的是穿过整个装置的水平线;而图3C中的Y轮廓线显示的是沿着图3A热成像图左 侧垂直线上的温度。
[0052] 在三次实验的第一次中，完整的热量学数据收集之前，反应装置100就损坏了。包 含反应燃料的刚制内管110过热融化了。然而，图3B和3C中温度的分布，特别是图3C的Y轮廓 图显示了一些有趣的结论。由于图3A热成像图是一张圆柱状反应装置100的二维投影，如果 把Y轮廓图的垂直线(32像素）与装置的直径（11 cm)相关联，就会发现图片中每个像素对 应的装置长度大约为0.34厘米。热成像图显示了一系列的条状，由Y轮廓图中的5个温度下 降确认的深色水平线。这意味着在这个装置的热成像图中，大约每隔6.4像素出现一条深色 线，对应装置的2.2厘米。如图1和图2所描述的，16个电阻线圈120平行于圆筒的轴线设置， 且到圆筒的轴线的距离相等，并延伸贯穿反应装置的整个长度。通过对比深色条纹之间的 距离和电阻线圈之间的距离，可以发现由热成像相机捕捉到的较低温度能够很好地匹配覆 盖有电阻线圈的区域。换句话说，在图表中可以看到的温度下降事实上是电阻线圈的阴影， 由装置内部的热能向外投影，且与电阻线圈自身释放的能量相比具有更高的密度。这是一 个发生在内管110内放热反应的证据。
[0053]反应装置200和第二个实验的结果 一种多层管状反应装置200,如图4中的剖视图概略的表示，用于在这里描述的第二个 三次实验。图4所示的剖视图是在多层管状装置200延伸的中心纵向轴所在平面上。图5所示 的剖视图是在垂直于多层管状装置的中心纵向轴所在平面上。这个实验中的反应装置200 是一种具有一内管210的多层圆柱状装置。内管210具有3毫米厚的圆柱壁212,内管210的直 径为33毫米。内管210的圆柱壁212是由AISI-310钢材构建的。圆锥状的端盖214是由AISI-316钢材经过热棰打形成内管210的密封的纵向末端。端盖依附性的获得是利用AISI-316钢 材比AISI-310钢材的热膨胀系数高。同样内管210包含一个封闭住物质的进入或外出的容 器，包含气态氢和其它液体。这个标志着反应装置200与之前的反应容器的区别在于预装了 压缩气体，例如氢气。
[0054]内管210包含着沿着装置轴向分布的粉末反应燃料216。氮化硅圆柱状陶瓷外壳 222的长度为33厘米，直径为10厘米。由不同陶瓷材料(金刚砂)制成的圆柱状内壳218位于 外壳222内。内壳218内有三个呈三角连接的螺旋状电阻线圈220,电阻线圈平行于装置的中 轴，等距地水平分布。按图6所示，三个电阻线圈220通过电线230独立地与能量源连接，且延 伸到反应装置200外面。电阻线圈220基本上是装置的内部长度。最外层陶瓷外壳222覆盖着 航空工业级别的黑漆，以确保能够承受最多1200°C的高温。
[0055]第二次实验的实验装置300以图表形式呈现在图7中。反应装置200内部的电阻线 圈是由双向可控硅功率调节器设备302周期性地中断每个阶段，为了通过控制波形开调节 功率输入。此过程中，需要合适的激活反应燃料216(图4)，设备没有轴承的功率消耗，在整 个实验中保持恒定。考虑到反应装置100被损坏的第一次实验的结果，反应装置200的功率 输入限定为360W。
[0056] 第二次实验中，在另一个类似装置上进行称重操作。端部密封的内管210内含有效 燃料，与另一个相同的空的和没有端盖的圆筒相比。得到的重量差为0.236公斤。因此这是 分配给内管210内的电荷和两个金属端盖的重量。在实验过程中，反应装置200被放置在一 个金属框架上，并允许自由辐射到周围的空气。被玻璃纤维绝缘材料224隔绝的反应装置 200在两个接触点上浮动。支撑反应装置200的框架有两根支柱226，如图7所示，减少到机械 稳定性所需的最小结构。实验的区域的温度是通过热探头304不断测量，平均为15.7°C (289K)〇
[0057] 用于获得实验数据的仪器，在第二次实验中的整个96小时内一直在工作。红外热 像仪306用于测量反应装置200的表面温度。宽带通的电能质量监测器320测量三个阶段的 电量，用于记录电阻线圈220吸收的功率(图4-5)。
[0058]热成像摄像机306采用30° *23°镜头的欧普士PI 160热像仪，160*120像素的焦平 面非制冷探测器。摄像机的光谱范围为7.5-13μπι，测量精度为2%。热成像摄像机306置于反 应装置下方大约70厘米处，镜头面对装置外部的下半部分。本次实验中的热成像因此都是 从反应装置200下方得到，就是为了上升的对流气流形成的热量转移不损坏热成像摄像机 306。然而，这一选择，对测量有一个负面影响:两个金属支柱的存在，给热成像摄像机306的 静止的图像拍摄引入了一定程度的不确定性，将在下面详细解释。热成像摄像机的捕获率 设置为1Hz，热数据通过一台计算机装置-笔记本电脑310获得。热图像呈现在电脑310的显 示屏312上，开放用于整个实验过程的分析。
[0059]电气测量是通过功率监控器320完成的：一种PCE-830功率谐波分析仪，PCE仪器的 标称精度为1%。该仪器的液晶显示器322上连续监测为电阻线圈提供的瞬时电功率值(有 功、无功和表观），以及以千瓦时表示的能量消耗量。这些参数，后面的一个，消耗的能量，是 感兴趣的测试的目的，它的目的是按小时数来评估由反应装置产生的热能量与电功率的消 耗的比例。功率监控器320直接通过三个钳形电流表326和三个电压测量探头328与反应装 置的电阻线圈电缆230相连（图6)。功率监控器320旁边放置一个计时器，以及放置在三角架 上的一个摄像机330,摄像机330专注于计时器和功率监控。每秒钟一帧，整个二次实验被拍 摄下来，并记录了 96个小时的实验时间。
[0060] 检测可能的放射性排放物所必需的仪器也被放置在反应装置附件。放射性测量， 对反应装置200和实验环境的安全认证是必需的，通过一个有资格的人来完成。一份方法的 放射性报告和这些测量结果准备好了。在实验中，决定用两个不同的广谱和高灵敏度光子 探测器:第一探测器被选的目的是在空间环境周围剂量当量H* (10)任何速率的变化测量， 第二探测器被选的目的是测量和记录CPM(每分钟计数)在一个特定位置的变化率。关于仪 器和环境背景，不管是H*(10)还是CPM的测量都没有显著差异。
[0061] 关于数据分析，在二次实验结束后，对摄像机的记录进行了检查。通过定期阅读 PCE-830的液晶显示屏（功率监控器320)上的图像，它可能记录下来了被电阻线圈吸收 的能量(千瓦时）。随后，反应装置200平均每小时功率消耗为360瓦特。
[0062] 就本发明所披露的装置所产生的能量所作的评价而言，必须考虑两个主要部件， 第一是通过热辐射被辐射的，第二是通过对流分散到环境中的热量。热传导被认为是可以 忽略不计的，由于装置与它的支持物之间的接触面最小(不超过几平方毫米），并在接触点 放置了玻璃纤维绝缘材料。但是这种材料部分遮盖了对热成像摄像机所得到的装置表面的 图像的观看。
[0063] 由辐射排放的能量通过斯蒂芬玻尔兹曼公式计算，它允许评估由一个已知表面温 度的身体辐射的热量。表面温度通过分析热成像摄像机所得到的图像而测量的，把图像分 割成多个区域，并提取相关的每个区域的平均温度值。保守的，测量过程中表面发射率定为 1〇
[0064] 关于在空气中放置的圆柱形物体的能量损耗的计算方法在解决相关热传导问题 的学术论文中出现过很多次。因此，可能估算出在第二次实验过程中反应装置200与周围空 气的热传导的量。反应装置200的热工性能最终根据装置的总能量的辐射与装置的电阻线 圈消耗的能量之间的比值得到。
[0065] 关于被辐射物辐射功率的计算方法，普朗克定律提出了黑体的单色辐射功率与其 绝对温度和波长呈正比例。集成在频率的整个光谱，得到黑体的总辐射功率(每个单元区 域），被称之为斯特凡-玻尔兹曼定律：
其中，〇为斯特凡-玻尔兹曼常数，值为5.67\104[1/11121(4]。
[0066] 在粗糙表面的情况下，必需考虑到辐射率（ε)。辐射率（ε)表示粗糙表面辐射的能 量和在相同温度下通过黑体可能辐射的能量之间的比值。
[0067] 辐射率（ε)的变化范围在0和1之间，1表示的是假设在黑体情况下的值。事实上，它 不能测量用于分析涂层的辐射率，就决定保守假设其值ε = 1，从而考虑反应装置200假设 为一个黑体。然后将这个数值输入热影像软件，即使在已经完成了记录后，使用者也可以在 软件里修改一些参数，例如环境温度和辐射率。然后软件使用新的设置重新计算分配给记 录图像的温度值。因而可确定在从未被高估的表面温度值的基础上，反应装置辐射的热功 率。
[0068] 温度值从未被高估可被一个例子证明，这个例子中分配一个低于1的值作为辐射 率（ε)。反应装置的热影像被分为40个区域。除了其中两个区域，其它所有区域都的辐射率 都设置为I，这两个区域的辐射率一个设置为0.8,一个设置为0.95。红外相机中指定给这两 个区域的温度分别为564.1°C和511.7°C。这些值远远高出那些相邻区域的。由此可见，分配 数值1给每个区域的辐射率，的确是进行保守的测量。如果辐射率较低的值被扩展到各个领 域，这将导致更高的辐射能量密度估计。因此，这些计算，基于辐射率(ε)可以被分配的价值 这一确凿的事实，应避免任意来源的高估，所以各个区域的辐射率(ε)被设置为1。
[0069] 热成像摄像机不直接测量物体的温度:在输入光学的帮助下，物体发出的辐射聚 焦在红外线探测器上，从而产生相应的电信号。然后，数字信号处理将信号转换成正比于对 象温度的输出值。最后，温度结果显示在摄像机的显示器上。该摄像机软件通过一种算法导 出对象的温度，这种算法需要考虑几个参数和矫正因子，例如，用户设置的辐射率和探测器 温度，都被相机本身下部的传感器所自动考虑。
[0070] 另外，每个欧普士相机和光学系统都有由制造商提供的它自己的校准文件。根据 第二次实验中摄像机的布局，热成像摄像机提供的图像只显示了反应装置的下部。用于之 后的计算的相同的温度测量也只适用于反应装置的上半部。对流对对象顶部和底部产生不 同程度的影响。因此，根据第二次实验设置的温度值应该是受对流弥散影响最小的。然而， 这个选择对反应装置的平均表面温度的计算是一个沉重的处罚。事实上，在与安装程序相 关联的热图像中，两个支撑的金属框架的阴影和放置在装置下的绝缘材料都是清晰可见 的。这些影响负面扭曲了表面温度的计算，并妨碍了底层发光表面的完整视图。
[0071] 为了克服这个影响，决定将热成像摄像机的整个图像分割成一个逐渐增大的区 域，从而计算第二次实验中整个持续时间（96小时）的平均温度值。随后，得到的这些值被提 高到四次方，然后平均在一起，获得一个单一值被分配给反应装置。通过这个近