидроагрегатов.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. .

Изобретение относится к способу и устройству для обнаружения механических воздействий импульсного типа на компонент установки. .
Изобретение относится к передатчикам параметра процесса, преимущественно, чтобы управлять или наблюдать за производственными процессами

Изобретение относится к атомной и полупроводниковой технике, в частности к изготовлению маломощных источников электроэнергии с использованием радиоактивных изотопов и полупроводниковых преобразователей

Изобретение относится к виброизмерительной технике

Изобретение относится к способу и устройству для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров

Изобретение относится к области измерений и может быть использовано для определения положения центра масс статически неопределимых многоопорных объектов энерго-, тяжелого и транспортного машиностроения, например крупногабаритных энергоблоков атомных электростанций. Заявленный способ заключается в многократном взвешивании объекта в различных пространственных положениях (в горизонтальном и в наклоненном состояниях). Начальное пространственное положение объекта принимают за горизонтальное, для него определяют суммарный вес объекта и координаты точки центра масс в горизонтальной плоскости. Для определения веса объекта суммируют значения реакций в опорах, определенных по силовым характеристикам, а координаты точки центра масс в горизонтальной плоскости получают из уравнений механики. Для определения высоты положения точки центра масс объект наклоняют только по длинной стороне (по углу крена), пошагово определяя реакции в опорах, а также усилие, развиваемое в устройствах подъема (например, в гидродомкратах). Реакции в опорах определяются на основании замеров их деформаций по силовым характеристикам, а усилия в домкратах - по давлению подаваемой в них жидкости. Подъем выполняется до момента, пока сумма реакций в опорах, расположенных в поднимаемой стороне, и усилия в домкратах не станут уменьшаться в сравнении с предыдущим шагом, а сумма реакций опор по противоположной стороне не начнет, соответственно, стабильно расти. Данным на этом шаге подъема (поворота по крену) используются для расчета по уравнениям моментов высоты положения центра масс объекта. Технический результат заключается в возможности проведения измерений в случаях отсутствия средств прямого взвешивания объектов, в режиме эксплуатации, и условиях ограниченного пространства, с обеспечением точности измерений протяженных объектов переменной жесткости. 3 ил.

Использование: для контроля добротности пьезорезонагоров. Сущность: возбуждают колебания пьезорезонатора в области резонанса путем воздействия на него электрическим синусоидальным напряжением с переменной частотой, одновременно выделяют активную составляющую проводимости и выполняют ее дифференцирование, на частотной характеристике производной от активной составляющей проводимости измеряют значение производной на частоте максимума, измеряют частоту максимума производной от активной составляющей проводимости и значение активной составляющей проводимости на частоте максимума производной, после чего вычисляют величину добротности в соответствии с определенным математическим выражением. Технический результат: повышение производительности контроля пьезорезонаторов и обеспечение контроля добротности пьезорезонаторов посредством устройства без элементов памяти. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение касается устройства для измерения вибраций подшипников для турбомашины и турбомашины, которая снабжена устройством для измерения вибрации подшипников. Заявленная группа устройств содержит устройство для измерения вибраций подшипников для турбомашины (1), в котором с помощью по меньшей мере одной распорки (4) концентрически удерживаются друг относительно друга на расстоянии наружный корпус (3) и внутренний корпус (2), в котором расположен корпус (6) подшипника, который доступен со стороны наружного корпуса (3) через проходящее радиально сквозное отверстие (7) в распорке (4), при этом устройство снабжено стержнем (8), у которого имеется внутренний продольный конец (9) и отвернутый от внутреннего продольного конца (9) наружный продольный конец (10), помещенным в сквозное отверстие (7) и внутренним продольным концом (9) прикрепленным к корпусу (6) подшипника, а также на наружном продольном конце (10) по меньшей мере одним сенсором (13) вибраций, а также турбомашину со встроенным вышеуказанным устройством для измерения вибраций подшипников. Технический результат, достигаемый от реализации заявленной группы изобретений, заключается в упрощении конструкции при одновременном повышении надежности. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к способам, предназначенным для контроля и фиксации параметров колебаний. Техническим результатом заявленного изобретения является возможность контроля и записи на запоминающее устройство параметров колебаний во всех координатах. Технический результат достигается благодаря тому, что в способе контроля состояния грузов при перевозках в трехкоординатном датчике колебаний устанавливают запоминающий элемент с логической микросхемой, затем считывают с него параметры колебаний груза при транспортировке, характеризующиеся силой тока, фиксируют их и судят по ним о состоянии груза. 1 ил.

Изобретение относится к вращающимся механизмам, а более конкретно к установкам для мониторинга вибраций обмотки статора. Установка для мониторинга вибрации обмотки статора вращающегося электрического механизма (100) содержит по меньшей мере один датчик (102), содержащий по меньшей мере одну токопроводящую сенсорную антенну (122), нанесенную на лицевую сторону по меньшей мере одного слоя подложки печатной платы и обращенную к обмотке статора, а также непроводящий экран (126), установленный на обратной стороне указанной подложки (124) и обращенный в сторону от обмотки статора. Установка (100) содержит по меньшей мере один источник переменного тока, соединенный с датчиком и обеспечивающий подачу тока к указанной по меньшей мере одной токопроводящей сенсорной антенне (122). К датчику подключен блок (130) обработки сигналов, измеряющий нагрузку на сенсорной антенне (122) и передающий данные по вибрации к контроллеру (132) в ответ на указанную нагрузку. Техническим результатом является обнаружение и динамический контроль вибраций в процессе эксплуатации механизма. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх