专利名称：地磁磁力线运动速度测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可测量地磁磁力线运动速度的地磁磁力线运动速度测量仪。
背景技术：
地球的南、北磁极并不与地球的自转轴相互重叠，表明地球内部激发地球磁场的磁源的运动与地球的自转并不一致，但由于激发地球磁场的磁源位于地球内部几千公里深的地核与地幔交界处附近，人们对于激发地球磁场物质的运动无法直接进行观测，只能通过测量地球表面地磁磁力线的运动速度，来推测位于地球内部几千公里深处激发地球磁场物质的运动状态，因此，如果能够在全球的不同地点测量到地磁磁力线的运动速度，将有助于加深人类对地球内部激发地球磁场的磁源的运动状态的认识。此外，许多动物能够利用地球磁场来导航和定位，这些动物有可能是通过其体内的某些部位对电流的感知能力极其灵敏的特点，当它们在地球磁场中运动时，每当其身体切割地磁磁力线时，就会在其身体内可导电部分的两端产生动生电动势，动生电动势的建立必然会在其体内产生一个脉冲电流，而当动物是沿着地磁磁力线方向运动时，体内的动生电动势U则会消失，动物由此就可以感知自己的运动方向。若能测量到地磁磁力线的运动速度，就可以更准确地分析出动物身体内可导电部分两端产生动生电动势U的量值大小，并加深对动物利用地球磁场来导航和定位现象的认识和理解。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，使用方便，可测量地磁磁力线运动速度的地磁磁力线运动速度测量仪。
为实现上述目的，本发明提供了一种地磁磁力线运动速度测量仪，包括安装在非导磁材料制成的仪器座上的环形电磁线线圈，电磁线线圈的部分环形外表面设有导磁材料制成的磁屏蔽套，电磁线线圈的两端通过导线与电压表相连。
本发明的地磁磁力线运动速度测量仪，其中所述环形电磁线线圈为一个矩形框，矩形框直立地安装在仪器座上，所述磁屏蔽套套装在电磁线线圈矩形框的左立柱或右立柱上，所述电压表固定在仪器座的上端面上。
本发明的地磁磁力线运动速度测量仪，其中所述仪器座的上端面安装有指南针，所述电磁线线圈的下端采用两个Ω形紧固件固定在仪器座上。
本发明的地磁磁力线运动速度测量仪，其中所述仪器座的上端面安装有磁场强度测量仪。
本发明的地磁磁力线运动速度测量仪，其中所述磁屏蔽套的底端固定在所述仪器座的上端面上。
本发明的地磁磁力线运动速度测量仪，可利用电压表得出地磁磁力线运动磁力线切割电磁线线圈时产生的动生电动势，根据式V＝U/NBL，带入测量地点处地球磁场的磁感应强度B，磁屏蔽套的长度L，电磁线线圈的匝数N，即可以得出测量地点处地球磁场的磁力线运动速度V，故本发明的地磁磁力线运动速度测量仪具有结构简单，使用方便，可测量地磁磁力线运动速度的特点。
下面结合附图对本发明的地磁磁力线运动速度测量仪的具体实施方式
作进一步详细说明。
图1是本发明的地磁磁力线运动速度测量仪的结构示意图的主视剖面图；图2是图1的侧视图；图3是图1的俯视图。
具体实施例方式
如图1、图2和图3所示，本发明的地磁磁力线运动速度测量仪，包括安装在非导磁材料制成的仪器座1上的环形电磁线线圈2，电磁线线圈2的部分环形外表面设有导磁材料制成的磁屏蔽套3，磁屏蔽套3的底端固定在仪器座1的上端面上。电磁线线圈2的两端通过导线与电压表4相连。
环形的电磁线线圈2为一个矩形框，矩形框直立地安装在仪器座1上，磁屏蔽套3套装在电磁线线圈2矩形框的左立柱或右立柱上，电压表4固定在仪器座1的上端面上。
仪器座1的上端面安装有指南针5，电磁线线圈2采用两个Ω形紧固件6固定在仪器座1上。
仪器座1的上端面安装有磁场强度测量仪(图中未画出)。
当磁力线作切割导体的运动时，可在电磁线线圈2内产生动生电动势U，在通常情况下，放置在地球磁场中的导体受到地磁磁力线的切割作用时，由于没有在地球磁场外设立一个导电回路，被磁场分离的电荷始终会受到洛仑兹力的作用，故不会在导体上正、负电极之间产生电流。本发明的地磁磁力线运动速度测量仪由于在电磁线线圈2上套装有磁屏蔽套3，使该段电磁线线圈2不受地磁磁力线的切割作用，相当于在地球磁场外设立了一个导通电磁线线圈2上被磁场分离的电荷的导电回路，当处于地球磁场中的电磁线线圈2上没有套装磁屏蔽套3的部位受到运动的地磁磁力线的切割作用时，就会在电磁线线圈2中产生动生电动势U和电流。根据法拉第电磁感应定律，地磁磁力线切割电磁线线圈2产生的动生电动势U＝NBVLsinθ，由此可以计算出地磁磁力线的运动速度为V＝U/NBLsinθ (1)式中U为电压，B为测量地点处地球磁场的磁感应强度，L为磁屏蔽套3的长度，N为电磁线线圈2的匝数，V为测量地点处地球磁场的磁力线运动速度，θ为磁屏蔽套3的中轴线与地球磁场磁力线之间的夹角。
根据测量得到的磁力线运动速度，再计算出测量地点与地磁轴之间的垂直距离R，将其带入角速度运算公式ω＝V/R(2)就可以得出地球磁场磁力线环绕地磁轴运动的角速度ω的量值。如果地球磁场磁力线运动的角速度ω是一个常量，则可以根据地球磁场磁力线环绕地磁轴运动的角速度ω，计算出世界上任何一个地点处地球磁场的磁力线运动速度。
本发明的地磁磁力线运动速度测量仪在使用时，可利用电压表4得出地磁磁力线运动磁力线切割电磁线线圈2时产生的动生电动势U，再根据式(1)带入测量地点处地球磁场的磁感应强度B，磁屏蔽套3的长度L，电磁线线圈2的匝数N，即可以得出测量地点处地球磁场的磁力线运动速度V。
对地球磁场起源的探索，早在公元1600年前后就已经开始了，其主要假说有永磁体说、电流说、压电效应说、发电机理论等，其中永磁体说被铁、钴、镍的居里点实验否定，电流说由于电阻问题而被人们放弃，压电效应说由于其实验值都是在常温下获得的，据此推出的磁场强度微不足道而被人们抛弃，发电机理论由于不能说明南、北磁极翻转而受到质疑。那么，地球的磁场是如何产生的呢？只有存在运动电荷或电流才能产生磁场，因此，地球磁场应该与地球内部的带电结构有关。但是，地球磁场的南北磁极还存在着一种小范围的低速运动，这种运动表明地球磁场不仅仅是地球内部的带电部分作旋转运动产生的，在地球内部还应该存在着一个相对稳定的内部电流。但地球内部为什么会长期稳定地带电、并存在一个相对稳定的内部电流呢？据分析，地球内部地核的半径约为3500公里，温度在5540℃左右，压力大约为350力个大气压。在通常情况下，构成宏观物体的每个原子所带的正电量和负电量是等值的，这样，经中和后的宏观物体就不带电了。但由于地核及地幔下部物质受到的压力作用较大，温度也较高，一个在常温低压状态下被公认的常识，宏观物体不能自发地稳定带电的观点将不再成立。即在天体内部的高压状态下，物质都是带电量不等的离子体，高温等离子体、低温等离子体的电量“相等”是不可能的。
磁流体发电的实验表明，在上千度以上的温度状态下，物质中少量原子中的电子可以克服原子核引力的束缚而变成自由电子，同时原子则因失去电子变成带正电的离子，这种状态称之为低温等离子状态。地核的温度在5540℃左右，如此高的温度势必会使地核中少量原子中的电子克服原子核引力的束缚，变成自由电子，同时原子失去电子变成带距电的离子，在压力不是很高的状态下，失去电子的原子及克服原子核引力束缚的自由电子通常以等离子状态存在，热运动及原子核的静电引力作用使自由电子不能长期与失去电子的原子脱离开来。但是，当物质是在超高压作用下以密度极大的状态存在时，克服原子核引力束缚的电子，将在巨大挤压力的作用下，飘浮到地核与地幔的交界处，造成克服原子核引力束缚的自由电子与失去电子的原子长期脱离开来，笔者将这种现象称之为热压电效应。由于地核内部的原子总量非常巨大，可以产生大量的被分离电荷。
原子最外层电子的分布几率，会受到邻近原子中电子的静电排斥作用，由于地核中物质所受压力作用较高，物质密度较大，受到邻近原子中电子的静电排斥作用也相应较强，原子的最外层电子会部分地失去围绕原子核运动的空间，使原子最外层电子的分布向原子外扩张。与常压状态下金属中可自由运动的自由电子不同，在超高压压力作用下失去围绕原子核运动空间的电子，也不能在地核中其它邻近原子之间自由运动。由于整个地核的压力都较高，因此，地核中少量原子最外层电子的分布几率将一直延伸到压力较低的地核与地幔交界处甚至地幔中上部。地核中部分以自由电子状态存在的电子在压力作用下，朝压力较低的地核与地幔交界面附近甚至地幔中上部分布，使宏观的地核处于带正电状态，地核与地幔的交界面附近以及地幔中上部处于带负电状态，即发生热压电效应。
原子的基态通常处于较深的负能级状态，较弱的压力作用不能将其激发或电离，但较强的压力作用会以一种令原子最外层电子运动空间减少的形式，改变原子最外层电子的分布几率。由于更低的能态已经被其它电子占据，地核中被激发或电离的电子将在“浮力”的作用下朝外扩张，并在“浮力”作用与地核中所有失去电子的原子的库仑作用相平衡的位置，也即在地核与地幔的交界面附近，形成一个覆盖地核的电子壳层。将地核与电子壳层视为一个巨大的“原子”，地球磁场的产生就与这个巨大“原子”的存在有关。
天体内部的热压电效应主要是将与原子分离的电子挤压出天体内部的高压区，如果电子没有与原子分离，则很难被大量地挤压出天体内部的高压区。
必须强调，由于电子具有波动性，每个飘浮到地核外部的电子的分布位置并不是固定不变的，而是有一定的范围，其飘浮的范围甚至有可能一直延伸到地球表面上来，也就是说，地球的表面有可能带有负电荷，在我们的周围也应该存在一个可以测量到的电势梯度。
美国的科学家通过实验观察发现，地核的自转与地壳和地幔并不同步。地核与地幔之间接触面积非常巨大，按照“常识”，充满液态岩浆的地核与地幔之间接触面上产生的摩擦力应非常巨大，足以使质量巨大的地核与地幔之间的相对运动在几年或几十年的“瞬间”趋于同步，但地核的旋转运动竟然能在上亿年的时间里与地幔不同步，这是为什么呢？众所周知，当原子相互作用形成离子或分子时，有获得特殊稳定构型的倾向，其中最重要的是惰性气体结构。在通常情况下，非惰性气体结构的元素只能以原子结合成分子来形成惰性气体结构，但在大量电子以自由状态存在的覆盖地核的电子壳层中，原子会趋于直接与电子结合成具有惰性气体结构的带电粒子，以使系统处于相对较低能量状态。原子直接与以自由状态存在的电子结合成具有惰性气体结构的带电粒子，造成电子壳层中大量原子处于特殊稳定构型的负离子状态。电子壳层中大量电子的静电屏蔽作用，还能令电子壳层中原子之间失去相互作用，不能相互结合生成分子。
根据量子力学理论，存在于具有惰性气体结构原子轨道上的电子的排列不是任意的，电子将趋于由自旋平行且反向的自由电子双双组成电子对。具有惰性气体结构的金属阴离子物质在常温常压下是不存在的，但由于地核与地幔交界面上电子壳层的存在，令地核与地幔接触面上充满了具有惰性气体结构的铁、镍等负离子物质。带有电子的铁、镍等元素的性质非常特殊，由于元素之间没有相互作用，相对运动时产生的摩擦力作用极小，具有惰性气体结构的铁、镍等负离子物质就如同是具有超流动性的液氦。在地核与地幔的接触面上充满了具有超流动性铁、镍等负离子物质的状态下，地核的旋转运动即使与地幔不同步，地核与地幔在“接触面”上产生的摩擦力也是微不足道的。由于具有惰性气体结构的负离子物质具有超流动性，使电子壳层内部的物质可以不随地幔或地核作同步旋转运动。
有证据表明，地壳及地幔的旋转速度在多种因素影响下会发生变化，但由于具有超流动性的电子壳层的存在，影响地壳及地幔旋转速度的各种因素，对地核的旋转运动并不产生同样影响。此外，由于太阳和月亮的引力作用，以及地核内部的镍-58在高温高压作用下发生电子俘获核反应生成铁-58时释放核能的不均匀性，造成覆盖地核表面的电子壳层不同区域存在较大温差，使电子壳层中的负离子物质发生大规模定向运动，尽管巨大的负离子物质风暴的摩擦力对地核与地幔都微不足道，但由于电子壳层中的铁、镍等金属负离子物质风暴，造成地核与地幔都不断地有大量物质与电子壳层中物质进行交换，并给地核与地幔的旋转运动带来不同影响，因此，地幔与地核的旋转运动不同步，自然也就不奇怪了。
将电子壳层中的多余电子视为超自由电子，由于有大量超自由电子的存在，按金属导电的经典电子说，电子壳层的电阻由于电子壳层中的原子与超自由电子之间不存在固有的库仑作用联结。当超自由电子在外电场的作用下作定向运动时，超自由电子不会通过电磁相互作用将定向运动所具有的能量传递给电子壳层中的原子物质，构成电子壳层的原子物质的无规则热运动也不会影响到超自由电子在外电场的作用下的定向运动，因此，地球内部地核与地幔之间的电子壳层是一个没有电阻的高温超导地层。
根据量子力学理论，电子具有波动性，具有波动性的超自由电子在电子壳层中传播时，由于波长与电子壳层物质中自由电子相差极大，其波长要比电子壳层物质中自由电子大很多，传播时不会受到电子壳层中原子物质散射(或偏析)，使超自由电子在电子壳层中的传播不会受到阻碍，因此，电子壳层中的“固有”电阻对波长与其自身的自由电子相差极大的超自由电子的影响是微不足道的。
根据量子力学理论，存在于具有惰性气体结构原子轨道上的电子的排列不是任意的，超自由电子将趋于由自旋平行且反向的电子双双组成电子对。将地核与电子壳层视为一个巨大的“原子”，电子壳层中大量的超自由电子会双双组成大量的电子对，这种电子对组态可使系统的能量降低，形成稳定的结合。于是，在电子壳层中大量的超自由电子将趋于形成电子对组态。由于电子对的惯性质量极小，其热运动不会与电子壳层中的原子产生热能交换，换句话说，超自由电子形成的电子对的热运动不受电子壳层中原子热运动的影响，故利用电子壳层中大量的超自由电子和/或超自由电子组成的超自由电子对来传输电磁场能量，则电子壳层的电阻率将与电子壳层中超自由电子组成的电子对的密度成反比。由于地核的体积极大，温度和压力又相对较高，热压电效应造成电子壳层中超自由电子组成的超自由电子对的密度极大，导电率极高，堪称是高温超导地层，使得存在于其中的电流就如同存在于超导线圈中的电流那用，可以永不消失地在其中流动，并在地球上形成了一个磁场强度较稳定的南北磁极。如上所述，太阳和月亮的引力作用，以及地核内部释放核能的不均匀性，会造成电子壳层中具有超流动性物质的密度及分布发生巨大波动，由此产生的在地核与地幔之间的负离子物质大风暴会非常强烈，强烈的负离子物质大风暴又会产生强大的交变电磁场，使得存在于电子壳层的电流分布发生变化，造成地球磁场的南北磁极发生一种低速运动，这种低速运动在历史上曾经多次造成地球的南北磁极翻转。
天文观测表明，太阳和木星具有很强的磁场，其中木星的磁场强度大约是地球磁场的20-40倍。那么，太阳和木星的磁场为何比地球强呢？如上所述，地核的温度在5540℃左右，压力大约为350万个大气压。而木星内部的温度约为30000℃左右，压力也比地球内部高的多，太阳内部的压力、温度还要更高。热压电效应可在太阳和木星内部产生更加广阔的电子壳层，太阳和木星内部电子壳层的带电量也比地球内部电子壳层的带电量大的多，再加上木星的自转速度较快，其自转一周的时间为9小时56分30秒，木星内部电子壳层运动的线速度也远高于地球内部电子壳层的线速度，其磁场强度自然也要比地球高的多。
正是由于太阳、木星内部的压力、温度远高于地球，因此，太阳、木星上的磁场要比地球磁场强的多。而火星、水星的磁场比地球磁场弱，则说明火星、水星内部的压力、温度远低于地球。
显然，地球磁场的产生，与地球内部的高温高压状态有关，那么，地球内部的地热又是如何产生的呢？根据分析推算，地幔的温度大约在1500～3000℃之间，压力为50万～150万个大气压，地核的温度在5540℃左右，压力大约为350万个大气压。由于各种化学反应在2000℃以上般是吸热的，因此，地热应主要来自核能。但根据对陨石成份的分析研究，地球内部的成份应以铁、镍核素为主，各种放射性核素的丰度非常低。与地球基本上是在同一个时期形成的月球岩石中各种放射性核素的丰度同样非常低，并不含有可将其自身加热至熔融状态的放射性核素及它们的衰变产物，人们在不同的时间和地点发现的陨石中也并不含有可将其自身加热至熔融状态的放射性核素及它们的衰变产物。陨石汇聚形成地球的碰撞作用可以产生大量热能，但从地球表面发现的陨石状况来看，碰撞作用产生的热能一般达不到将整个大陨石加热至熔融状态的程度，其中大部分的热能会很快散失掉，能够最终传递到大陨石内部并长期保留下来的热能很少。在陨石没有长期处于熔融状态的情况下，铀、钍等放射性核素也不可能富集成矿，形成一个天然核反应堆，快速向外释放核能。此外，自然界中含铀最高的天然铀矿也都没有成为高温天然热源，甚至人类从天然铀矿提炼出的百分之百的纯铀金属，也没有发现其温度能快速地升高。因此，我们确实有理由怀疑仅仅依赖铀、钍、铷-87、钾-40等这类释放核能速度极慢的放射性核素是否具有如此巨大的功率释放热能，并在几十亿年的时间里维持地球内部的熔融状态。
构成地球的核素全部来自宇宙中的恒星，这些核素在凝聚成较大的陨石以及陨石汇聚形成地球以前，已经在宇宙中经历了非常漫长的岁月，其中的各种短周期放射性核素所具有的核能在这一漫长的岁月中会释放出来并散失掉。地球从开始形成到现在有大约45亿年的历史并不等于构成地球的核素有大约45亿年的历史，即使地球在开始演化的初期拥有大量的各种短周期放射性核素，由于地球从开始演化到初具形状，也要经历一个漫长的岁月，在这一漫长的岁月中释放出来的核能会全部散发到太空中去，不可能以热的形式储存在地球的内部，因此，那种认定地球具有可把其内部加热至很高温度的大量放射性核素的观点只不过是一种未被证实的假设。
地球在几十亿年的漫长岁月里能够维持其内部较强的热运动，其能量的来源不大可能仅限于放射性核素。据分析，地球上的放射性核素主要集中在地壳的下部到地幔的上部，如果地热确实是仅来源于放射性核素，地热的总储量就不该如此巨大。因此，有必要研究铁、镍等稳定核素中是否存在亚稳态的同质异位素，以及这类亚稳态同质异位素是否能在地球内部高温和超高压的作用下发生电子俘获核反应，并向外释放出核能。
传统的同质异位素是指核子数A相同，但核内中子数和质子数不同的原子核。长期以来，人们一直认定同质异位素不可能释放出核能，但事实上，并没有实验证明同质异位素在5540℃左右、350万个大气压的条件下不会发生电子俘获核反应。由于同质异位素之间的子核能级不同，其中某些原子核在发生中子与质子相互转化的核反应时，同样会释放出远大于化学能密度的核能，如果仅仅因为这种核能的释放未被证明具有毁灭性的爆炸力而断然否认其具有远大于化学能密度的核能，则不免过于武断了。
根据原子能出版社于1997年11月发行的高等教育试用教材《同位素地质学教程》一书的第281页的附录“元素的同位素组成”中，列举的各种同质异位素的原子核，可知在地球上存在以下种类的同质异位素原子核核子数为40的同质异位素原子核有氩-40，钾-40，钙-40；核子数为46的同质异位素原子核有钙-46，钛-46；核子数为50的同质异位素原子核有钛-50，钒-50，铬-50；核子数为58的同质异位素原子核有铁-58，镍-58；核子数为87的同质异位素原子核有铷-87，锶-87；核子数为113的同质异位素原子核有镉-113，铟-113；核子数为138的同质异位素原子核有钡-138，镧-138，铈-138；核子数为176的同质异位素原子核有镱-176，镥-176，铪-176；核子数为180的同质异位素原子核有铪-180，钽-180，钨-180；核子数为187的同质异位素原子核有铼-187，锇-187；……。上述各种同质异位素的原子核在高温高压的作用下，如果发生如下的电子俘获核反应 式中-1e为电子，ve为中微子，△为核反应释放出的热能。
则其释放出的核能，可用魏茨泽克(C.F.von Weizs cker)的原子核结合能的半经验公式计算得出(参见北京大学出版社于1997年8月出版的《低能及中高能原子核物理学》一书的第40页～45页)。根据魏茨泽克(C.F.von Weizs cker)1935年提出的原子核结合能的半经验公式B(Z，A)＝αVA-αSA2/3-αCZ2/A2/3-αsym(N-Z)2/A+{+、0、-}αpairA-1/2.式中Z为质子的数量，N为中子的数量，A为核子的数量，αV＝15.835MeV，αS＝18.33MeV，αC＝0.714MeV，αsym＝23.20MeV，αpair＝11.2MeV。
由魏茨泽克(C.F.von Weizs cker)的原子核结合能的半经验公式可知，原子核的结合能包括体积能αVA、表面能αSA2/3、库仑排斥能αCZ2/A1/3、以及对称能αsym(N-Z)2/A和奇偶能{+、0、-}αpairA-1/2，当原子核内发生的中子转化为质子或质子转化为中子的核反应时，只有库仑排斥能、对称能和奇偶能发生了变化。将相关数据带入可得出每个钾-40核素发生电子俘获核反应生成氩-40时可释放出的核能为1.3064MeV；每个钒-50核素发生电子俘获核反应生成钛-50时可释放出的核能为2.5747MeV；每个镧-138核素发生电子俘获核反应生成钡-138时可释放出的核能为0.7107MeV；每个镥-176核素发生电子俘获核反应生成镱-176时可释放出的核能为1.1983MeV；每个钽-180核素发生电子俘获核反应生成铪-180时可释放出的核能为1.9613MeV。
自然界中只有很少部分元素的原子核在发生电子俘获型核反应时是放热的无阈反应，例如上述五种核素，这类元素通常存在于各种同质异位素中的少中子的原子核之中，但更有可能存在于通过发生电子俘获型核反应可使其核内质子数或中子数成为幻数的原子核中，这类元素由于其原子核内可能有子核是处于非最低能态的亚稳态，其本身就具有通过电子俘获核反应朝更低可能能态跃迁的趋势，当原子核受到外界更强的作用使电子与原子核的核场之间的相互作用增大时，就会开始或加快发生电子俘获核反应，核反应释放出的能量虽然被中微子带走一部分，但剩余的能量会以核辐射的形式释放出来，由于中微子的能谱具有很宽的分布，相应的核辐射能量也具有不确定性。原子核发生电子俘获核反应的阈值与其核内子核的能级状态有关，原子核内子核处于不同的能量状态，使其发生电子俘获型核反应的阈值也会相应地发生变化，如果电子俘获型核反应是使原子核内子核处于更低的能量状态，则该原子核也更容易在热电子的碰撞作用下开始或加快发生电子俘获型核反应。由于上述五种核素发生电子俘获核反应时会释放出核能，因此，这五种核素可以在地球内部的高温高压作用下发生电子俘获核反应。
对于自然界中的多数元素，其原子核发生电子俘获型核反应是有阈反应，是吸热的。在核反应的过程中，电子的能量除用于克服核内一个质子转变为中子的阈值外，核反应产生的中微子也会消耗部分能量。通过有阈的电子俘获型核反应生成的人造元素可能是不稳定的，具有β放射性，可通过β衰变恢复到原来的稳定状态上去。其中值得特别注意的是镍-58，其在地核中的存量极大，但镍-58是质子数为幻数的核素，不宜直接用魏茨泽克(C.F.vonWeizs cker)的原子核结合能的半经验公式计算出其转化为钴-58的能量差，事实上，镍-58发生电子俘获核反应生成钴-58的过程不能释放出核能，其发生电子俘获型核反应是有阈反应，是吸热的，但核反应直接生成钴-58的是不稳定的，会自发地发生电子俘获核反应或β+衰变，转化为铁-58，这一过程则可释放出远大于镍-58发生电子俘获核反应生成钴-58所吸收的能量。基于地球内部的成份以铁、镍核素为主，地核的温度在5540℃左右，压力大约为350万个大气压的事实，我们有理由假设地热是镍-58在地球内部的高温、高压下发生电子俘获核反应生成钴-58，钴-58再自发地发生电子俘获核反应或β+衰变这一过程产生的，是地球内部的镍-58发生电子俘获核反应释放出的能量，使整个地球内部处于上千度以上的高温状态。
当镍-58受到高温、高压作用时，原子中的电子会产生一种向原子核收缩的现象，打破电中性原子之间的静电平衡。原子中的电子在超高压作用下向原子核收缩，极大地提高了包括内壳层电子在内的电子在原子核附近出现的几率，使原子核中质子之间由于其附近电子出现几率的增加，从而对原子核的能级产生影响，令原子核趋于发生电子俘获核反应。
高温、高压作用可使镍-58核素发生电子俘获核反应，还可从某些原子核发生γ衰变中间接地分析看出。现已发现，某些原子核发生γ衰变过程中，当原子核由激发态跃迁到低能态时，在核场的影响下，将能量差直接传递给内壳层电子，并不经过发射γ光子的中间环节。笔者认为，引起核场能量传递给内壳层电子的作用决不会仅仅是单向地由核场作用于内壳层电子，内壳层电子同样会对核场产生反作用，并通过核场影响原子核中核原子及核分子之间的能级状态。由于原子核中核原子及核分子之间的能级通常较高，内壳层电子对核场产生的作用又非常小，在不是特别高的温度压力作用下不大可能改变原子核内核原子及核分子之间的能级状态。但是，对于有核原子及核分子能级是处于亚稳态或者激发态的原子核，其本身就具有通过电子俘获核反应朝更低能态跃迁趋势，如果再受到高温、高压作用，原子核就会发生电子俘获核反应，同时使原子核中的核原子及核分子跃迁到一个更低能态上去。
利用高温、高压作用使镍-58核素发生电子俘获核反应，需克服电子之间静电斥力产生的库仑位垒，这一库仑位垒会随着电子密度的增高而急剧升高。但电子是一种惯性质量很小的微观粒子，具有非常显著的波动性，电子之间的相对能量在原子尺度上具有很大的涨落和很宽的分布，大量电子的平均能量即使是低于静电斥力相互作用产生的库仑位垒，也会有部分电子具备克服电子之间静电斥力产生的库仑位垒的能量，出现在原子核附近，或者是由于隧道效应，出现在原子核附近，使原子核因附近出现更多电子，大大地强化了静电屏蔽作用的影响，令原子核趋于多中子化，如果原子核中核原子及核分子的能级状态是处于亚稳态或者是激发态，该原子核就可能因其变得趋于多中子化而发生电子俘获核反应，同时使原子核中核原子及核分子跃迁到一个更低能态上去。
实验表明，在较低的温度、压力条件下，放射性元素蜕变速度很稳定，不受温度、压力变化的影响，只有达到地球内部那样较高的温度、压力条件才有可能令镍-58核素发生电子俘获核反应，只有达到大恒星内部那样极高的温度、压力条件才有可能令稳定核素发生由低能态跃迁到高能态的核反应。
按地核大约为350万个大气压的压力值折合到原子尺度上，已经是一个远小于原子内电子与原子核之间库仑作用的量值了，但电子是一种惯性质量很小的微观粒子，具有非常显著的波动性，即使受到的作用量值很小，不能改变原子中电子的能态，也足以使电子在能态不变的情况下更接近原子核，令电子的势能转化为动能，电子动能的增大使得内壳层电子对核场的作用被大幅度加强。事实上，如果地核内存在向外释放核能的β衰变或电子俘获核反应，地核内就不可能是没有更高压力峰值的恒压世界，地核内的压力峰值有可能是非常高的，其压力峰值将远大于350万个大气压。此外，超高压的压力作用也不是平均地同时作用到全部受压原子内的电子上，因为电子在原子核内的位置是变化的，原子中电子受到的作用也会具有非常显著的波动性，这种波动性作用形式也有助于电子在能态不变的情况下接近原子核，使得内壳层电子在原子核附近出现几率增加，令原子核内壳层电子对核场的作用被大幅度加强，使其发生由亚稳态跃迁到低能态的β衰变或电子俘获核反应。
如果通过受控热核聚变装置证明镍-58不能在5540℃，350万个大气压的条件下发生电子俘获核反应生成钴-58，则有可能表明目前人们估计的地核内部的温度、压力值是错误的。换句话说，地核内部的温度、压力值应该达到使镍-58发生电子俘获核反应生成钴-58所需的温度、压力条件，才能使地核几十亿年来始终维持一种高温状态。
根据有关资料数据，地球上的石油、天然气、煤炭等化石类能源的储量是有限的，即使是按照现阶段的速度开采，也将在千年之内趋于枯竭。不难理解，能源严重短缺的状况会给人们的生活带来不利影响，虽然受控热核聚变可以作为人类未来长期发展使用的能源，但现在已经可以看出，受控热核聚变装置具有太多的技术工艺难关，难以保证一定能够在石油、天然气、煤炭等矿产资源趋于紧张之前开发成功。地球上很有可能还剩有许多种在发生电子俘获核反应时可释放出巨大能量的同质异位素核能资源，对于稳定核素中处于高能级状态的原子核，其原料和产物是没有放射性的，不存在所谓的放射性核燃料泄漏和核废料处理问题，因此，同质异位素核能与受控热核聚变核能一样，也是一种相对较清洁和安全的核能资源，适合人类在未来长期发展经济使用。
科学家发现许多动物可以利用地磁场信息来归家或迁徙，例如蜜蜂、信鸽、海龟、彩虹鳟鱼、鲑鱼、蜺螈等。那么，动物是怎样利用地球磁场来导航和定位的呢？由人猜测，动物之所以具有磁场感应的能力，是某些动物的体内具有少量的强磁物质，这种强磁物质可以起到指南针的作用，令动物感觉出磁场的方向。
事实上，许多动物能够利用地球磁场来导航和定位，并不是其体内具有强磁物质，而是这些动物通过千百万年的进化，其体内的某些部位对电流的感知能力极其灵敏，当它们在地球磁场中运动时，每当其身体切割地磁磁力线时，就会在其身体内可导电部分的两端产生动生电动势U＝BVLsinθ，动生电动势U的建立必然会在其体内产生一个脉冲电流，而当动物是沿着地磁磁力线方向运动时，其体内的动生电动势U则会消失，动物由此就可以感知自己的运动方向。
许多动物很早就已经发现并开始运用法拉第电磁感应定律，它们不仅利用法拉第电磁感应定律在自己体内产生的脉冲电流来导航和定位，一些生活在水中的鱼类还能够根据法拉第电磁感应定律，利用其身体运动切割地磁磁力线时在体内产生的动生电动势，在自己的身体周围建立一个电流场，用来作为感知周围状态的一种方式。当身体周围的电流场内出现其他动物或障碍物时，就会引起电流场中电流分布发生变化，这种变化可被某些鱼类的身体感应到，并可对收到的信息做出相应处理，某些种类的鲨鱼甚至能够通过身体周围电流场的变化分辨出周围是否有需要捕食的鱼类，并准确地找到其藏身的具体位置。
权利要求
1.地磁磁力线运动速度测量仪，其特征在于包括安装在非导磁材料制成的仪器座(1)上的环形电磁线线圈(2)，电磁线线圈(2)的部分环形外表面设有导磁材料制成的磁屏蔽套(3)，电磁线线圈(2)的两端通过导线与电压表(4)相连。
2.按照权利要求1所述的地磁磁力线运动速度测量仪，其特征在于所述环形电磁线线圈(2)为一个矩形框，矩形框直立地安装在仪器座(1)上，所述磁屏蔽套(3)套装在电磁线线圈(2)矩形框的左立柱或右立柱上，所述电压表(4)固定在仪器座(1)的上端面上。
3.按照权利要求2所述的地磁磁力线运动速度测量仪，其特征在于所述仪器座(1)的上端面安装有指南针(5)，所述电磁线线圈(2)的下端采用两个Ω形紧固件(6)固定在仪器座(1)上。
4.按照权利要求1、2或3所述的地磁磁力线运动速度测量仪，其特征在于所述仪器座(1)的上端面安装有磁场强度测量仪。
5.按照权利要求4所述的地磁磁力线运动速度测量仪，其特征在于所述磁屏蔽套(3)的底端固定在所述仪器座(1)的上端面上。
全文摘要
一种地磁磁力线运动速度测量仪，包括安装在非导磁材料制成的仪器座上的环形电磁线线圈，电磁线线圈的部分环形外表面设有导磁材料制成的磁屏蔽套，电磁线线圈的两端通过导线与电压表相连。在使用时可利用电压表得出地磁磁力线运动磁力线切割电磁线线圈时产生的动生电动势，根据式V＝U/NBL，带入测量地点处地球磁场的磁感应强度B，磁屏蔽套的长度L，电磁线线圈的匝数N，即可以得出测量地点处地球磁场的磁力线运动速度V，故其具有结构简单，使用方便，可测量地磁磁力线运动速度的特点。其目的是提供一种结构简单，使用方便，可测量地磁磁力线运动速度的地磁磁力线运动速度测量仪。
文档编号G01V1/40GK1438497SQ03102368
公开日2003年8月27日 申请日期2003年2月10日 优先权日2003年2月10日
发明者马龙 申请人:马龙