千瓦厚能源与生态实验室分享 http://blog.sciencenet.cn/u/kiwaho 太阳文火炖地球,洒遍人间光和热。新鲜的能量随手可汲,何必舍近求远挖地球?自由能源万岁!

博文

同位素201Hg全部剔除后的水银还是温敏液金属?

已有 3058 次阅读 2017-7-27 07:46 |系统分类:科研笔记|关键词:水银,汞,温度计,材料,原子核,电子,壳层,能级,自旋,宇称,激发,同位素,中微子,核衰变,物性,液体,固体,金属,核能,新能源,暗物质,天体物理,星核| 电子, 材料, 原子核, 温度计, 水银

副标题:低能量热中微子如何影响物质的物理属性

一、引言

水银又称汞,周期表中的第80号元素,众所周知,长期以来,制作温度计的最好材料非它莫属。它的熔点低至零下-38.8°C,且通过共晶合金(eutectic system),还能实现更低温度测量,例如汞铊合金熔点可低至-60°C

关于水银为何熔点那么低,教科书早已给出解释:都是原子核外电子排布的特殊性,以及K电子接近光速招致的相对论效应引起的。电子壳层按能级升序排列为:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10,可见它的所有电子都是配好对的,似乎很惰性,本不应该有导电性,因为貌似没有自由电子。

然而,水银的实际导电性仍然不低,工业上也常用来做水银开关。所以,电子壳层结构理论,不一定可万能地解释一切物理属性。显然,水银很高的温度膨胀系数,也是壳层理论不便解释的。

在对低能热中微子长期研究后,我似乎对水银的物性找到了更好的解释。当然,已有的电子壳层解释还是很重要,我的解释是在前述解释基础之上的补充。

二、水银的同位素以及关键成分的核数据分析

自然的水银,内含7种同位素:196Hg、198Hg、199Hg、200Hg、201Hg、202Hg和204Hg

其中惟有占比13.2%的201Hg的核能级比较特殊。它基态的自旋为3/2,宇称为负号,并拥有超低的第一激发态:1.6keV,自旋宇称1/2-。可见,从基态跃迁到第一激发态还算容易的。

其第一激发态能级,仅次于最低的裂变燃料铀235的76eV

三、热中微子介绍

地球环境中,存在大量的中微子辐射,其中,低能热中微子,占据了主要能谱区。大部分中微子来自太阳的热核聚变的副产品,也有部分来自地球元素的β衰变过程。

因β衰变释放的能量至少是keV数量级的。例如衰变能最低的天然元素是铼187Re,仅2.5keV,稍微低能的有氚3H,对应18.6keV

再合并考虑自宇宙历史137亿年以来,积累并衰减在空间的残余史前中微子,我估计:能量在个位数keV的中微子,应该是地球环境的中微子主流成分。

我之所以称呼这类低能中微子为热中微子,是因为它们对应的物质波波长,在远紫外线至红外线波长之间。

根据De Broglie公式,物质波波长 = h/ph为Plank常数,p为动量。由广泛猜测的中微子静止质量,不难算出1keV中微子对应的物质波波长为0.2nm,而刚能飞到光速的极端低能的常温中微子,物质波波长约8μm。对比参考:热中子的物质波长仅为1.8埃,比热中微子物质波长,短了3个数量级以上。

现有中微子检测技术,根本无法探测到热中微子波段的中微子,而现用的Cherenkov法,能探测到的大约在MeV能阶之上。故而,热中微子其实仍然是无法检测的准暗物质。

四、热中微子与201Hg的交互作用

与物质能量交换的可能性高低,决定了轻子与物质的反应截面积。例如可见光,容易使玻璃电介质极化,所以,呈现出高达百万靶(barn)以上的光学反应截面,即折射率非常显著。

同样低位核能级的同位素201Hg,一定会导致热中微子与水银的反应截面,呈指数级增长。下面是极可能发生的核激发反应和退激反应方程式:

V + 201Hg V+ 201Hg*

201Hg* 201Hg + γ(1.6keV)

式中VV分别为原热中微子,以及能量衰减后的中微子;201Hg*为其第一激发态的核。

最终导致热中微子中性流的能量,以伽马光子释放/吸收的形式,转移到水银的原子热运动中去了。这也应该是水银物质团内部,难以形成固定金属晶格的原因。

该光子较难透出高密度的水银,可能会困在物质团块内部,衰减成很多更低能量的热光子,而最终耗散掉。

就算热中微子在即将穿出水银容器之前,仍未发生上述反应,下一次机会还是有的。因为如此低能的热中微子,其折射率很可能高于2,因而,从水银进入空气的界面上,发生光学全反射的可能性很高,盖因全反射的临界角度arcsin(1/n)很小的缘故。

只要热中微子能在水银内反复全反射,水银猎取热中微子能量的概率就会大大提高!

不用低能热中微子,改用1600V以上的启辉瞬态电压,乃至微弱的静电,也能激发201Hg,感生荧光。汞蒸汽之所以用于日光灯管,可能得益于这个特殊同位素。灯管厂家可以剔除201Hg后,试制实验专用日光灯和高压钠灯,看能否正常启辉?

顺便提及一下激发态能量最低的铀235U,仅有76eV。实在不凑巧,环境中如此低能的热中微子,应该少到可忽略不计,故而它的物性应不受此影响。

其它低熔点金属也含有低核能级的同位素组分,如镓,虽然在标准状况下为固体,但放在手掌心就可以靠体温融化。

五、我的预言

基于上述原因,我在此大胆猜测:脱除尽同位素201Hg的人工修改后的水银,只要散货凑够一定质量以上,很可能在常温下是固态;亦或虽仍为液态,但熔点肯定升高了很多。而且,其热膨胀系数,应该会大大减少,也许小到难以继续当做温度计材料。

水银的前一个序号元素即是黄金。估计去掉201Hg的人工水银,仍然不可能接近黄金的物性,这是由其原子电子壳层排列所命定的。

六、水银的热中微子光学应用展望

a. 折射应用

因为很高的电子密度,加之天然水银富含亲热中微子的201Hg同位素,故而,水银是理想的热中微子透镜材料,尽管水银不透明,也不需要非得透明。

液态的水银,更容易驱使其界面形成任意几何曲面,因而,做成可动态变焦的热中微子镜头也很方便。

因水银对热中微子的折射率估计较高,因而制成的透镜一般是凸透镜,且焦距可以做的比较小。

下面是近轴几何光学理论原理图,以及焦距计算公式。

Thick_Lens_Diagram.svg.png

focalLengthFormula.emf

b. 反射应用

水银做成抛物面反射镜后,应该可以反射热中微子。但反射率也许被透射率分流了较多,除非采取特殊措施。

水银在温度低至4.2K时,可变成超导体。若在其制成的反射镜面上,通以接近饱和的大电流,预期会使得热中微子的反射率大幅度提高。因为电子库伯对联手反射效果,肯定优于溃不成军的普通热电子群。

最后强调一点:本中微子光学理论,仅面向非常低能的热中微子!对能量大于100keV的快中微子,一切免谈,因为那些高能家伙,根本不尿任何物质,反应截面低到可怜的10-40靶以下。

光子也是这副德行,能量超过10eV以上的光子,如极紫外光、X射线等,在物质里面,基本上也是直来直去不折腰的。

七、寻求合作

同位素分离成本比较昂贵,而我们的资金实力甚为有限。

为印证本文猜想,期待国内有实力的科研单位,能与千瓦厚实验室携手合作。期待合作方能制造出1公斤的人工水银,完全分馏掉201Hg同位素。当然,若仅仅造出几克之后,就能应证我预言的物性,就不必继续奔1kg的目标。

合作带来的后续系列成果,可以协商共享。

八、重大意义

我的预言来自深刻的理论分析。尽管我很有信心,但未来的证实或证伪都是可能的。

若证伪了,也不必沮丧,我大不了收回这个预言,合作方的损失也是有限少的。科研探索就是这样的,100%能做成的事情,就不叫探索了。相信双方都输得起。

若证实了,将极大推动热中微子及相应的光学理论,从实验室走向应用,引领未来清洁无公害核能新能源开发,最终造福人类!

聚焦后的热中微子,可以加速某些特殊天然同位素的贝塔衰变,这些同位素通常拥有很高的核衰变能量,但由于高旋锁定而动弹不得,例如钒50V高达2.2MeV能量被6个量子的自旋锁定,镥176Lu高达1.2MeV的能量被7个量子自旋禁锢!来自这些核素的核能,不会生成任何有害的放射性废料。

在天体物理方面,热中微子光学系统,或许能够对星核内部直接照相,这将大大促进人类对宇宙的认识深度!

九、参考文献

1、美国政府实验室公布的水银同位素201Hg核能级数据

http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/getdataset.jsp?nucleus=201hg&unc=nds

2、A prediction that bulk mercury without 201Hg may be solid in STP, Yanming Wei, Jul 2017, DOI:10.13140/RG.2.2.34695.70561 http://vixra.org/pdf/1707.0345v1.pdf

3、Laboratory-Scale Superconducting Mirrors for Gravitational Microwaves, Raymond Chiao, Mar 2009, arXiv:0903.3280.https://arxiv.org/pdf/0903.3280




http://blog.sciencenet.cn/blog-2339914-1068252.html

上一篇:晒晒中学同班女同学的墨宝--书法作品
下一篇:城市良心—下水道不仅抗洪减灾,也是绿色能源!
收藏 分享 举报

26 钟炳 叶苍 朱晓刚 张忆文 尤明庆 迟延崑 张云 李颖业 钱大鹏 徐令予 代恒伟 张操 杨学祥 田云川 宁利中 樊采薇 sciguru azzx lyyng techsavvy xlsd DolbyGeiger EarlyMuddyBee DavidHK yinda7216 jlx1969

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (13 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2018-4-21 02:25

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007-2017 中国科学报社

返回顶部