DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 5. 研究展望 5.1. 研究方法与手段需要不断完善和创新 IAT是内隐群体偏好常用的一种测量方法。但是最近有研究者提出标准的IAT不能真实反映个体真实的态度。标准的IAT容易受到非个人信息的影响，故同时反映了个人态度相关联想和非个人态度相关联想，非个人态度相关联想可以存在于记忆中，但不属于态度的组成部分。例如，儿童相比苹果更喜欢棒棒糖，但是IAT评估的态度却显示儿童非常喜欢苹果  (Karpinski & Hilton， 2001) ，这是因为苹果在是社会公认的健康食品，而棒棒糖则被赋予垃圾食品的称号。这类的非个人信息可以在社会感知者的头脑中出现，但是却无法反映他们本身的态度。  Olson等(2009) 研究发现，低地位群体内儿童在IAT测验中没有表现出内群体偏好，但在个人化IAT (personalized IAT)中却显示出内群体偏好。他们认为个人化IAT (包括一系列的测验)比起标准IAT更少地受到非个人信息的影响，所以更能准确反映个体的群体态度。标准IAT是否如  Olson等(2009) 所认为的不适用于群体态度测量呢？个人化IAT是否比标准IAT更真实地测出儿童的态度与偏好呢？目前这方面的研究还非常少，今后需要大量的实证研究进行验证。 现有的内–外群体偏好研究方法比较单一、陈旧，可以说主要依靠问卷法与IAT。问卷法过于主观，在测量儿童群体偏好与态度方面存在严重的社会赞许效应。而IAT测量群体态度的可靠性又受到一些学者的质疑。故未来的研究中很有必要探索一些更为有效且实用的新方法、新手段，开发新的研究工具，以便更为真实、有效地测得儿童的群体偏好。此外，已有的儿童群体偏好的研究只是现象的描述，未深入到本质与机制的探讨。儿童在内–外群体之间做出选择时，他们头脑中的认知过程和加工机制是怎样的？目前还鲜有研究。所以，儿童群体偏好作为发展心理学与社会心理学的交叉研究课题，有必要同认知神经科学相结合，从发展、社会认知、脑神经三个层面更深入、更全面地开展跨学科研究。 5.2. 研究内容与视角应继续细化 以往的研究更多地关注了儿童的群体态度与内–外群体成员外在特征信息之间的联系，例如国外研究者通常以种族、性别、年龄等先天生理特征来区分内–外群体，而国内研究者通常以经济状况、社会地位、地域差异等后天环境因素来区分内–外群体，这两种群体划分参照标准哪种更容易被儿童理解和接受？中西方群体界定差异是否会影响到研究方法的适切性及研究结论的迁移性？深入的跨文化研究该怎样开展？针对我国关于儿童群体偏好的研究极其匮乏的现状，上述问题将是心理学科研工作者们当务之急最需思考和解决的。另外，先天生理特征与后天环境因素均属于客观因素，内–外群体成员的内在特征信息如兴趣、需要、情绪、人格等主观因素对儿童群体偏好的影响如何呢？目前的研究寥寥无几。同时，群体偏好是一个综合体，是对群体各个方面特征的态度权衡的结果，所以下一步有必要把儿童的内–外群体偏好进行细化。比如，可以分别研究儿童对内–外群体的学业能力、兴趣爱好、人际交往等某一群体特征的偏好，并联系该群体特征偏好的主要影响因素进行深入探讨，如果只是空泛地研究群体偏好，将不利于其本质的揭示。  Corenblum等(2006) 在这方面作出尝试，他研究了儿童面孔识别的内群体偏好，结果与面孔认知的多维度面部空间理论预期相一致，认为儿童不仅在识别内群体成员面孔上比识别外群体成员面孔上更为准确，他们在对先前看到过的面孔的再认上也是内群体成员面孔的再认速度更快，而且，他们在判断内群体新成员面孔时的自信度比外群体更高。 5.3. 儿童群体偏好的应用研究须大力推广 儿童内–外群体偏好研究对不同文化背景下儿童的身心发展有何指导意义？年幼儿童的内–外群体偏好对其今后认知及社会性发展有没有实质影响？例如，西方特殊群体儿童(包括移民儿童、寄养儿童、贫困儿童、残疾儿童等)及中国文化背景下特有的流动儿童、留守儿童等弱势群体儿童长期存在的外群体偏好对于他们自尊、自信、性格、情绪、人际关系、学业等方面的发展是否有潜在的消极影响？如果有，我们该如何引导和干预？大量研究已经表明，相对来自高收入家庭的儿童来说，来自低收入家庭的儿童显示出行为问题的高发生几率的和心理发展的延迟问题，低质量的父母教养是贫穷影响儿童发展结果的一个中介变量  (Brody et al.， 2002) 。移民儿童可利用的学校资源和他们的家庭是学业发展的重要原因  (Han， 2008) 。这样看来，今后可以结合儿童群体偏好及心理发展问题产生的环境变量，更好地把群体偏好的研究成果应用到促进年幼儿童及弱势群体儿童健康发展的课题上。
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user: 摘 要 随着全球经济的快速发展，大容量高能耗移动电子产品相继问世，移动备用电源应运而生。然而移动电源(充电宝)类产品因其国家标准空缺、市场门槛低、监管缺失等原因致使市场乱象频生。因此，本文对便携式移动电源(充电宝)类产品存在的问题进行简要概述。 关键词 :移动电源，充电宝，监管，质量问题
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user: 1. 背景 随着全球经济的快速发展以及3G/4G网络的普及，各类移动手持设备大量涌现，以智能手机为代表的数码通讯产品性能不断提高，屏幕尺寸越来越大，但产品本身可容纳的电池体积却越来越小，直接导致便携数码产品自带电池容量无法满足日常使用需要，于是移动电源(充电宝)类产品应运而生。相关调查表明移动电源(充电宝)类产品从面世至2011年初，市场关注度都相对较为平缓，但是从2011年中期至今的市场关注度曲线却出现了几近垂直的上升。据统计，中国拥有数码产品总量超13亿台，个人同时拥有5种数码产品的消费者则超过1亿！保守数据分析，如果仅仅按照市场3%的购买需求，未来一年多移动电源(充电宝)类产品市场容量约为2400万台，有高达50多亿元的市场销售空间。
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user: 2. 概念和工作原理 移动电源(Mobile Power Pack)也叫“充电宝”，是集储电、升压、充电管理于一体的便携式设备，可以给手机等数码设备随时随地的充电或待机供电，图1给出了常见的一款充电宝的图片。它可分为AC插头型、LED屏显型、分体叠加型、带太阳能型和平板电脑型等种类。从移动电源的内部结构来看，主要由锂电池、保护电路以及PCB电路板所组成，而一款移动电源的优劣也由这三部分体现。虽然移动电源的构成只有3个部件，但电芯的好坏，PCB板能否提供过充、断电等保护，甚至移动电源所搭配的线材，都会直接影响到移动电源的质量。当给移动电源充电时，输入充电控制电路根据电池电压的变化对充电电流进行控制，即多段式的充电方案；当移动电源放电时，其与其他设备相连的瞬间触发输出DC/DC转换电路启动，将电芯在3.0 V~4.2 V之间浮动的电压转换成5 V给这些设备充电，产品内部结构示意图如图2所示。
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user: 3. 存在问题 移动电源最早出现在2001年CES展览会上，当时作为一个概念产品展出，通过一个控制电路将几节AA电池拼凑在一起，用来给其他数码设备供电。直至2007年美国苹果公司推出的iPhone智能手机才极大的促进了移动电源的发展，从2009年起市场上各种品牌的移动电源产品应运而生。据统计，2012年移动电源品牌超过500个，出货量达到100万以上的就有10家。移动电源在我国起源于2003年，从2007 年开始有少数厂商涉足移动电源。目前移动电源系统的系统的最大生产厂家是中国台湾地区的新普，日系和日系与中国台湾的合资厂占半数[ 1 ] 。 移动电源(充电宝)类产品以锂电池芯为能量体，因此若无良好的安全和保护措施，在过充电、过放电、输出短路等异常情况下可能导致产品损坏甚至发生起火、爆炸；在静电干扰、高温、重物冲击、跌落等严酷环境下也可能导致产品损坏，甚至危害使用者的人身财产安全。由于移动电源行业国家标准空缺、制造业准入门槛低、市场监管缺失等原因，在其快速发展时期涌入很多缺乏技术产条件的厂家，他们的产品缺乏创新，并且在外观设计上也与知名移动电源产品雷同，再加很多山寨小厂为了谋取更多利益采用低劣材料，造成市面上出现大量质量参差不齐的劣质产品，更有部分厂家为了抢占市场，用镍氢电池 图1. 常见的移动电源(充电宝)类产品 图2. 移动电源(充电宝)类产品内部结构示意图 代替锂离子电池作为移动电源系统的储能元件，低价扰乱市场。 因此，移动电源(充电宝)类产品事故频频发生。如2014年5月深圳地铁龙华线一列车尾部出现烟雾，迫使行驶中的列车突然停下，起因为乘客携带的移动电源充电时发生爆炸。2013年上海市质监局发布风险监测预警，称在京东、宏图三包、国美、百脑汇、农工商超市等6大卖场购买的22个批次移动电源产品中，有13个批次产品存在较高风险，或引发爆裂、火情等严重危害，问题产品涉及倍斯特、迪比科、铁达信、易迪、酷凡、羽博等品牌[ 2 ] 。2014年8月国家质检总局发布移动电源质量安全风险警示。 综上所述，目前移动电源(充电宝)类产品主要存在的质量问题如表1所示。从表中可以看出存在的问题有1) 电性能问题，如电量少、循环寿命短、转化率低，充放电电流电压不稳定；2) 保护功能问题，如过度充电和过度放电保护功能不足、无短路保护等功能等；3）机械性能问题，如外壳易于破碎、不耐冲击和振动；4) 安全性不足，如散热性能差、环境适应性差、撞击和针刺等易于起火爆炸；5) 产品无标签。移动电源市场乱象频出，已成为行业发展的最大障碍。因此，整顿市场、制定国家标准、健全监管体系已经迫在眉睫[ 3 ] 。 日前，国内适用于充电宝的标准有以下三种：CIAPS0001-2014《USB接口类移动电源行业标准》[ 4 ] 于2014年5月1日起正式发布实施，属于电池中国化学与物理电源行业协会标准。该标准中规定了USB Table 1 The problems for the mobile power pack product 电性能 保护功能 机械性能 环境适用性 其它 容量不达标、 循环寿命短、 量虚标、 转化率低、 充放电电流电压不稳定、 内部电芯的一致性差 过度充电保护功能不足、 过度放电保护功能不足、 无过流保护、 无短路保护 振动、冲击、撞击 和针刺等易于起火爆炸 散热性能差、 壳体应力不足、 耐高低温不足、 壳体绝缘性差 内部电芯为翻新再利用产品、 产品无标签、容量虚标、 PCB设计粗糙 表1. 移动电源(充电宝)类产品存在的问题 接口类移动电源的定义、要求、试验方法及标准、标志、包装、运输和贮存。然而做为机电产品，从整体考虑，移动电源的安全性评估应使用整机标准GB4943.1-2011《信息技术设备安全第1部分：通用要求》[ 5 ] 。即将实施的GB31241-2014《便携式电子产品用锂离子电池和电池组安全要求》[ 6 ] 针对的是移动电源内部电池芯的要求，它不可以看成移动电源标准。据悉，国家已下达充电宝国家标准制定的计划，期待强制标准的早日实施，为规范国内充电宝市场提供一个指向。
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user: 4. 结论 政府监管部门针对移动电源这种新产品应尽早制订一个较为全面的权威标准，以强制性标准的形式发布实施。一旦有了统一的国家标准，行业门槛自然提高，才能为锂离子电池行业和相关产业的发展保驾护航，行业自净指日可待。除了建立国家标准，监管部门也不能缺位，否则，国标也将成为一纸空文。移动电源虽不起眼但隐患不可估量。相关监管部门应该对现有移动电源市场进行有效整顿，依靠法治力量，肃清三无生产厂商，保护消费者合法权益，促进中国移动电源行业制定规范的行业标准，促进移动电源生产企业转型升级，推动电源行业、市场、企业健康发展。
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user: 摘 要 为深入认识粉尘云的分散行为，本文开发了基于改进Siwek 20 L测试系统的可视化装置；利用高速摄像系统和图像处理技术，获得了Siwek 20 L装置内镁粉颗粒在扬尘过程中粉尘云透光率随时间的变化，并结合粉尘云浓度的变化对透光率曲线进行了分析。研究表明本方法所获的透光率变化过程与粉尘实际浓度变化具有一致性，能有效辨识粉尘云的运动状态和时空分布特性；在扬尘阶段，透光率曲线随时间增加首先迅速下降继而稳态波动，直观反映了颗粒快速喷射形成粉尘云，且粉尘云形成初期湍动剧烈但平均浓度相对稳定的实际过程；扬尘完成后，湍流强度急剧衰减、颗粒不断沉降，粉尘云浓度随之降低，导致透光率曲线随之上升。相较于PRL光学粉尘探针法，该方法获得的透光率结果能更客观地反应扬尘过程中粉尘浓度的实际变化规律，为粉尘云运动过程的研究提供了新的手段。 关键词 :镁粉，粉尘爆炸，点火延迟时间，灰度
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user: 1. 引言 粉尘爆炸研究及事故预防是过程工业面临的重大课题之一，深入认识粉尘爆炸行为、准确预测爆炸特性参数对于粉尘爆炸的防控至关重要[ 1 ] 。目前，大多数粉尘爆炸特性研究主要依托于Siwek 20 L和ISO 1 m 3 球形装置，研究内容主要集中于不同条件下的粉尘爆炸敏感度(爆炸下限浓度、极限氧浓度等)和猛烈度参数(最大爆炸压力、最大压力上升速率及燃烧持续时间等) [ 2 ] -[ 7 ] ，而对粉尘云形成过程的研究相对较少。因此，当前实验研究结果大多以名义粉尘浓度(即分散粉尘质量除以球体固定容积)为基础展开讨论，即通常假设测试装置内粉尘云分散完全均匀、整个球体内无沉降现象和局部浓度差异[ 1 ] [ 8 ] [ 9 ] ；考虑到粉尘云均匀性很大程度上会影响粉尘云的实际浓度，因此，该假设造成的误差在一定程度上会影响测试参数的准确性，尤其是爆炸下限[ 9 ] 。此外，研究还表明，标准测试条件并不能系统地测定最具代表性或者最安全的爆炸特性参数，例如，Siwek 20 L球内60 ms的标准点火延迟时间对大多数粉尘(尤其是纳米粉尘)并不适合[ 10 ] [ 11 ] 。因此，评估点火时刻粉尘云的分散效率对深入认识粉尘爆炸行为及完善粉尘爆炸测试标准意义重大。 先前研究通常采用PRL (Pittsburgh Research Laboratory)光学粉尘探针[ 12 ] [ 13 ] 考察实验装置内粉尘云的分散效率，其主要通过检测入射光线的衰减程度以定义实际粉尘云浓度。Hertzberg [ 14 ] 和Cashdollar [ 15 ] 使用该方法分别考察了8 L、PRL 20 L和Fike 1 m 3 爆炸装置内粉尘云分散均匀性。Kalejaiye [ 9 ] 系统深入地考察了Siwek 20 L爆炸球内粉尘分散效率，并与PRL 20 L和Fike 1 m 3 爆炸装置内测得结果进行了对比，正如Bourgue定律[ 16 ] 所预测的，实验透光率在半对数坐标下都表现出线性下降的规律，但其透光率–时间曲线并未能如实反映粉尘云的沉降过程，且该方法只能在装置内进行定点测量，无法识别粉尘云的运动过程，具有一定的局限性。此外，对Siwek 20 L球内粉尘云形成过程的3D CFD模拟结果[ 17 ] [ 18 ] 也表明，由于分散过程中存在大量湍流涡结构，装置内粉尘云分散并不均匀。该结果有助于全面理解粉尘云形成过程。然而，由于数值模拟结果的准确性很大程度上取决于边界条件的设置，模型的验证需要可靠的实验数据。 基于以上背景，本文建立了喷粉过程可视化实验装置，以镁粉为实验介质对Siwek 20 L爆炸测试装置内的喷粉过程进行了实验研究，利用高速摄像技术对粉尘云形成过程进行实时记录，同时基于图像处理技术和灰度图像序列获得透光率–时间曲线，继而对粉尘云形成过程中实际粉尘云浓度变化进行分析，研究表明本方法透光率的变化过程与粉尘实际浓度变化具有一致性，从而为标准测试装置内粉尘云形成过程的研究提供新的手段。
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user: 2. 可视化实验装置及原理 2.1. 可视化测试装置 Siwek 20 L球形爆炸测试系统是国际标准ISO 6184-1、欧盟标准EN 14034、美国材料试验学会标准ASTME1226和中国标准GB/T 16425共同推荐的用于测试粉尘爆炸特性的标准装置。实验过程中通常采用高压空气射流形成悬浮粉尘云。为深入了解粉尘云形成过程及其分布均匀性，本文建立了Siwek 20 L可视化装置，即将装置原有不锈钢球体替换为透明的耐压有机玻璃球。需要指出的是，Siwek 20 L可视化装置未安装点火系统，以便于观察粉尘云的形成过程，其装置实物图见图1。 该测试系统包括可视化Siwek 20 L装置、控制系统和高速摄像系统三部分，其结构简图如图2所示。装置本体为20 L耐压透明有机玻璃球，分为上下两个半球，通过密封环密封便于拆卸清洗。球体底部通过机械两相阀与容积为0.6 L的储粉罐相连。控制系统用于控制储粉罐进气、喷粉、高速摄像机采样等一系列动作的自动化运行。高速摄像系统则由高速摄像机和光源系统组成，分别位于球体赤道面两侧，高速摄像机的采样速率为400 fps，图片分辨率为1280 × 1024像素，记录范围包含整个有机玻璃球。 实验采用标准燕尾槽分布器并按照标准粉尘分散程序执行。实验时，球体预先抽真空至−0.06 MPa，并将预称质量的镁粉装入储粉罐内；打开光源和高速摄像机等待采样；随后，运行自动控制系统，高速摄像机和粉尘分散系统同时被触发，储粉罐被加压至2.00 MPa后，气动机械两向阀迅速开启，粉尘试样在高压气体的驱动下经两相阀快速分散至球体内形成常压粉尘云，气–粉两相流的发展过程则由高速摄像机实时同步记录。值得注意的是，为消除日光对实验结果的影响，整个实验过程均在暗室环境下进行。 图1. Siwek 20 L可视化装置实物图 图2. 可视化冷态测试系统简图 2.2. 图像处理 2.2.1. 透光率与粉尘浓度的关系 本文的可视化测量方法主要基于光强衰减原理对粉尘云浓度变化进行检测，当一定波长的平行光束穿过粉尘云时，入射光线会因粉尘颗粒对光的散射和吸收作用发生衰减，且粉尘云浓度越高，入射光线衰减越严重。因此，透过粉尘云的入射光分率(简称“透光率”，T)可以用于测定粉尘云浓度(c) [ 9 ] [ 15 ] 。透光率与粉尘云浓度间的关系由Bouguer定律 [ 16 ] 给出，其表达式如下： (1) 其中，Q为消光系数或效率[-]，c为通过光束路径的平均粉尘浓度[g/m 3 ]，L为固定光程长度[m]，ρ为粉尘颗粒密度[g/cm 3 ]，D s 为颗粒表面平均直径[μm]。消光系数Q是无量纲参数，包含由散射和吸收引起的光损失。方程式(1)表明，透光率大小取决于粉尘浓度和颗粒粒径。对于粉尘分散过程，其局部浓度与透光率的关系可表述为如下形式： (2) 由此可知，c与lnT呈正比关系，且透光率越高，粉尘浓度越低。 基于上述理论，PRL光学粉尘探针已广泛应用于粉尘爆炸测试装置，成为测量粉尘均匀性的主要手段。然而，该方法只能在装置内进行定点测量，且无法识别粉尘云的运动过程，具有一定的局限性。为此，本文建立了喷粉过程的可视化装置，整个球体内粉尘云的形成及发展过程由高速摄像系统进行实时记录，并通过图像处理技术对图像灰度和透光率进行了关联。 2.2.2. 图像灰度与透光率 灰度(Grayscale)是指黑白图像中点的明暗程度，通常用百分比表示，范围一般从0% (纯白)到100% (纯黑)，故黑白图像也称灰度图像。数字图像由像素矩阵组成，其数据阵列记录了图像中每一点的像素值，对于灰度图像而言，图像数据则代表各点的颜色强度值。图3为高速摄像机记录的粉尘云分散过程的帧图片，经过像素矩阵提取后，可以得到灰度值的像素矩阵。 图3. 像素矩阵的提取与计算区域选取 本文采用的可视化实验系统的工作原理与光学粉尘探针类似，粉尘颗粒的存在会吸收和散射入射光，高速摄像机镜头接收入射光强度的减弱，导致其采样图像灰度的增加。图像灰度值与透光率之间的对应关系如图4所示。且满足下述关系： (3) 其边界条件为： c = 0时，T = 100%，G = 0% 时，T = 0%，G = 100% 喷粉过程开始前，由于装置内无粉尘颗粒存在，入射光源未被散射或吸收，因而能够完全被相机镜头接收，即透光率值为100%，此外，由于入射光线未被遮挡，图像亮度达到最大值，即采样图像灰度值为最小值0% (纯白)。正如前文所述，粉尘云浓度的增加通常会降低入射光线的透光率、增加采样图像的灰度值，因此，当粉尘云浓度足够高时，入射光线无法透过粉尘云抵达相机镜头，采样图像的灰度值达到最大(100%，纯黑)，相应地，其透光率也达到0%。 因此，对于图4所示的像素矩阵，其平均透光率可通过下式计算： 算术平均值： (4) 均方根值： (5) 其中，m和n分别为像素矩阵中像素点的行、列数。
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user: 3. 图像采集与处理 3.1. 粉尘云形成过程可视化描述 基于上述可视化Siwek 20 L测试系统，镁粉粉尘云的运动过程和均匀性可由高速摄像系统同时记录。实验样品选用市售雾化球形金属镁粉，纯度为99.9%，其粒径分布由带数字图像化技术的Leitz金相显微镜测得，结果由表1给出。图5给出了浓度为500 g/m 3 的镁粉分散状态随时间变化的灰度图像。其中，镁粉粉尘云随空气射流流动的方向由虚线箭头表示。 图4. 透光率与图像灰度值之间的相关性 图5. 镁粉分散状态随时间变化的序列灰度图像(C = 500 g/m 3 ) Table 1 The particle size distribution of tested magnesium dus 粉样 粒径分布 含量 (wt%) d 10 (%m) d 50 (μm) d 97 (μm) 镁粉 4.1 7.5 23.9 >99.9 表1. 实验镁粉的粒径分布 结果表明，Siwek 20 L装置内镁粉分散过程中粉尘云湍动剧烈、流动复杂且均匀性较差。从图中可以看出，镁粉粉尘云大多以块状粉尘颗粒束组成。分散初期粉尘云浓度随粉尘颗粒的持续注入而迅速增加，大量粉尘颗粒在高速气流作用下沿球壁面快速汇聚于顶部，气流的对冲作用致使颗粒束向分布器垂直方向运动并沿壁面下落，粉尘云在球体内形成涡流。然而，由于后续喷射气流速度减弱，扬尘诱导湍流强度逐渐衰减，尤其是在两向阀关闭之后(t = 60 ms)，粉尘云中部分颗粒逐渐开始沉降，粉尘云浓度逐渐下降。 此外，值得指出的是在150~300 ms范围内，粉尘云浓度显著增加且更加均匀，这主要是由于喷粉结束后大颗粒逐渐沉降，粉尘云中颗粒分布大多为分散性较好的细颗粒部分，其在回旋气流作用下由底部运动至中间区域形成了较为均匀的粉尘云。然而由于湍流的严重衰减，其浓度随后迅速下降。 3.2. 喷粉过程中粉尘云浓度变化规律 3.2.1. 典型的透光率–时间曲线 选取镁粉试样在质量浓度500 g/m 3 下的连续高速记录图像进行分析，图6给出了选定像素矩阵(50 × 50像素，见图3)的平均透光率随扬尘时间的变化规律。由图可知，采用算术平均值和均方根值计算的透光率结果差异较小，透光率T随扬尘时间的增加，由其初始值100%迅速下降达到最小值并在40~70 ms内保持相对稳定但随时间波动剧烈；此后，随着扬尘时间的进一步增加，透光率则逐渐增加。 3.2.2. 粉尘云实际浓度变化 根据Bougure定律 [ 9 ] 可知，粉尘云浓度与透光率成正比关系，其变化规律具有一致性，即透光率越低，粉尘云浓度越高。因此，图6中给出的透光率–时间曲线同时也反映了粉尘云实际浓度随时间的变化关系。由图可知，粉尘云浓度在0~40 ms内迅速增加，并在40~70 ms内保持相对稳定，当扬尘时间大于100 ms时，粉尘云浓度衰减较为显著。 究其原因，在扬尘过程开始前(t < 0 ms)，装置内无粉尘颗粒存在，入射光线因未被吸收或散射而不发生衰减，整个采样区域的透光率值恒定为100%。扬尘过程开始后，透光率在0~40 ms内的迅速下降主要归因于粉尘颗粒的不断增加，大量粉尘颗粒在高压气流的作用下持续注入球体内部，粉尘浓度的不断增加大削弱了入射光线的透过性，其强度的大幅衰减致使采样图像的灰度显著增加，因此透光率迅速下降；40 ms以后扬尘过程基本完成，由于湍流强度较高以及大量粉尘颗粒的持续喷射，粉尘云达到相对稳定的高浓度悬浮状态，因此透光率在40~70 ms内达到最小值并保持相对恒定；当扬尘时间超过70 ms后，由于玻璃球内湍流强度不断衰减，大量粉尘(尤其是大颗粒粉尘)在自身重力作用下不断沉降，粉尘浓度持续降低，因而透光率呈现出不断增加的趋势。 需要指出的是，透光率在0~7.5 ms内与其初始值保持一致并未发生明显衰减，这主要归因于实验用燕尾槽分布器的分散模式 [ 18 ] 。扬尘过程开始后，大量粉尘颗粒在高压气流的作用下高速撞击分布器上板面，经下板面反弹后沿壁面运动至球体顶部汇聚，最后分散至整个球体。而图中采样位置处于球心附近位置，在0~7.5 ms内颗粒并未运动至该位置，因此透光率并未出现衰减。 此外，图5中虚线给出了透光率随时间变化的趋势线，据此可以将喷粉过程划分为三个连续阶段：即粉尘颗粒快速喷射阶段、粉尘云稳定阶段和粉尘云沉降阶段。鉴于粉尘爆炸特性受粉尘云浓度影响显著，因此，较为准确的粉尘爆炸特性测试应在粉尘云稳定阶段进行点火。由此可知，Siwek 20 L装置设置的60 ms标准点火延迟时间是适合的。 3.3. 可视化方法与PRL光学粉尘探针法的对比分析 图7分别利用PRL光学粉尘探针法和喷粉过程可视化图像法测得的典型透光率–时间曲线。图7(a)为Kalejaiye et al. [ 9 ] 利用粉尘探针法测得的25 g/m 3 沥青粉的透光率–时间曲线，与可视化图像法测得结果(镁粉粉尘浓度200 g/m 3 ，见图7(b))进行对比分析发现，在扬尘初期阶段，两种测量方法对粉尘云浓度 图6. 透光率随时间的变化曲线 图7. PRL光学粉尘探针法(a)和喷粉过程可视化图像法(b)测得的透光率–时间曲线 增加而导致的透光率下降都表现出较高的灵敏性，虽然图像法获得的透光率–时间曲线与PRL光学粉尘探针法测得的曲线较为类似，但亦存在诸多不同点。 图7(a)中结果表明，采用PRL光学粉尘探针测得的透光率大约在10 ms处取得最小值，随后迅速增加并保持相对稳定，研究者将该尖峰归因于PRL光学粉尘探针视窗处高速喷射的初始块状粉尘簇 [ 9 ] ；值得注意的是，即使在较低粉尘浓度下(沥青粉尘，25 g/m 3 )，透光率的最小值仍接近于0。 需要指出的是，扬尘过程超过30 ms后，各位置处的透光率值基本保持稳定。然而，考虑到适当的湍流强度是维持粉尘悬浮的必要条件，扬尘完成后粉尘云湍流强度随时间急剧衰减、颗粒不断沉降(尤其是大粒径颗粒)，粉尘云浓度逐渐降低，继而反映为透光率的增加。因此，PRL光学粉尘探针法测得的透光率–时间曲线并不能完全真实反映喷粉过程中粉尘云浓度变化的实际过程，尤其是粉尘云沉降过程。 此外，粉尘云浓度是粉尘爆炸特性的重要影响因素之一 [ 6 ] [ 8 ] ，图7(b)表明粉尘云浓度在40~70 ms范围内达到其最大值，该结果说明国际标准ISO 6184-1、欧盟标准EN 14034、美国材料试验学会标准ASTME1226和中国标准GB/T 16425共同推荐的60 ms标准点火延迟时间具有合理性。因此，采用图像法对Siwek 20 L装置内粉尘云分散过程的表征结果优于PRL光学探针法的结果，能更准确反映出粉尘爆炸测试装置内粉尘云浓度的实际变化规律。
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user: 4. 结论 本文着重于开发表征粉尘分散过程的可视化研究方法。该方法旨在可视化Siwek 20 L测试系统基础上，利用高速摄像机全面记录粉尘爆炸装置内粉尘云的运动状态，并采用图像处理技术提取透光率–时间曲线，对分散过程中粉尘云浓度变化进行分析。研究为粉尘云均匀性分析提供了新的方法，为粉尘分散过程数值模拟提供了实验依据，对粉尘爆炸测试的标准化具有重要意义。 1) 基于可视化Siwek 20 L测试系统，可以直观地观察并记录粉尘云的形成过程(包括粉尘云的运动状态和时空均匀性)。 2) 对于金属镁粉，其分散过程中粉尘云湍动剧烈、流动复杂且均匀性较差。粉尘云分散后期阶段，由于湍流强度的急剧衰减，粉尘云沉降现象加剧。 3) 基于图像处理技术获得的透光率–时间曲线呈现出先迅速下降并趋稳，后逐渐上升的变化规律。粉尘云浓度越高，入射光线透过性越差，采样图像的灰度值越大，即粉尘云的透光率也越低。 4) 相较于PRL光学粉尘探针法，本文开发的图像法所获结果能更真实地反映粉尘云浓度的实际变化规律。
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user: 摘 要 近地表处置是应用最早、最广泛的低、中水平放射性废物的处置技术。本文介绍了国外几个近地表处置场及国内西北、北龙处置场的设计和运行情况，并对各国的近地表处置场进行了比较，提出了我国近地表处置场建设的相关建议，为我国近地表处置场建设提供参考。 关键词 :低、中水平放射性固体废物，近地表处置
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user: 1. 引言 放射性废物处置的任务是在废物可能对人类造成不可接受的危险的时间内，将废物中的放射性核素限制在处置场范围内，防止放射性核素以不可接受的浓度或数量向环境释放而影响人类的健康与安全。放射性废物处置是放射性废物的最终安全归宿。低、中水平放射性固体废物处置技术主要有：近地表处置、洞穴处置(近地表处置的一种特殊形式)及地质处置。 洞穴式处置方式对人类活动和自然干扰影响小、安全性好，但是，水文地质情况复杂，往往多地下水与洞室，不宜直接处置废物，需要经过整治和安全分析与环境影响评价之后才能使用。地质处置安全性高，但处置成本非常高，通常用于处置高水平放射性废物。工程近地表处置方式是应用最早、最广泛的低、中水平放射性废物的处置技术，具有广泛的工程应用实践，其相比于洞穴式处置和地质处置宜于选址、易于建造、操作简便、投资较低。 我国西北处置场、北龙处置场都是近地表处置场。国际上，近地表处置场的典型代表是法国的芒什和奥布处置场，日本六所村处置场等[ 1 ] 。
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user: 2. 国外低、中放废物处置情况 2.1. 美国 美国采用的处置方式是浅地表填埋，在建造时并未考虑会发生核素迁移，废物没有或很少进行整备，也没有对回填和覆盖层给予重视，工程比较简陋。 美国从20世纪60年代开始陆续建造了6个商用处置场，在70年代相继关闭了4个，只剩下华盛顿州汉福特的里奇兰和南卡罗来纳州的巴威尔设施。后来又建造了犹他州恩罗克尔处置场[ 1 ] [ 2 ] 。 2.2. 法国 法国有2个处置场，芒什处置场及奥布处置场。芒什处置场是以混凝土构筑物、水泥浇筑回填的一体化工程设施，有严格的回填、覆盖和排水设施，是工程近地表处置的典型代表。 1) 芒什处置场 法国1969年开始营业的第一座放射性废物近地表处置库芒什中心处置设施，与阿拉格后处理厂相邻，于1969年1月开始运行，规划处置容量50万m 3 。1994年关闭时共处置低、中放废物53万m 3 ，芒什处置场如图1所示。芒什处置场采用混凝土窖仓，分两层叠放8个大型混凝土废物容器(每个体积为2 m 3 )，中间空隙堆放卵石，然后浇注水泥灰浆，铸成一个整体。在其上面浇铸混凝土盖板后，再堆放放射性水平较低的200 L废物桶，最后盖1~1.5 m土层、植被[ 1 ] [ 2 ] 。 2) 奥布处置场 从芒什处置场进入监督阶段以来，在法国东部奥布建造了新的近地表处置设施。奥布处置场从1992年开始运行，规划处置容量为100万m 3 ，到2005年，已经处置了约16万m 3 低、中水平放射性废物，奥布处置场处置单元如图2所示。奥布处置场采用全地上式处置方式，处置单元上面有可移动仓房，避 图1. 芒什处置场示意图 图2. 奥布处置场处置单元 免雨水进入。废物被处置在大型混凝土处置单元内，所有操作都是在金属隔框的保护下进行，防止废物包和雨水发生接触。该设施的设计可以顺利适应可能产生的不同类型的废物包，不论是传统尺寸的废物桶(200 L)还是更大的包装(核电站的反应堆顶盖) [ 3 ] 。 2.3. 日本 日本核燃料公司(JNFL)在北海道六所村建造了一个低放废物处置场，截至2004年处理能力为8万m 3 ，最终的建造规模将总计达到60万m 3 。处置场制定了具体的安全目标，在300年的有组织控制阶段，公众剂量限制为每年1 mSv。在300年后，公众剂量限值为每年10 μSv。 日本处置场设有10个混凝土处置单元，每个单元分16室，每室可处置320 L/200 L桶废物，装满后回填，盖混凝土4 m厚土。1992年12月8日，开始接收废物，设计处置容量满足处置到2030年[ 1 ] [ 2 ] 。 2.4. 捷克 捷克杜库凡尼处置库是位于杜库凡尼核电站附近的一座工程近地表处置库，如图3所示，处置核电厂产生的低、中放废物，库容55，000 m 3 。共有112个处置单元，可处置核电厂运行和退役全部废物，计划运行到2100年。到2011年已有17个处置单元装满了废物。 杜库凡尼处置库处置核电厂运来的沥青固化体等废物。废物装载200 L镀锌钢桶中，验收卸车后，吊车到处置单元中。将剂量率高的废物放在处置单元的底部和中部，这种运行工艺规程发挥废物桶的自屏蔽作用，降低处置单元外部的辐射。处置单元装满废物后，浇注水泥砂浆和盖混凝土盖板[ 1 ] [ 2 ] [ 4 ] 。
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user: 3. 国内低、中放废物处置情况 西北处置场是我国建造的第一座近地表处置场，于1999年投入试运行，当年接收并处置了首批低、中放废物。西北处置场位于干旱少雨、人烟稀少的戈壁滩上，采用地下式处置方式，处置单元设计为无底板的钢筋混凝土构筑物。 西北处置场位于干旱地区，水入渗的可能性小；风沙较大，所以覆盖层结构要防止水份的蒸发和腐蚀两个问题。西北处置场经过几年的运行，为我国低、中放废物处置方面积累了一定的处置工艺和处置场选址、设计、建设及运行管理的经验。 北龙处置场位于多雨潮湿地区，场址离海岸较近，处置单元设计成有底板的地上式钢筋混凝土构筑物，处置单元上有挡雨仓房，避免雨水进入。为了弥补场址自然条件的不足，加强了处置单元的工程设计。覆盖层顶部设计成屋脊形，并在其边坡处设排水沟，便于雨水径流[ 5 ] -[ 7 ] 。
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user: 4. 各国近地表处置场比较 各国近地表处置场比较如表1所示。 图3. 捷克杜库凡尼低、中放废物处置库 Table 1 The comparison of near-surface disposal site 名称 芒什 奥布 六所村 杜库凡尼 西北 北龙 国家 法国 日本 捷克 中国 处置技术 工程近地表 处置库 工程近地表 处置库 工程近地表 处置库 工程近地表 处置库 工程近地表 处置库 工程近地表 处置库 处置单元方式 混凝土槽坑放置8个大混凝土容器(二层)浇盖板，上层再堆放200 L废物桶，上盖1~1.5 m土，覆土植被 混凝土槽24 × 21 × 6 m，上面有可移动仓房，避免雨水进入 地表下14~19 m深处，混凝土地下构筑物 混凝土槽，装满废物后，浇注水泥砂浆和盖混凝土盖板 无底板地下式处置单元，无地下管网，覆盖层为5层共2 m 有底板地上式处置单元，有地下管网，处置单元上有可移动仓房，覆盖层为6层共5 m 表1. 各国近地表处置场比较 上述各国的低、中水平放射性废物处置场均采用工程近地表处置技术，处置单元一般都是钢筋混凝土结构，由顶板、侧墙和排水管廊等组成。为了适应不同的场址特性和不同类型的废物，处置单元设计可以采用地上式、地下式和半地下式结构。如奥布处置场和北龙处置场的处置单元采用地上式结构，而西北处置场的处置单元采用地下式结构。 近地表处置场设计一般遵循多重屏障的原则，多重屏障系统由废物体、废物包装容器、处置单元等组成。工程屏障的设计应考虑湿度、温度的变化，化学和生物的作用等，保证设计寿期内的安全。
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user: 5. 总结 各国选建低、中水平放射性废物处置设施，取决于国土条件、废物处置方针策略和国家社会、经济、技术条件，还应重点考虑处置设施的长期安全性。我国的低、中放废物处置已经取得长足发展，但在废物管理相关法律、法规和管理体制方面仍有待健全和完善，同时仍需深入研究国外先进的经验，完善近地表处置技术，以适应发展的需要。
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user: 摘 要 核电站出现严重核事故时，反应堆安全壳内的放射性气溶胶将迅速增加，一旦释放于大气环境中将带来严重后果，增大事故的危险性，故需使用相应的过滤吸附装置避免此种放射性气溶胶向大气中扩散。现有的反应堆安全壳内气溶胶过滤器大多数为网状结构，需要定时更换滤纸，且气溶胶在滤纸上的沉积会影响事故情况下的泄压。本文研究、设计了一个不需更换滤纸即可收集过滤安全壳内气溶胶的微流体惯性冲击式气溶胶过滤器(简称MEMS过滤器)，并用模拟试验验证了该设想的可行性。 关键词 :核电站，气溶胶，过滤，微流体惯性冲击器
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user: 1. 引言 核电站内部大气环境中的天然放射性气溶胶通常情况下浓度很低且处于平衡状态[ 1 ] ，但出现严重核事故时，核电站一回路承压边界完整性被破坏出现泄漏，将导致人工放射性气溶胶在热压动力作用下迅速释放到核电站内部环境大气中造成其放射性气溶胶浓度显著升高 [ 2 ] ，如果将此类放射性气溶胶直接排放到大气中将严重危害大气环境。目前核电站使用的过滤器主要有高效过滤器、活性炭过滤器、文丘里洗涤器，砂堆过滤器几种 [ 3 ] ，虽然能对放射性气溶胶进行一定的过滤和收集，但存在需要高放射性条件下更换滤纸、产生二次放射性液态或固态废物等缺点 [ 4 ] 。本文设计、研究了一个微流体惯性冲击式气溶胶过滤器(简称MEMS过滤器)，能够收集微米尺寸的颗粒，且弥补上述不足。微机电系统(MEMS)是微型设备技术，微型器件有很多潜在好处，例如性能高、功耗低、反应灵敏、成本低等。在过去的二十年中，MEMS技术有过很大的进步，但据调查显示，目前还没有将MEMS惯性冲击器其应用于气溶胶收集的先例。本文提出的MEMS过滤器着眼于实现安全壳内部微米范围内气溶胶的收集，无论在设计理念上还是技术上都是一次新的尝试。
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user: 2. 原理及几何模型 MEMS过滤器实质是一个微流体惯性冲击器，该惯性冲击器利用摄入其中粒子的惯性将不同粒径的粒子进行分离，实现收集和过滤。设计MEMS过滤器为T型管，扁形喷嘴入口，即如图1所示。当不同尺寸的微粒打入过滤器中后，由于气溶胶粒子的惯性，粒径大的粒子将会打在T型管底板上，粒径小的粒子会随管内的空气流继续运动而不被收集。依据调研结果，反应堆安全壳内的气溶胶粒子多为2 mm左右，故实现对气溶胶微粒收集的关键是设计合理的T型管尺寸，使得尺寸在2 mm的粒子能被有效收集。
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user: 3. 计算模型的建立 3.1. 管道内连续性流场的建立 Marple等人 [ 5 ] - [ 7 ] 深入研究了惯性冲击器，在理论研究方面，数值求解冲击器内空气流场的Navier- 图1. 微流体惯性冲击器几何模型 Stokes方程。流体力学中，当雷诺数Re小于2300时流体为层流流动，此时流体也可视为不可压缩流体。 (3-1) 其中 为入口平均流速， 为管口宽度， 为运动粘度。本文设计的T型管因入口宽度， 远小于其长度L，从而可以忽略一个维度方向的速度，将流体的流动简化为二维，并设在小雷诺数下做层流流动，同时忽视流体流动的对流条件，在模拟T型冲击器中的流场时，对其建立斯托克斯方程和连续性方 程。经过对长度 ，速度 以及压力 ( 为流场的密度)的规范化后，在二维坐标 、无量纲流场 以及流场压力场中通过求解N-S方程和连续性方程求得。 3.2. 离散相轨道计算模型的建立 颗粒的作用力平衡方程(颗粒惯性 = 作用在颗粒上的各种力)在笛卡尔坐标系下的形式(x方向)为 [ 8 ] (3-2) 式中， 为颗粒的单位质量曳力，N/kg；u为流体相速度，m/s； 为颗粒速度，m/s； 为流体密度，kg/m 3 ； 为颗粒密度(骨架密度)，kg/m 3 。本文中设定核电站中气溶胶的颗粒直径为2 mm，适用于Stokes曳力公式。此时， 。 为流体动力黏度， ；系数 为Stokes.曳力公式的Cunningham修正(考虑稀薄气体力学的颗粒壁面速度滑移的修正)， ，λ为气体分子平均自由程，m。 3.3. T型过滤器尺寸设计 粒子的运动服从牛顿第二定律，即 ，在载流场中，粒子将具有由于粒子与流体间由于斯托克斯曳力而产生的相对速度，设颗粒球体的直径为 ，则斯托克斯曳力为 ，其中 是颗粒与流体间的相对速度，将问题进行规范化，则颗粒的无量纲运动方程为 [ 9 ] (3-3) 表示粒子在t时刻的位置， 表示流场在坐标 时的速度。Stk即斯托克斯数定义为 [ 6 ] ， (3-4) 式中 为粒子密度， 为粒子直径， 为入口平均速度， 为管口宽度， 为流体的运动粘度。Stk为粒子在静止流体中的停止距离与进口喷管的宽度之比，故Stk与粒子是否能被收集有直接关系。 对于不同Stk，T型冲击器对粒子的收集效率不同，经模拟试验获得收集效率曲线如图2所示。 由效率曲线可知，当 数大于1.1时，收集效率E为1，即粒子全部被收集；当 小于1时，收集效率E为0，即粒子全部流出。模拟试验结果表明，若获得最佳收集效果，关键是在安全壳内部环境条件下确定合理的T型冲击器尺寸。通过相关试验可获得不同尺寸T型冲击器(Y/W)的收集效率与不同雷诺数的关系如图3所示。 由图3模拟试验结果可得，当Y/W = 1/2时，收集效率对雷诺数的依赖比Y/W = 1时小，因此，为保证在安全壳内不同雷诺数下的适用性，选择Y/W = 1/2的尺寸设计。
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user: 4. 模拟试验验证 本模拟试验采用颗粒轨道模型对气相和颗粒相以及两相之间的相互耦合作用进行模拟时，即在欧拉坐标系下考察流体相的运动，在拉格朗日坐标系下考察离散颗粒相的运动。为计算射入的颗粒，将颗粒相的边界在进出口设置成Escape面，壁面全部设置为Trap面。试验模拟小雷诺数下的颗粒运动，即颗粒的运动为层流，气相采用速度入口以及自由出口的类型。 根据试验分析及核电站安全壳内的具体环境条件，模拟气溶胶粒子为合金材料颗粒，密度是空气的8030倍，并设粒子直径为2 µm，设定温度为150℃ [ 10 ] 。模拟计算时，设计气相和颗粒的入口压力为0.407 Mpa [ 10 ] ，考虑粒子在运动中受重力、布朗运动阻力、热泳力、萨夫曼力及压力梯度力作用。对于T型冲击器而言，设计微米级别尺寸以满足小雷诺数的条件，T管的入口直径设计为W = 1 mm，出口Y = 0.5 mm，高度T = 1 mm。为保证粒子的碰撞距离，设计较长的收集板为13 mm。用以上尺寸设计T型冲击式过滤器尺寸，Navier-Stokes方程及连续性方程使用FLUENT软件DPM模型进行求解，并根据实际情况设计入口流速为6 m/s。
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user: 5. 模拟试验结果 根据方程(3) (4)及设计的T型冲击器尺寸，进行模拟计算。在理论方面，流体可视为不可压缩流体，依据具体适用情况，设雷诺数Re = 340，使用FLUENT软件模拟得到T型冲击器内空气流场如图4所示。 在计算中，经过网格敏感性分析，使用39414网格节点进行计算。则根据实际情况，由式(3) (4)可得Stk = 1.21 > 1.1。由分析可得，如果设计合理，粒子将会被全部收集。本试验设计连续喷入颗粒，并用FLUENT软件DPM模型追踪其运动轨迹，获得粒子轨迹图线如图5所示。
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user: 6. 结论及分析 1) 由图5可知，打入T型冲击器的气溶胶粒子被全部收集，即模拟试验用已被认可的计算流体力学FLUENT软件验证了该方案尺寸设计的合理性。同时说明了使用微流体惯性冲击器进行气溶胶收集的设想是可行的。 2) 通过图5粒子的运动轨迹图可以看出，粒子在T型冲击器内沉积很快，故在实际设计中T型冲击器底板不需要设计过长。 图2. 收集效率(E)与 的关系 图3. (a) 效率曲线(Y/W = T/W = 1)；(b) 效率曲线(Y/W = 1/2 and T/W = 1) 图4. 微流体惯性冲击器内部的空气流场 图5. 粒子运动轨迹图 3) MEMS惯性冲击器具有小型化、低成本、精度高、物理性好等优点，适用于安全壳内部环境，且因其体积微小，实际操作中可使用多个冲击器排列进行过滤收集，提高收集效率，微小的体积在过滤气溶胶的同时对事故情况下的泄压速度影响不大。 此外，本文作者之一，易明强博士已掌握相关微机电加工技术，且已经研发出尺寸小于1 mm的微观冲击器喷嘴，并进行了微米尺寸粒子的收集，故本文提出的使用MEMS惯性冲器收集微米尺寸气溶胶粒子的设想具有现实意义。 事故情况下放射性气溶胶释放到空气中将导致严重的污染，如何在事故情况下简单而有效的收集过滤放射性气溶胶是亟待解决的问题。本文经过分析及验证，证明了应用MEMS惯性冲击器过滤安全壳内放射性气溶胶的可行性。此方法原理简单且具有实际意义，不需要更换滤纸即可实现过滤，同时不影响事故情况下安全壳内的泄压速度，且不会产生二次放射性废物。可以预想，如果此方法成功应用，将弥补现有气溶胶过滤方法的缺陷，为有效防止事故情况下放射性气溶胶释放开辟出新的思路。
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user: 摘 要 根据修正后的狭义相对论，得出通电流等离子体的箍缩效应，本质上是尺缩效应，其并不能对聚变反应起促进作用。对电磁辐射理论的质疑，指出目前的电磁辐射理论并不符合麦克斯韦方程组，再结合聚变实验结果，推测目前的电磁辐射理论低估了聚变堆的辐射能。以上两点揭示了目前核聚变理论与实验形成巨大差异的原因，并得出目前的聚变装置不能实现聚变堆自持燃烧的结论。由此提出了对目前磁约束聚变装置在功能上的改进，将聚变堆包层第一壁设计为具有反射镜的功能，使辐射能重新返回，以达到聚变堆的自加热目的。最后探讨了磁镜与环流器相组合的聚变装置新型，阐述了该装置具有其它磁约束装置不可比拟的优势。 关键词 :核聚变，磁约束，电磁辐射，X光反射，磁镜，环流器，箍缩效应
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user: 1. 引言 可控核聚变是目前认识到的，最终解决人类社会能源问题和环境问题，推动人类社会可持续发展的重要途径之一。从上世纪60年代末至今，全世界共建造了上百个相关实验装置，分为惯性约束(ICF)和磁约束(MCF)两种。但科学家们在理论研究和实验技术上遇到了一个又一个难以逾越的障碍，距工业应用的最初目标依然很远。 ICF聚变是由激光器或粒子加速器产生的强脉冲能量，照射到含有聚变燃料的耙丸上，耙丸吸收强脉冲能量后形成高温、高密度等离子体，使聚变燃料发生聚变反应，释放出能量。这种聚变装置需要不断地向反应室中心提供核燃料靶丸，是以短脉冲方式运行的受控核聚变，需要周期性地重复点火驱动。受多种能量形式间的转换效率限制，靶丸的能量增益需大于150~200时，才能实现静电能的输出[ 1 ] 。而目前的能量增益，才刚刚实现1的突破 [ 2 ] 。所以ICF在很多环节上，都必须取得突破性的进展，否则是没有竞争力的。 MCF聚变是利用带电粒子在磁场的作用下，围绕磁力线转动，而不能横穿过磁力线的性质，将极高温度的等离子体核燃料，约束在磁场中。该种装置可不断地进行燃料添加及废料排放，是种可持续运行的受控核聚变装置。MCF聚变历史悠久，技术成熟，其最终目标，是实现人们所期望的可自持燃烧的聚变反应。这是ICF不能做到的，也是人们不愿放弃MCF的一个重要因素。但该装置实际工程中却遇到了很多难以解决的技术困难，如中子辐射对聚变堆包层第一壁材料的损坏，维修和放射性处理等等。这些问题造成了MCF进展的停滞不前，一直处于理论上可行的水平，其能量增益也落后于ICF。这使得MCF的应用前景不被当前看好，认为晚起步的ICF可能是更好的方案。 可见，无论是ICF还是MCF，目前都存在着难以解决的困难。代表世界最先进的中国EAST，其等离子体放电持续时间设计值为1000秒 [ 3 ] ，但实验模拟值只有几秒 [ 4 ] 。实际与理论的巨大差异，说明MCF在理论上必存在着重大缺陷。实验是验证理论的根据，理论是对实验发展的促进。所以，完善MCF核聚变理论，并指导实验装置的改进，是摆脱当前MCF困境的必然选择。
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user: 2. 磁约束核聚变理论的进一步完善 2.1. 重新认识箍缩效应 等离子体通以电流后，根据洛伦兹力定律，电流产生的磁场将使等离子体中的电粒子，沿垂直于电流方向的收缩，称为箍缩效应。一般设电流方向为z轴方向，所以也称为z箍缩。通常认为，箍缩效应会对等离子体产生向内的压力，从而使等离子体的密度和温度得以提高，是促进聚变点火的一个因素。其实不然。 狭义相对论的最新研究指明，运动物体在横向和纵向上，具有相同的尺缩效应[ 5 ] ，且皆源于力的作用[ 6 ] [ 7 ] 。对于流动的液体，由于其所占空间的尺缩，对其外部表现为压强减小，即伯努利效应。而对于普通气体，压强减小的同时，还会伴随着雾化效应而使温度降低。通以电流的等离子体，其横向尺缩源于洛仑兹力，纵向尺缩源于额外纵向力 [ 6 ] 。所以说，箍缩效应在本质上就是尺缩效应，而由此造成的等离子体密度提高，是电粒子间作用力的重新平衡，并不会增加等离子体内部的压力。这种空间上的收缩，表现为等离子体约束增强的假象。如果不考虑由电流和磁场引起的电粒子碰撞而产生的欧姆热，箍缩效应不会对聚变反应产生任何促进作用。 Z箍缩实验装置，是靠流经金属或金属丝阵围成的套筒的强大电流产生的磁场，而获得的高温、高压等离子体。对等离子体本身来说，属于外力作用的结果，并不是等离子体自身电流的箍缩效应。当套筒融断后，电流便全部流经等离子体，等离子体内部压力便不再增加。而当前的Z箍缩聚变理论，并没有考虑到这个因素，认为应能获得高产额(增益达100)聚变能 [ 8 ] ，从而过高地估算了电流的作用。这种情况同样存在于Tokamak装置中，成为理论与实验产生差异的一个重要因素。 2.2. 电磁辐射理论的重新审核 麦式方程组预言了电磁波的存在，但电磁波的辐射理论却是建立在电磁感应原理的基础上 [ 9 ] ，并认为电荷只要有加速度，就会形成电场扰动而感生出磁场，磁场再感生电场，如此反复，形成电磁辐射，并预测加速运动的电荷将受到辐射阻尼力的作用。但由辐射功率的拉莫尔公式导出的辐射阻尼力，不但理论上行不通，与实际观测值也远远不能符合 [ 10 ] 。再者，该辐射理论把电磁波看做电场的振动，这不但无法描述波形态的电场，也背离了电场的存在形式，更无法说明电磁波的粒子性，从而与光就是电磁波的结论发生矛盾。如此等等问题还有许多，而其中电磁波的零点困难更是其无法回避的死结。 电波和磁波(电磁波)是由麦式方程组分别推导得出的 [ 11 ] ，电波与磁波是同步的，是与电磁感应原理相矛盾的(零点困难的起因)。其电场的波动方程为： (1) 式(1)中，等号左边为辐射出的电磁波。等号右边是波源，其中 为常数( 磁导率， 自由电荷的体密度)， 为外电场的变化率。当外电场恒定或 时，等号左边成为脱离波源而传播的电磁波。可见，波源激发电磁波的条件之一是 。而如果波源中无自由电荷，即 ，波源也不能激发电磁波，即单凭电场的变化不能激发电磁波。因为波源中自由电荷的运动规律依赖于 ，所以，电磁波产生的本源是自由电荷的规律性运动。 设单位体积内自由电荷数为 ，则 ，则自由电荷的加速度 ( 为单个自由电荷质量)，得 ，则式(1)右边整理为 。因为自由电荷质量的密度 ，则式(1)整理为： (2) 由式(2)可知，波源中自由电荷加速度的变化率，才是激发电磁波的必要条件。从另一角度考虑，恒定的加速度不可能形成周期性的波动，这与质点的加速度恒定时，不会形成机械波的道理类同。可见，将电磁波理解为电磁场的相互激发是不能成立的，也不符合式(1) (2)或麦式方程组。可见，电磁感应与电磁波，本质上是两种不同的电磁规律，彻底否定了匀加速电荷激发电磁波和将电磁波定性为电磁场相互激发的理论。 目前所有电磁波的发射装置，本质上都是电荷的加速度随时间发生变化，且辐射垂直于加速度方向。圆周运动的电荷，虽加速度大小不变，但方向不断变化，根据式(2)，则仍将产生电磁辐射或称同步辐射。现代高能同步加速器的加速部分，都是采用直线加速装置 [ 12 ] ，是对电荷的不断重复加速，加速度的变化只存在于匀速与加速的交替时刻，而电荷在加速过程中，加速度近似恒定，所以这种加速装置的辐射很小，与式(2)符合。其实原子也辐射电磁波，如热辐射。原子之所以稳定，是因为辐射的能量与吸收周围物质辐射的能量相等，原子属于动态稳定。 麦式方程组是微积分方程，而微积分方程的解不仅仅决定于微分方程的形式，还依赖于解的初始条件。初始条件不同，同一微积分方程解法不同，结果也不相同 [ 13 ] 。由于数学解存在冗余项，单纯依靠数学上的预言，很难做到结果的唯一性，也不能揭示结果的具体生成机制。
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user: 3. 聚变堆自持燃烧的实现 3.1. 等离子体的热能损失 实现聚变能源的可利用，只能通过高温等离子体方法，这已为理论和实践所证明。这就要求聚变产物所携带聚变能，能够保证聚变堆形成自持燃烧，方可实现聚变能的有效输出。 等离子体的热能损失，主要是辐射损失。根据当前的电磁辐射理论计算，对于粒子密度 ，温度为4 keV的氘–氚反应堆的辐射功率，正好同核燃料产生的功率相平衡 [ 9 ] 。但1986年TFTR的放电，等离子体温度高达20 keV [ 14 ] ，已远远超过了聚变点火要求，但仍不能实现自持燃烧。中国的EAST，其增益也不到1 (首次实现增益大于1的，是采用惯性约束的美国国家点火装置 [ 2 ] )，可见其聚变反应是外界持续加热的结果，而不是自持燃烧。有学者曾猜测，部分 粒子以意想不到的方式逃离了等离子体，且不将动能留在等离子体中，但实验的分析结果却否定了这种猜测 [ 15 ] 。 在等离子体吸收 粒子能量的过程中，会把大部分能量首先转移给电子(与转移给离子的能量比高达170 [ 16 ] )，使电子产生更强烈的轫致辐射，导致了 粒子的动能损失。而劳逊判据推导的前提是，认为 粒子能量会全部留在等离子体中 [ 17 ] ，所以劳逊判据不能直接做为聚变堆自持燃烧的依据。 一般来说，温度在950℃时，辐射与传导对流传递的热能大体相等 [ 18 ] 。由此可见，极高温等离子体的辐射能则更是远远大于传导对流传递的热能。另外，同种粒子间碰撞所形成的辐射，虽然频率较低，易被等离子体吸收，但由于聚变堆的密度低、体积小，对其吸收也是有限的。研究认为，恒星内部的聚变能量，便是主要依靠辐射能进行热传递的 [ 19 ] 。 对辐射理论的质疑(2.2节)，说明目前的理论计算值是需要重新审核的。当然，从麦克斯韦方程组出发，对辐射作完整的计算，目前还充满着数学上的因难 [ 9 ] 。其实仅从上述实验结果的分析看，也完全可以肯定，对于目前的MCF装置，单纯依靠各种大功率装置对等离子体加热，是不能实现聚变堆自持燃烧目的的。 3.2. 聚变堆反射镜 目前的聚变装置存在两大困难，聚变堆的自持燃烧和中子辐射对聚变堆包层第一壁材料的损坏(近期内无彻底解决的思路)。所以，实现聚变能的可利用，必须改变现行聚变装置在功能上的设计理念，即，增加辐射能的直接利用功能。这样，便可大幅度提高聚变堆温度，并向着 等无中子生成的聚变反应跨进，力求从根本上解决这两大困难。 由于物质的辐射光谱就是其吸收光谱，所以采用光反射镜做为聚变堆的包层第一壁，将辐射能重新反射回聚变堆，极利于辐射能的重复吸收，从而大大减少聚变堆的热能损失。在目前情况下，反射镜是实现聚变堆自持燃烧的唯一可行途径，且还能起到些稳定和压缩等离子体的作用(ICF原理)。 做为聚变堆包层第一壁的反射镜，应能够对各种频率的光或电磁辐射进行高效率反射，尤其是X光的反射。X光穿透力强，对其反射的研究，是目前X光学研究热点。反射镜的设计有几种方式可选取，多层膜X光反射镜，碘化铯(CsI)等将X光转变为可见光，还可采用X光导管或毛细管原理，将X光导回聚变堆方法制成反射镜。具体选用哪种形式，要结合当前的技术水平和聚变类型加以选择，其宗旨是尽可能选用高反射效率的反射镜。 被反射镜吸收掉的辐射能量会变成热能，可用于向外发电。也可应用光电效应原理，将部分辐射能直接转换为电能。 等离子体中混入适量的杂质，可增加电子数密度。根据康普顿效应，X光子与电子碰撞，可转换为更低能量光子，利于反射效率的提高。可见，MCF聚变装置加入反射镜后，可使聚变堆达到更高的温度，其杂质影响也可忽略。 对于 型聚变，还要考虑反射镜的抗中子辐射损伤能力。为了减少中子对反射镜的伤害，可在聚变堆中加入过量锂(产生的氚可直接用于聚变燃料)或其它重离子对中子进行吸收，以尽可能延长反射镜寿命。相信随着反射镜制作技术水平不断提高和聚变技术的不断成熟，实现 ( 在地球上的蕴藏量很少，大量获取要依赖月球)这种无中子产生的理想聚变反应，是完全可行的。