|
 
|
一层
发表于 2008-5-16 01:26 AM
| 只看该作者
以下为上文出现的名词的详细解说,供有兴趣的朋友阅读!
粒子束
当今世界，武器的发展已经进入原子和分子世界，核武器就是应用了原子理论。原子物质中央的质子带正电，电子带负电，中子是中性的。被称为粒子的物质是指电子、质子、中子和其它带正、负电的离子。粒子只有被加速到光速才能作为武器使用。这些粒子束发射到空间，可熔化或破坏目标，而且在命中目标后，还会发生二次磁场作用，对目标进行破坏。
粒子束武器发射出高能定向强流、接近光速的亚原子束（带电粒子束和中性粒子束），用来击毁卫星和来袭的洲际弹道导弹。即使不直接破坏核弹头，粒子束产生的强大电磁场脉冲热，也会把导弹的电子设备烧毁，或利用目标周围发生的γ射线和X射线使目标的电子设备失效或受到破坏。带电粒子束武器在大气层内使用。中性粒子束武器在大气层外使用，主要用于拦截助推段和中段飞行的洲际弹道导弹。
俄美正在研究的粒子束武器有两种，一种是地基带电粒子束武器，一种是天基中性粒子束武器。
粒子束武器的基本原理
大气层内的带电粒子束，其特点是粒子束流为电子束流，而不是中性束流。在大气中，它虽有衰减，但可以传导而且宜于使用。在大气层外的真空状态，由于带电粒子之间的斥力，带电粒子束会在短时间内散发殆尽，因此中性粒子（中子）束更适合在外层空间使用。
粒子束武器一般由粒子加速器、高能脉冲电源、目标识别与跟踪系统、粒子束精确瞄准定位系统和指挥控制系统等组成。
加速器是粒子束武器的核心，用来产生高能粒子，并聚集成密集的束流，加速到使它能够破坏目标。目标识别与跟踪系统主要由搜索跟踪雷达、红外探测装置及微波摄像机组成。探测系统发现目标后，目标信号经数据处理装置和超高速计算机处理后，进入指挥控制系统，根据指令，定位系统跟踪并瞄准目标，同时修正地球磁场等的影响，使粒子束瞄准目标将要被击毁的位置，然后启动加速器，将粒子束发射出去。
1.带电粒子束加速器
一般使用线性铁氧体磁场感应加速器来产生高速电子束，绝对速度为每秒30万公里。俄美研制的地基粒子加速器均为质子加速器，其基本原理是: 首先把电子束发生器产生的电子进行加速，然后在高频振荡装置上振动，再在离子发生装置上把进来的质子用电子包围起来，使其进入离子加速装置进行加速，质子因接收能量而加速。在接近出口时，把电子去掉，利用磁场使之变成尖锐的高能定向束流，随后把质子束向空间发射出去。
2.中性粒子加速器
利用对原子进行加速的方法，制造出中性粒子，然后聚集成尖锐的高能定向束流，以接近光速的速度发射出去，击毁目标或使其失效。
美国研究产生中性粒子的方案是：将负离子在加速器中加速并聚集，在加速器的出口处去掉多余的电子，变成中性氢原子束发射出去，并且要求这一过程确保氢原子束的质量和能量。
中性粒子束武器要进入作战使用，必须有一定数量的卫星进行早期预警和探测。预警卫星将探测目标的数据送往地面站，需要特定卫星网和惯性导航系统来实时测定卫星和目标的位置，以及在卫星的任何方向上都能瞄准目标的姿态控制系统。
粒子束武器的破坏机理是动能杀伤和γ、X射线破坏。粒子束不受云、雾、烟等自然环境和目标反射的影响，也不会因目标被遮蔽或受到干扰而失效，其全天候和抗干扰性能较好。粒子束直接穿入目标深处，不需要维持一定时间，有利于攻击多目标。如果粒子束没有直接命中目标，则会在目标周围产生γ、X射线，造成第二种伤害和破坏。粒子束的毁伤作用表现在:
（1）使目标结构汽化或熔化;
（2） 提前引爆弹头中的引信或破坏弹头的热核材料；
（3）使目标中的电子设备失效或被破坏。
粒子束既可实施直接穿透目标的“硬杀伤”，也能实施局部失效的“软杀伤”。带电粒子束对目标的穿透能力极强，能量集中，脉冲发射率高，能快速改变发射方向。中性粒子束还可对目标周围产生的中子、γ、X射线进行遥测，实现对目标的识别。
粒子束武器的研制难度比激光武器大，但作为天基武器比激光武器更有前途。其主要优点是:
（1）不用光学器件（如反射镜）;
（2）产生粒子束的加速器非常坚固，而且加速器和磁铁不受强辐射的影响;
（3）粒子束在单位立体角内向目标传输的能量比激光大，而且能贯穿目标深处。
粒子束武器的缺点主要有：
（1）带电粒子在大气层中传输时，由于带电粒子与空气分子的不断碰撞，能量衰减非常快，而中性粒子不能在大气中传播;
（2）带电粒子在大气中传输时散焦，因此在空气中使用的粒子束，只能打击近距离目标，而中性粒子束在外层空间传输时也有扩散;
（3）受地球磁场的影响，会使光束弯曲，从而偏离原来的方向。
粒子束武器研制的技术难题和研究状况
1975年以来，美国预警卫星多次发现大气层上有大量带有氚的气体氢，认为可能是发射带电粒子束造成的。1976年，美国预警卫星探测到前苏联在哈萨克斯坦的沙漠地带进行了产生带电粒子束的核聚变型脉冲电磁流体发动机的试验。有资料表明，对粒子束武器的研究，前苏联是从1974年开始的，美国是从1978年开始的，20世纪80年代中期开始在实验室进行理论验证。
20世纪70年代中期以来，前苏联在电离层和大气层外的宇宙系列卫星、载人飞船和礼炮号空间站上进行了8次带电粒子束传导方法试验；在列宁格勒地区进行过粒子束武器的地上试验，试验装置有线性电磁感应加速器、γ射线仪器、X射线仪器、磁力存储器和多频道超高压开关等，而且进行过带电粒子束对洲际弹道导弹、宇宙飞船以及固体燃料目标的照射试验。1978年，前苏联在东德制造了使用1000GeV质子加速技术的0.5MV、80Ｊ、16层7列的粒子束产生装置。
美国海军在20世纪70年代建立了开发粒子束武器的跷板计划，研究用带电粒子束拦截导弹的核弹头。美国国防部在1981年设立了定向能技术局来开发粒子束武器和激光武器，从1981财年开始实施预算额为3.15亿美元的5年开发计划。粒子束作为武器使用时必须兼备大电流和高能量以及数兆瓦的能源，它要在现有的基础上，功率增加几千倍，甚至几万倍。粒子束击中目标后，放出电子，质子直穿而入，待能量耗尽后停止。100MeV的中性氚束对各种物质的垂直穿透深度为:固体推进剂9.5cm，铅3.3cm，铝0.8cm。
地基粒子束武器要解决在大气层中的传输距离问题，中性粒子束散焦度低，要产生达到破坏未来加固目标所需要的1020～1021J/sr的亮度非常困难。由于中性粒子束不能穿越大气层，因此只能装在卫星上，所以减小加速器尺寸和重量就成为另一难题。另外还要研究中性粒子破坏目标内部设备的机理。
地基粒子束武器要从地面发射粒子束，需要有足够的射程。天基粒子束武器要在外层空间作战，在监视和跟踪系统方面，对传感器要求极高，而且需要适合于部署在空间的尺寸和重量。20世纪80年代前苏联在哈萨克斯坦的萨雷沙甘建设的粒子束加速器占地约四个足球场大小，美国的粒子加速器也有一幢楼那么大，因此天基部署难以实现。
粒子束武器的原理并不复杂，但要进入实战难度非常大。首先是能源问题。粒子束武器必须要有强大的脉冲电源。要在导弹壳体上烧个小孔，粒子束到达目标的脉冲功率须达到1013W，能量为107J。假设粒子加速器的效率为30％，即使不考虑粒子束在传输中的能量损失，加速器脉冲电源功率也至少要达到3×1013W，而目前在研的最先进的脉冲电源的功率只有107W。中性粒子束武器实用化最关键的脉冲电源功率技术是连续波甚高频(VHF)射频源。
正因为存在上述一系列技术难题，尽管俄美都在积极研究粒子束武器，但地基和天基粒子束武器目前尚处于实验室的可行性验证阶段，估计2020年以后有可能进入实战部署。美国已做的基础工作包括：进行粒子束产生、控制、定向和传播技术理论验证和实验室的试验，用加速试验台进行试验，验证中性粒子束方案的可行性，同时探讨带电粒子束方案。按照美国的天基粒子束武器方案，氢原子束的能量为200MeV，武器重量60t，用以拦截大气层外助推段和中段飞行的洲际弹道导弹的弹头。
俄美对于粒子束武器的出发点是立足于空间作战与防御，主要工作是基础研究和高能量转换技术的研究；对于地基粒子束武器的研究只局限于作为点防御作战的近程武器系统范围，主要是确保带电粒子束在大气层中长距离的稳定传播。
美国已确定粒子束武器的潜在用途是拦截导弹、攻击卫星以及在敌防区外实施扫雷等。目前产生粒子束的方法是利用线性电磁感应加速器，但由于加速器太笨重，无法投入战场使用。美国在基础研究中主要是抓紧研究适于部署在地基和天基反导平台上的小型、高效加速器及其技术。美国利用线性电磁感应加速器产生粒子束，通过同一加速器，连续再循环脉动的粒子束，以便让粒子束在现有的小型加速器中环流，把能量逐渐加到每次通过的粒子上。美国陆军弹道研究试验室称，尚需进一步证实小型环流电磁感应加速器的原理。这种加速器能否投入战场使用，加速器的尺寸和重量是关键因素。美国还研制过一种实验加速器装置，其尺寸不大于一个办公桌，这是部署在外层空间可以接受的尺寸。
能量转换技术的研究的目的是要形成高速粒子脉冲。美空军的研究机构称，传统的可控硅开关和火花放电开关的研究已经完成，下一步要开展磁性开关研究，这种开关基于饱和的电磁感应原理，具有很高的重复率。
盾构法隧道(SHIELD-DRIVEN TUNNEL)
盾构施工方法（台：潜盾工法）
盾构施工方法为用被称做「盾(shield)」的钢壳里面，在保持掌子面稳定的同时进行安全掘进，而后面则装上被称做衬砌(segment)的衬砌组件，利用其反作用力，以千斤顶盾掘进的一种隧道施工方法。
盾构施工法有多种样式，目前我国多参考日本，大部分工法如下：
CPS盾构法（Chemical Plug Shield）、
DOT工法 （Double-O-Tube）、
MF盾构工法（多圆形断面盾构）、
小型化盾构工法、
气泡盾构工法、
扩径盾构工法、
母子盾构工法、
扩大盾构工法 、
自由断面盾构工法、
原设置盾构隧道撤除工法、
朝上顶盾构工法、
球体盾构工法、
地下茎盾构工法、
格构式同步施工盾构工法、
MMST工法 （Multi-Micro Shield Tunnel）、
OHM工法 （Onmisectional,Hedge tunnelling method）、
DSR工法 （Draw a shield for a recycle）、
T-BOSS工法 （T-type basement Branch off Shield System）、
MSD工法 （Mechanical Shield Docking Method）、
F-NANI盾构工法 （Front-Navigate）等
详细工作原理/施工方法参考：http://www.rsea.gov.tw/chief/f1-2.html
http://www.iosh.gov.tw/data/f17/sdsp046t0141.htm
盾构掘进机（台：潜盾机）Shielded Tunnel Boring Machines
盾构掘进机是世界上最先进的隧道掘进设备，被广泛应用于地铁、公路、铁路、输气、输水等大型工程建设。
上海地铁盾构直径6340mm、本体长6540mm，由大刀盘、切口环、文承环、盾尾、驱动机构、推力千斤顶、拼装机、螺旋输送机、皮带输送机、车架等部件组成，盾构总长达37～58米，总重达280～340吨。
由于盾构采用电子计算机控制系统，能自动控制大刀盘转速、盾构推进速度及前进方向，使盾构掘进时地面沉降控制在30mm之内，最小弯曲半径为R=300M，爬坡斜度为33‰，每分钟可掘进50mm 左右。
自走臼炮“卡尔”
二次大战中的德国超级大炮，除了八百毫米的“古斯塔夫”〔多拉炮〕之外最有名的恐怕就是“卡尔”了。
德国为了对付法国建造的“马奇诺防线”，德国莱茵金属公司从１９３５年起就投入到了新型臼炮的研制中，次年３月又提交了一份可行性建议书。预想方案中最夸张的部分就是这种８００毫米火炮发射的炮弹居然重达４吨。这么中的炮弹当然被军方否定，后者要求重型臼炮最大射程达３千米，火炮进入阵地的时间要小于６小时，而且要装在自行履带的底盘上。
尽管这些要求意味着莱茵金属公司要彻底改动前方案，但对复杂机械有天然兴趣的德国设计师却因此而热情高涨。１９３７年８月“４号方案”出台，火炮口径降到６００毫米，炮弹重２吨，装药３５０千克，初速２４３米/秒，最大射程４千米，高低射界－１０°～７５°，标准射角５５°～７５°，采用履带式字型底盘。
底盘是个有争议的部分。设计师曾坚持把火炮拆卸成几部分运输会更方便，但组装时间却不止６小时，所以最终该炮采用了履带式自行底盘。
很快，军方就以“０４０号设备”的制式号批准生产。这是意味重要人物出现了，他就是负责参与生产指导的炮兵将军卡尔·贝克。他对这种重炮寄予厚望。他认为一旦集中使用数门重炮肯定是坚无不催。不过他担心生产进度赶不及战争爆发，于是建议打破先预产再量产的常规，先生产６门火炮。在她一再坚持下，这个完全打破标准程序的建议得以通过。６门火炮按时完工。这也是将这种重炮命名为“卡尔”的原因。
６门“卡尔”重炮从１９４０年晚秋至１９４１年８月全部完工。除了“卡尔”的统称外，每门炮都还具有极具北欧神话色彩的个性化名字。
一九四零年五月，样车开始进行各类试验，不久莱茵金属公司有展示了“卡尔”必不可少的四号坦克底盘弹药搬运车。这种搬运车安装了机械吊臂和特殊的炮弹运输夹，可以在战场上直接为臼炮补充弹药。
火炮和炮弹
“卡尔”起初装备的是８．４４倍口径６００毫米臼炮，但是设计时留出了余地因此也可换装１１．５倍口径５４０毫米臼炮以增大射程。
一开始“卡尔”使用的是弹长２.５１１米的重型混凝土穿甲弹，重２.１７吨，内装２８０千克高爆炸药。这种炮弹有１号和４号两种发射药可选择，１号发射药可打２８４０米远，４号发射药能打４３２０米。
新式的轻型混凝土穿甲弹于１９４２年服役，弹长１.９９１米，弹重１.７吨，内装２００千克高爆炸药。虽然装弹药量减少了，但新型的５号和９号发射药使其射程可达６６４０米、弹头在飞行末段垂直下落，最大可击穿２.５厚的混凝土层，然后在延迟引信作用下爆炸。
操作人员
每门“卡尔”臼炮配１９人的炮班，其中指挥官１人，炮手１８人，另外底盘还需要正副驾驶员各１人。在战争末期，每两门“卡尔”炮编成一个连，但是在完全没有制空权的战况下基本没有作用。
炮战中最忙碌的还是炮手。尤其是每次发射后都要将炮管恢复水平位置才能再次装填。不知是设计时的一个疏漏，还是有意之为，火炮俯仰居然要炮手像操作普通的野战火炮那样靠手转动摇柄来实现。
在激烈的野战条件下转动１０５毫米或１５５毫米的榴弹炮的摇柄都已经十分辛苦了，何况是超级大炮。在这种强负荷的作业强度下，炮手即便竭尽全力，炮身每次俯仰动作也要耗时４～６分钟。臼炮的操典规范上写明的标准火炮射速为６发/小时，即使每十分钟发射１发炮弹，这也应该考虑了手动摇柄这一因素。
装填
相比而言装填还算轻松。“卡尔”是后装填，送弹等环节都有液压机械助力，，通常先用４号弹药输送车将２吨多重的弹头吊到炮尾再用专门的推杆推弹入膛，最后塞入发射药。
“卡尔”它自身只能携带两发炮弹：炮膛一发、后部吊车一发、弹药搬运车最多可载４发炮弹。
行动部分及发动机
“卡尔”臼炮只生产了几辆，和单件生产差不多，但它却用了两种发动机、两种变速箱。一种动力装置为戴姆勒—奔驰公司MB503型V形12缸水冷汽油机，最大功率580马力，装在1、2、6号车上；另一种动力装置为MB507型柴油机，最大功率稍有增加，而其油耗却大大降低，装在3、4、5号车上。变速箱也是两种。机械式变速箱由阿尔德尔特公司生产，有4个前进档和1个倒档，用到1、3、6号车上；液压式变速箱由波尔舍公司生产，用到2、4、5号车上。燃油容量为1200升。由于它的单位功率很低，最大速度仅为6～10千米／小时，最大行程分别为42千米(MB503时)和60千米(MB507时)。
行动部分也有两种结构，但都采用主动轮在前和诱导轮在后的布置方式。1号车和2号车的行动装置为每侧8个负重轮和8个托带轮，并有轮轴架，主动轮的轮齿为17齿；3号车以后，每侧有11个负重轮和6个托带轮，主动轮的轮齿为12齿。悬挂装置为扭杆弹簧式悬挂装置。履带为钢质履带，宽500毫米，履带板节距170毫米，履带接地长7米，每侧有133块履带板。3号车以后，履带板节距增大为250毫米，每侧履带板的数量减为94块。由于战斗全重极大，加上单位压力很高，在困难路面上根本无法行驶，机动性很差。不过，它毕竟是一种自行车辆，能以自行的方式转移火炮发射阵地，这一点比起列车炮受铁路的限制要强得多。长距离机动时，要用专门设计的铁路运输车，“两个架一个”来吊装运输，真够罗嗦的。有时要把“卡尔”600大卸4块，分头运输，同样是很麻烦的。
作战经历
塞瓦斯托波尔攻坚战苏方称为塞瓦斯托波尔保卫战。这是一次长达250天的攻防战役。当德军对塞城久攻不下时，又先后祭起了“卡尔”大炮和“多拉”大炮这两面大旗。1942年3月，第833重炮营又奉命支援塞城攻坚，4月18日，几辆“卡尔”到达指定射击位置的151高地附近。德军第22工兵连用了22天为它构筑射击阵地。其间，德军运去了72发重弹和50发“轻弹”。6月2日起，这种“超级巨炮”开始轰击。在半个月的时间内，这122发弹全部打完。后来又运去79发弹，射占75发。在“卡尔”巨炮和“多拉”大炮的轰击下，—些构筑极为坚固的苏军炮台和地下弹药库被摧毁。完成任务后，第833重炮营安全撤离。
镇压华沙起义1944年8月1日，波兰人民起义军对德国占领军发动了规模浩大的武装起义。只几天时间，起义军便占领了许多重要市区，德国鬼子有些吃不消，随即调集重兵镇压华沙起义军，先后凋去装备“卡尔”巨炮的第628、428重炮兵连。德国占领军在给总部的报告中称，攻击“非常成功”。华沙军民在坚持63天的战斗中，起义军牺牲1．87万人，华沙市民牺牲187万人。“卡尔”巨炮扮演了屠杀华沙军民的极不光彩的角色。
“卡尔”巨炮参加的最后的战斗是，1945年4月11日第428重炮兵连在柏林以南50千米处迎击苏军潮水般地进攻。在强大的苏联红军的进攻面前，几门“卡尔”巨炮显得十分渺小，根本无法阻挡苏联红军的钢铁洪流。“卡尔”巨炮也纷纷成了苏联红军和盟军的战利品
性能数据
从一九四零年十一月至一九四一年八月，莱因金属公司一共建造了六门“卡尔”臼炮，并分别起名为：一号炮“亚当”、二号炮“夏娃”、三号炮“多尔”、四号炮“奥丁”、五号炮“洛奇”、六号炮“迪沃”。
全长 : 11.15m
宽 : 3.16m
高 : 4.78m
重量 : 124吨
发动机 : Dimler-Benz MB507 Desel (580PS)
最高速度: 10Km/h
最大射程 : 40Km
口径 : 600mm
炮管长 : 5m
炮重 : 28.4吨
射击纵向角度 : -0 to +70 度
射击横向角度 : 左 4 度, 右 4 度
* 重磅炮弹
炮弹重量 : 2.2t
炮弹初速 : 220m/sec
射程 : 3,260 - 4,320m
* 轻炮弹
炮弹重量 : 1,575Kg
射程: 6,650m
补完到这儿,忍不住吐一下槽...造地人是疯子,使地人是傻子!
正电子
所谓正电子，基本粒子的一种，带正电荷，质和电子相等，是电子的反粒子。也叫阳电子。最早是由狄拉克从理论上预言的。1932年8月2日，美国加州工学院的安德森等人向全世界庄严宣告，他们发现了正电子。其实在安德森之前，曾有一对夫妇科学家——约里奥·居里夫妇（皮埃尔·居里夫妇的女婿与女儿）首先观察到正电子的存在，但他们并未引起重视，从而错过了这一伟大发现。这对居里夫妇也为人类作出过杰出贡献，他们除错过了正电子的发现外，还同样错过了中子的发现及核裂变的发现，以致于三次走到诺贝尔物理学奖的门槛前而终未能破门而入。但因他们在放射性方面的杰出贡献，他们仍获得了1935年的诺贝尔化学奖。
正电子，其质量为m=9.1×10-31千克，电量为g=+1.6×10-19库仑，自旋与电子相同。正电子是如何被检测出来的呢？这就要借助于电磁场中的云雾室了。
我们知道，每一种物质都存在饱和蒸汽压，当外界压强大于该物质的饱和蒸汽压时，这种物质的蒸汽就开始凝结成液滴。但是如果蒸气很纯净，这时即使外界压强超过了它的饱和蒸汽压，蒸汽却不会自动凝结，这就成了过饱和气体。如果这时在过饱和气体中加上一个很小的扰动，如带电粒子的存在或其它杂质的存在，气体就会以这个杂质为核心迅速凝结成小液滴。因此当带电粒子在过饱和蒸汽中飞行时，蒸汽就会沿着粒子飞行的径迹凝结，从而我们通过观测这些液滴的轨迹，就可以知道粒子的运动情况，这就是云雾室，是由著名物理学家威尔逊发明的。
正电子的发现也是利用云雾室来观测的。在云雾室中充入过饱和的乙醚气，当物质放射出正电子时，正电子穿过云雾室，在正电子运行轨道中出现液滴线，通过外加磁场测量
正电子的偏转方向及半径就可以知道它的带电符号，及荷质比（带电量与质量的比值）从而确定正电子的性质。正电子的发现开辟了一个新的研究领域，即反物质领域的研究。
正电子（Positron,e+），又称阳电子
正电子是电子的反粒子，除带正电荷外，其它性质与电子相同。正电子是不稳定粒子，遇到电子会与之发生湮灭（Annihilation），放出两个伽玛光子(gamma ray photon)，每个能量为0.511*10^6 eV 。当正电子与原子核接触时，就会与核外电子发生湮灭，这就是阳电子炮的原理正电子不是地球上物质的基本成分.正电子虽然比较稳定,但一碰到电子就会很快湮灭而转变为光子,所以不容易观测到.
正电子的发现使人联想到是否存在反质子,反中子......,现在已经证实每种粒子都存在一种和它对应的反粒子.
有人设想,用反粒子制造反物质(例如反氢原子),上述等粒子体的获得,是向制造反氢原子迈进的很大的一步.物质和反物质的结合中(湮灭中),可释放大量的能量(比核能高几个数量级),未来宇宙飞船有可能携带某种物质和这种物质的反物质作为能源.
若要实现人类载人火星探索的伟大梦想，我们需要数吨化学燃料，相反，若使用反物质，则仅需数十毫克，理论速度极限可达光速的十分之一。然而，事实上，这种动力的诞生也伴随着代价。有些反物质的反应会生成大量高能伽马射线。伽马射线就如同照射在类固醇上的X光一样，它们能穿透物质，分解细胞内分子，因此，它们会对人体有害。另外，高能伽马射线由于会使制造发动机材料的原子破裂，会让发动机本身也具有放射性。
美国正在开发反物质飞船，现在已有原型机ＬＹ，但没法坐人，放上去试验的生物，各位绝对猜不出结果，不仅仅是死亡，是神秘地消失了，不存在，仪器测出这些生物都变成伽玛射线了，这么夸张的飞船哪个飞行员敢上去．
正电子的发现
正电子虽然有了理论预言，但在实验上还未发现。当时科学界与现在科学界追求发现新粒子的风气不同，不轻易承认新粒子的存在。那时带正电的粒子只有质子，所以有人认为狄拉克方程中所出现的带正电的粒子很可能就是质子，不然为什么在实验上没有发现呢？这个想法包括狄拉克本人也曾有过。
时隔不久，1932年狄拉克的预言很快被实验证实了，那是美国物理学家安德森（1905—1991）在研究宇宙射线在磁场中的偏转情况时发现的。当时，他正同密立根（基本电荷的测定者）一起研究宇宙线是电磁辐射还是粒子的问题。那时大多数人同意康普顿的论证，认为宇宙射线是带电粒子，密立根对此很不满意。安德森于是想弄清楚进入云室的宇宙射线在强磁场作用下会不会转弯。他在云室中拍摄了一张照片，这张照片使他一夜没合眼。他发现，宇宙射线进入云室穿过铅板后，轨迹确实发生了弯曲，而且，在高能宇宙射线穿过铅板时，有一个粒子的轨迹和电子的轨迹完全一样，但是弯曲的方向却“错”了。这就是说，这种前所未知的粒子与电子的质量相同，但电荷却相反，而这恰好是狄拉克所预言的反电子。当时安德森并不知道狄拉克的预言，他把所发现的粒子叫做“正电子”。第二年，安德森又用γ射线轰击方法产生了正电子，从而从实验上完全证实了正电子的存在。从此以后，正电子便正式列入了基本粒子的行列。
正电子的发现，引起了人们极大的兴趣。很快就查明，正电子不但存在于宇宙射线中，而且在某些有放射性核参加的核反应过程中，也可以找到正电子的径迹。实验发现，利用能量高于1兆电子伏的γ射线辐射铅板、薄金属箔、气态媒质等都有可能观察到正电子的出现。而且正电子总是和普通电子成对地产生，它们所带的电荷相反，因而在磁场里总是弯向不同的方向，此外，电子对湮灭成光子对的说法也得到实验证实。
电子对的产生及湮灭使人们对基本粒子的认识发生了重大的变化，人们不得不重新考虑究竟什么是基本粒子问题。本来基本粒子意味着这些粒子是构成物质最基本的、不可再分的单元，象电子这样的基本粒子既不能产生，也不会消灭。但现在发现在适当的条件下，正、负电子对可以成对地产生或湮灭，也就是说可以相互转化。物质的各种形态可以相互转变，这在认识上无疑是个巨大的飞跃。在这以后又发现了更多的反粒子，因而更多的事实反复证实了这一规律。
1936年，安德森因发现正电子而获得了该年度的诺贝尔物理奖，时年仅为31岁。
超导电性
某些物质在一定温度条件下电阻降为零的性质。1911年荷兰物理学家H·卡末林·昂内斯发现汞在温度降至4.2K附近时突然进入一种新状态，其电阻小到实际上测不出来，他把汞的这一新状态称为超导态。以后又发现许多其他金属也具有超导电性。低于某一温度出现超导电性的物质称为超导体。
超导电性的发现
1911 年，从著名的莱顿大学低温实验室里传出了一个惊人的消息：水银在零下269 摄氏度的条件下，它的电阻消失了。
过去，人们从未想到过导体的电阻可以变得一点也没有。电阻可以说是一种同时具有“优”“缺”点的性能。我们知道白炽灯泡能亮是由于灯丝有电阻，电炉能烧饭也得归功于炉丝的电阻。但是，在输电线上，在电动机里，在电子器件中，电阻使电能产生白白的消耗，电阻越大，电的消耗也越大，在这种情况下，我们希望电阻越小越好，最好是没有，如今真的能让电阻消失，这对电气工程来说，真是一个大喜讯。
发现这个现象的是荷兰物理学家卡麦林—翁纳斯。翁纳斯领导的实验室是世界上“最冷的地方”，虽然莱顿城里鲜花常开，但是实验室里制造出来的低温，比南极或北极的最低温度（-88℃）还要低几倍。
低温世界是一个魔术般的世界，把一束鲜花放在液态氮中一浸，拿出来向地上一摔，鲜花就会像玻璃一样破碎；把一只橡皮球放在液态氮里一浸，拿出来以后，能像铃铛一样敲响。水银在低温下冻得比铁还硬，可以用锤子把它钉在墙上；在液氮中冻硬的面包，在漆黑的房间里竟然发出天蓝色的光辉。
翁纳斯简直被这童话般的世界迷住了。他决心获得更低的温度。当时，科学家已经能把除了氦气以外的气体全部都变为液态。利用液态氢，已获得了-253℃的低温。但是，要使氦气变成液态困难还很大。例如在液体氦的温度下，连空气都会变成固体。如果不小心与空气接触，空气便会立刻在液体氦的表面上结成一层坚硬的盖子。但是翁纳斯是一位出色的实验专家，这一点困难是吓不倒他的。
翁纳斯出身在一个书香之家，叔叔伯伯都是知名的学者，父母也是博学之士。翁纳斯从小就表现出对于数学、物理的天分。他不仅喜欢读书，把家中丰富的藏书读个遍，还喜欢动手实验。
翁纳斯有一次做实验时，化学药品引燃了周围的织物，等他发现时，火势已不可控制，火借风势，刹时间半座楼就被烧毁了。他被吓坏了，逃到野外，在灌木丛中躲了一夜。
救过火以后，父母亲才发现翁纳斯丢了。于是又连夜寻找直到次日的凌晨。看到缩成一团的小翁纳斯，又冷又害怕，父亲非常心疼，他一把抱起儿子说，“我的孩子，别害怕，为了研究科学，你就是把自家的房子全拆了，把田地全毁了，我也不会埋怨你的。”父母的教育对翁纳斯产生了极大的影响。
翁纳斯的成就还要感谢两位老师的精心培养。18 岁的翁纳斯进入德国海德堡大学学习，深受著名化学家本生和学者基尔霍夫的器重。在两位导师的指导下，他养成了锲而不舍、精益求精的治学态度，很快就获得博士学位。29 岁就担任莱顿大学物理学主任教授，并着手在该校建立一个低温实验室。
提起科研，提起实验室，在有些人的心目中总是明亮的屋子，轻松的工作，只要按一下电钮就可以了。实际上，低温实验室简直像一个车间，实验室里充满了管道，还有隆隆作响的真空泵。因为低温不是一下子就能获得的。必须沿着温度的台阶一步一步向下走，温度越低就越困难。翁纳斯先用液化氯甲烷达到-90℃，用乙烯达到-145℃，用氧气达到-183℃，用氢气达到-253℃。终于在1908 年成功地实现了最后一种“永久气体”——氦气的液化，得到了-269℃的低温。在这以后，他用液氦抽真空的方法，得到-272℃。
这个温度属于超低温，当时世界上只有莱顿大学的低温实验室可以得到这么低的温度。翁纳斯和他的同伴在这得天独厚的条件下进行极低温度下的各种现象的研究。他们发现水银、铅、锡一般降温到该物质的特性转变点以下时，电阻会突然消失，变成“超导电性”物体。
这就是说，在一个超导线圈中一旦产生了电流就会周而复始地流下去。因为电阻已经消失，电流不会在流动中衰减，翁纳斯把一个铅制的线圈放在液体氦中，铅圈旁放一块磁铁，突然把磁铁撤走，根据法拉第发现的电磁感应，铅圈内便产生了感应电流。果然，在低温的条件下，电流不断地沿着铅圈转起来，就像不知疲倦的一匹马一样。1954 年3 月16 日的一次类似实验，电流持续了长达两年半的时间，一直到1956 年9 月5 日才由于液态氦供应不上而终止。理论计算表明，如果保持这种低温条件，电流就是流10 万年也不会衰减。
这种现象物理学称为超导现象。1913 年，翁纳斯因为这项重大的发现获诺贝尔奖。翁纳斯之所以能获得这种殊荣，与他的治学态度有关。他在总结自己一生探索经验时说：“只要一养成做学问的习惯，那就跟一日三餐那样，到时不吃不喝，就会感到饥渴难忍。有了做学问的习惯，还要牢记一点，那就是专和精。跟整个知识相比，个人所掌握的实在太渺小了。我认为，人可以在专和精中求广博；如果想懂得一切，那显然是不切实际的无稽之谈。”
翁纳斯的这一番话是值得人们深思的。他的一生也确实是这样做的。在逝世的前两年，他已是71 岁的老人，仍然经常通宵达旦地工作，直到他1926年逝世之日。
主要性质
超导体的主要性质表现为：
①超导体进入超导态时，其电阻率实际上等于零。从电阻不为零的正常态转变为超导态的温度称为超导转变温度或超导临界温度，用Tc 表示。
②外磁场可破坏超导态。只有当外加磁场小于某一量值Hc时才能维持超导电性，否则超导态将转变为正常态，Hc 称为临界磁场强度。Hc 与温度的关系为Hc≈H0〔1－(T／Tc)2〕，H0 是T＝0K时的临界磁场强度。
③超导体内的电流强度超过某一量值Ic 时，超导体转变为正常导体，Ic称为临界电流。
④不论开始时有无外磁场，只有T＜Tc，超导体变为超导态后，体内的磁感应强度恒为零，即超导体能把磁力线全部排斥到体外，具有完全的抗磁性。此现象首先由W.迈斯纳和R.奥克森菲尔德两人于1933年发现，称为迈斯纳效应。一个小的永久磁体降落到超导体表面附近时，由于永久磁体的磁力线不能进入超导体，在永久磁体与超导体间产生排斥力，使永久磁体悬浮于超导体上。
第一类和第二类超导体
超导体分第一类(又称Pippard超导体或软超导体)和第二类(又称London 超导体或硬超导体）两种。在已发现的超导元素中只有钒、铌和锝属第二类超导体，其他元素均为第一类超导体，但大多数超导合金则属于第二类超导体。第一类超导体只存在一个临界磁场Hc，当外磁场H＜Hc时，呈现完全抗磁性，体内磁感应强度为零。第二类超导体具有两个临界磁场，分别用HC1（下临界磁场）和HC2（上临界磁场）表示。当外磁场H＜HC1时，具有完全抗磁性，体内磁感应强度处处为零。外磁场满足HC1<H<HC2时，超导态和正常态同时并存，磁力线通过体内正常态区域，称为混合态或涡旋态。外磁场H增加时，超导态区域缩小，正常态区域扩大，H≥HC2时，超导体全部变为正常态。
理论研究
对超导体的宏观理论研究开始于W·H·开塞姆、A·J·拉特杰尔和C·J·戈特等人的工作，他们运用热力学理论分析讨论了超导态和正常态之间的相变问题，得出超导态的熵总是低于正常态的熵这一重要结论，这意味着超导态是比正常态更为有序的状态。
二流体模型
戈特和H·B·G·卡西米尔根据以上结果于1934年提出了超导态的二流体模型，认为超导态比正常态更为有序是由共有化电子（见能带理论）发生某种有序变化所引起，并假定：①超导体处于超导态时，共有化电子可分成正常电子和超导电子两种，分别构成正常流体和超导电子流体，它们占有同一体积，彼此独立地运动，两种流体的电子数密度均随温度而变。②正常流体的性质与普通金属中的自由电子气相同，熵不等于零，处于激发态。正常电子因受晶格振动的散射而会产生电阻。超导电子流体由于其有序性而对熵的贡献为零，处于能量最低的基态。超导电子不会受晶格散射，不产生电阻。③超导态的有序度可用有序参量ω（T）＝Ns（T）／N表示，N为总电子数，Ns为超导电子数。T＞TC时，无超导电子，ω＝0；Τ＜Tc时开始出现超导电子，随着温度T的减小，更多的正常电子转变为超导电子；T＝0K时，所有电子均成为超导电子，ω＝1。根据上述二流体模型可解释许多与超导电性有关的实验现象。
超导体的宏观电磁理论
1935年，F·伦敦和H·伦敦两兄弟在二流体模型的基础上运用麦克斯韦电磁理论提出了超导体的宏观电磁理论，成功地解释了超导体的零电阻现象和迈斯纳效应。根据伦敦的理论，磁场可穿入超导体的表面层内，磁感应强度随着深入体内的深度X指数地衰减：B(x)∝e-x/λ，衰减常数λ称为穿透深度。当超导体的线度小于穿透深度时，体内的磁感应强度并不等于零，故只有当超导体的线度比穿透深度大得多时，才能把超导体看成具有完全的抗磁性。实际测量证实了存在穿透深度这一理论预言，但理论数值与实验不符。1953年A.B.皮帕德对伦敦的理论进行了修正。伦敦的理论未考虑到超导电子间的关联作用，皮帕德认为超导电子在一定空间范围内是相互关联的，并引进相干长度的概念来描述超导电子相互关联的距离（即超导电子波函数的空间范围）。皮帕德得到了与实验相符的穿透深度。
京茨堡·朗道理论
1950年，V·L·京茨堡和L·D·朗道在二级相变理论的基础上提出了超导电性的唯象理论，称为京茨堡·朗道理论（简称GL理论）。超导态与正常态间的相互转变是二级相变（相变时无体积变化，也无相变潜热）。1937年朗道曾提出二级相变理论，认为两个相的不同全在于秩序度的不同，并引进序参量η来描述不同秩序度的两个相，η＝0时为完全无序，η＝1时为完全有序。GL理论把二级相变理论应用于正常态与超导态的相变过程，其独到之处是引进一个有效波函数ψ作为复数序参量，｜ψ｜2 则代表超导电子的数密度，应用热力学理论建立了关于ψ的京茨堡-朗道方程。根据GL理论可得到许多与实验相符的结论，例如临界磁场、相干长度及穿透深度与温度的关系等。GL理论还给出了区分第一类超导体和第二类超导体的判据。A.A.阿布里考索夫根据GL理论详细讨论了第二类超导体的基本特性。L.P.戈科夫从超导体的微观理论导出了GL方程。今把GL理论与后来阿布里考索夫和戈科夫的工作合起来称为GLAG理论。
BCS理论
J·巴丁、L·N·库珀和J·R·施里弗三人于1957年建立了关于超导态的微观理论，简称BCS理论，以费米液体为基础，在电子，声子作用很弱的前提下建立起来的理论。它认为超导电性的起因是费米面附近的电子之间存在着通过交换声子而发生的吸引作用，由于这种吸引作用，费米面附近的电子两两结合成对，叫库珀对。BCS理论可以导出与伦敦方程、皮帕德方程以及京茨堡-朗道方程相类似的方程，能解释大量的超导现象和实验事实。对于某些超导体，例如汞和铅，有一些现象不能用它解释，在BCS理论的基础上发展起来的超导强耦合理论可以解释。
应用
超导电性具有重要的应用价值，如利用在临界温度附近电阻率随温度快速变化的规律可制成灵敏的超导温度计；利用超导态的无阻效应可传输强大的电流，以制造超导磁体、超导加速器、超导电机等；利用超导体的磁悬浮效应可制造无摩擦轴承、悬浮列车等；利用约瑟夫森效应制造的各种超导器件已广泛用于基本常数、电压和磁场的测定、微波和红外线的探测，及电子学领域。高临界温度超导材料的出现必将大大扩展超导电性的应用前景。
磁悬浮技术
简介
随着航天事业的发展，模拟微重力环境下的空间悬浮技术已成为进行相关高科技研究的重要手段。目前的悬浮技术主要包括电磁悬浮、光悬浮、声悬浮、气流悬浮、静电悬浮、粒子束悬浮等，其中电磁悬浮技术比较成熟。
电磁悬浮技术（electromagnetic levitation )简称EML技术。它的主要原理是利用高频电磁场在金属表面产生的涡流来实现对金属球的悬浮。
将一个金属样品放置在通有高频电流的线圈上时，高频电磁场会在金属材料表面产生一高频涡流，这一高频涡流与外磁场相互作用，使金属样品受到一个洛沦兹力的作用。在合适的空间配制下，可使洛沦兹力的方向与重力方向相反，通过改变高频源的功率使电磁力与重力相等，即可实现电磁悬浮。一般通过线圈的交变电流频率为104—105Hz。同时，金属上的涡流所产生的焦耳热可以使金属熔化，从而达到无容器熔炼金属的目的。目前，在空间材料的研究领域, EML技术在微重力、无容器环境下晶体生长、固化、成核及深过冷问题的研究中发挥了重要的作用。
目前世界上有三种类型的磁悬浮。一是以德国为代表的常导电式磁悬浮，二是以日本为代表的超导电动磁悬浮，这两种磁悬浮都需要用电力来产生磁悬浮动力。而第三种，就是我国的永磁悬浮，它利用特殊的永磁材料，不需要任何其他动力支持。
中国到底有磁悬浮技术吗？
最近，“中华01号”永磁悬浮路车模型在大连举行的2006中国国际专利技术与产品交易会上亮相。该模型是大连3000米永磁悬浮试验线路的仿真微缩，专为城市之间的区域交通设计。列车在高架的磁轨上运行，设计时速230公里，既可货运，又可客运，适用于大都市圈的交通运输。
据半岛晨报报道 只有在小说、科幻电影中才能见到的“空中悬浮”列车马上就要出现在大连人身边了。记者从昨日的专交会上了解到，3000米永磁悬浮试验线拟定年底在开发区建设。
昨日上午，在大连世界博览广场举办的“2006年中国国际专利技术与产品交易会”上，“中华01号”1/10槽轨永磁悬浮微缩路-车格外引人注目。该车按照1/10比例微缩，几何尺寸按实车微缩；路桥结构、轨道结构、车辆结构与悬浮功能为仿真微缩。在技术人员的操作下，悬浮在槽轨上的微缩列车十分轻巧“跑”起来，启动、刹车十分灵活并且悄无声息。
据了解，目前世界上有3种类型磁悬浮技术，即日本的超导电动磁悬浮、德国的常导电磁悬浮和中国的永磁悬浮。永磁悬浮技术是中国大连拥有核心及相关技术发明专利的原始创新技术。据技术人员介绍，日本和德国的磁悬浮列车在不通电的情况下，车体与槽轨是接触在一起的，而利用永磁悬浮技术制造出的磁悬浮列车在任何情况下，车体和轨道之间都是不接触的。
中国永磁悬浮与国外磁悬浮相比有五大方面的优势：一是悬浮力强。二是经济性好。三是节能性强。四是安全性好。五是平衡性稳定。
槽轨永磁悬浮是专为城市之间的区域交通设计的，列车在高架的槽轨上运行，设计时速230公里，既可客运，又可货运。大连磁谷科技研究所有限公司苏珣总经理告诉记者，3000米永磁悬浮列车线路预计在今年年底建设，地点拟定在开发区。
磁悬浮列车
磁悬浮列车利用“同性相斥，异性相吸”的原理，让磁铁具有抗拒地心引力的能力，使车体完全脱离轨道，悬浮在距离轨道约1厘米处，腾空行驶，创造了近乎“零高度”空间飞行的奇迹。
世界第一条磁悬浮列车示范运营线——上海磁悬浮列车，建成后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里只需6～7分钟。
上海磁悬浮列车是“常导磁吸型”（简称“常导型”）磁悬浮列车。是利用“异性相吸”原理设计，是一种吸力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁，在磁场作用下产生的吸力是车辆浮起来。
列车底部及两侧转向架的顶部安装电磁铁，在“工”字轨的上方和上臂部分的下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流使电磁铁和轨道间保持1厘米的间隙，让转向架和列车间的吸引力与列车重力相互平衡，利用磁铁吸引力将列车浮起1厘米左右，使列车悬浮在轨道上运行。这必须精确控制电磁铁的电流。
悬浮列车的驱动和同步直线电动机原理一模一样。通俗说，在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电，能将线圈变成电磁体，由于它于列车上的电磁体的相互作用，使列车开动。
列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。列车前进时，线圈里流动的电流方向就反过来，即原来的S极变成N极，N极变成S极。循环交替，列车就向前奔驰。
稳定性由导向系统来控制。“常导型磁吸式”导向系统，是在列车侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。列车发生左右偏移时，列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，产生排斥力，使车辆恢复正常位置。列车如运行在曲线或坡道上时，控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制，达到控制运行目的。
“常导型”磁悬浮列车的构想由德国工程师赫尔曼 肯佩尔于1922年提出。
“常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作原理完全相同。只是把电动机的“转子”布置在列车上，将电动机的“定子”铺设在轨道上。通过“转子”，“定子”间的相互作用，将电能转化为前进的动能。我们知道，电动机的“定子”通电时，通过电磁感应就可以推动“转子”转动。当向轨道这个“定子”输电时，通过电磁感应作用，列车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动。
上海磁悬浮列车时速430公里，一个供电区内只能允许一辆列车运行，轨道两侧25米处有隔离网，上下两侧也有防护设备。转弯处半径达8000米，肉眼观察几乎是一条直线；最小的半径也达1300米。乘客不会有不适感。轨道全线两边50米范围内装有目前国际上最先进的隔离装置。上海线路将最终延伸到杭州。并且直接为世博会服务。
磁悬浮列车的优点
磁悬浮列车有许多优点：列车在铁轨上方悬浮运行，铁轨与车辆不接触，不但运行速度快，能超过500 千米／小时，而且运行平稳、舒适，易于实现自动控制；无噪音，不排出有害的废气，有利于环境保护；可节省建设经费；运营、维护和耗能费用低。它是21 世纪理想的超级特别快车，世界各国都十分重视发展磁悬浮列车。目前，我国和日本、德国、英、美等国都在积极研究这种车。日本的超导磁悬浮列车已经过载人试验，即将进入实用阶段，运行时速可达500 千米以上。
到目前可以讲，磁悬浮列车轨道技术在中国，磁悬浮列车技术仍在德国，引进产品是引进不来技术的。我国的轮轨铁路技术有近百年的历史，形成了专门从事机车设计、科研创新的产业大军，拥有数十年设计、制造、运营、维修配套的四十多万人的产业链。磁悬浮技术掌握在少数专家、教授手中，是不具备应用条件的。 磁悬浮列车需要高架，高架梁的绕度必须小于1毫米，因此，高架桥跨一般要小于25米，桥墩基础要深30米以上。因此，在上海到杭州的地面上要形成一道200多公里的挡墙。此外，由于运行动力学的影响，轨道两侧各100米内是不允许有其他建筑物的。修建沪杭磁悬浮，占地多，对环境影响比较大。
磁悬浮列车的缺点
2006年，德国磁悬浮控制列车在试运行途中与一辆维修车相撞，报道称车上共29人，当场死亡23人，实际死亡25人，4人重伤。这说明磁悬浮列车突然情况下的制动能力不可靠，不如轮轨列车。 在陆地上的交通工具没有轮子是很危险的。因为列车要从动量很大降到静止，要克服很大的惯性，只有通过轮子与轨道的制动力来克服。磁悬浮列车没有轮子，如果突然停电，靠滑动磨擦是很危险的。此外，磁悬浮列车又是高架的，发生事故时在5米高处救援很困难，没有轮子，拖出事故现场困难；若区间停电，其他车辆、吊机也很难靠近。
[ 本帖最后由 七眼巨人RBT 于 2008-5-16 04:02 AM 编辑 ] |
人类是地球上最肮脏。丑恶的动物…只要落入鬼畜道，就没有救赎的机会了…将人类同化成真嗣是我的夙愿…
 |
|
发表于 2008-5-15 02:57 PM
| 
