氢气的研究论文

论文：氢原子能级与衰变原理

【编者按】微观物理世界极其复杂，在高中阶段接触比较少。主要以原子结构和氢原子能级、衰变和核能等方面介绍性内容，高考主要会考察氢原子能级结构，放射性原子的衰变。高考中经常会考察对a射线、 射线、 射线的理解，同时会结合在原子衰变中同时考察。

氢原子能级

①能级公式：

②半径公式：

氢光谱

在氢光谱中，n=2,3,4,5,……向n=1跃迁发光形成赖曼线系；n=3,4,5,6向n=2跃进迁发光形成马尔末线系；n=4,5,6,7……向n=3跃迁发光形成帕邢线系;n=5,6,7,8……向n=4跃迁发光形成布喇开线系；其中只有马尔末线生活费的前4条谱线落在可见光区域内。

天然放射现象

天然放射现象中三种身线及其物质微粒的有关特性的比较。

天然衰变中核的变化规律

在核的天然衰变中，核变化的最基本的规律是质量数守恒和电荷数守恒。

①a衰变：随着a衰变，新核在元素周期表中位置向后移2位，即

② 衰变：随着 衰变，新核在元素周期表中位置向前移1位，即

③ 衰变：随着 衰变，变化的不是核的种类，而是核的能量状态。但一般情况下， 衰变总是伴随a衰变或衰变进行的。

关于半衰期的几个问题

（1）定义：放射性元素的原子核有半数发生衰变所需要的时间。

（2）意义：反映了核衰变过程的统计快慢程度。

（3）特征：只由核本身的因素所决定，而与原子所处的物理状态或化学状态无关。

（4）理解：搞清了对半衰期的如下错误认识，也就正确地理解了半衰期的`真正含义。第一种错误认识是：N0个放射性元素的核，经过一个半衰期T，衰变了一半，再经过一个半衰期T，全部衰变完。第二种错误认识是：若有4个放射性元素的核，经过一个半衰期T，将衰变2个。事实上，N0个某种放射性元素的核，经过时间t后剩下的这种核的个数为

而对于少量的核（如4个），是无法确定其衰变所需要的时间的。这实质上就是“半衰期反映了核衰变过程的统计快慢程度”的含义。

原子核的人工转变和原子核的组成

用高速运动的粒子去轰击原子核，是揭开原子核内部奥秘的要本方法。轰击结果产生了另一种新核，其核反应方程的一般形式为

其中X是靶核的符号，x为入射粒子的符号，Y是新生核的符号，y是放射出的粒子的符号。

1919年卢瑟福首先做了用a粒子轰击氮原子核的实验。在了解卢瑟福的实验装置、进行情况和得到的实验结果后，应该记住反应方程式

这是人类第一次发现质子的核反应方程。另外，对1930年查德威克发现中子的实验装置、过程和结果也应有个基本的了解。值得指出的是，查德威克在对不可见粒子的判断中，运用了能量和动量守恒定律，科学地分析了实验结果，排除了 射线的可能性，确定了是一种粒子——中子，发现中子的核反应方程

核能

对这部分内容，应该注意以下几点：

（1）已经确定核力的主要特性有：是一种很强的力（相比于其他的力），是一种短程力。

（2）一定的质量m总是跟一定的能量mc2对应。核子在结合成原子核时的总质量减少了，相应的总能量也要减少，根据能量守恒定律，减少的这部分能量不会凭空消失，它要在核子结合过程中释放出去。反过来，把原子核分裂成核子，总质量要增加，总能量也要增加，增加的这部分能量也不会凭空产生，要由外部来供给。能量总是守恒的，在原子核反应伴随有巨大的放能和吸能现象。

（3）核反应中释放或吸收的能量，可以根据反应物和生成物间的质量差用质能关系方程来计算。

（4）核反应中能量的吸、放，跟核力的作用有关。当核子结合成原子核时，核力要做功，所以放出能量。把原子核分裂成核子时，要克服核力做功，所以要由外界提供能量。

一、 靠思路快速发表论文 思路永远是最重要的，只要有思路就可以发表论文，而且不一定就做实验就可以发表论文，包括SCI论文，例如2010年我们课题组只用这样的手段就发表3篇SCI论文，第一篇是提出氢气可以治疗一氧化碳中毒，这个论文是在我们取得实验证据的前提下，先发表了一篇论文，有一点投机取巧的味道；第二篇是根据我去年申请国家自然科学基金的内容（没有中），提出口服甘露醇可以通过诱导大肠内细菌产生氢气发挥抗氧化作用，这个观点我们没有全面直接的实验证据，但我们已经在人体上证明了口服甘露醇可以通过诱导大肠内细菌产生氢气的现象，至于能不能具有抗氧化作用，我们因为获得经费资助，就没有深入开展；第三篇论文是因为一个学生在做采用乳果糖治疗结肠炎的研究过程中，发现曾经有人已经证明了这个效果，但没有从诱导氢气的角度来认识，我们就把这个内容按照观点发表了论文。二、 靠合作快速发表论文 我们在2009年根据日本学者的观点，自己发展了通过生理盐水给氢气的治疗方法，当时许多老师和朋友告诉我不要告诉别人，自己慢慢做，但我觉得这对一个比较强大的实验室或许可以，但对我们这个比较普通的课题组，可能会有不利影响，因为即使我不告诉别人，其他人仍可以通过论文依靠自己解决这个技术障碍，到那个时候，大家都能做，可能别人会慢一些。我认为但对全国全世界的学者封锁一个相对简单技术简直是鸡蛋碰石头，相反如果我告诉别人，对大家技术公共，提出一些公平的合作条件，虽然不是所有人都合作愉快，但我相信大部分人会真诚相待的。后来的结果事实证明，我的看法是正确的，我们通过这个方式合作单位达到50家，去年通过合作发表的论文达到15篇，将来会有更多，不仅给我们赢得国内同行的尊敬，因为合作也帮助我们自己提升了国际地位，我们因此成为氢气研究领域发表论文最多的小组，国际同行也非常认可我们在这个领域的贡献。如果刚开始不走广泛合作的路子，现在我们最乐观的估计是发表10篇比较一般的研究论文，几乎不可能形成集体优势。三、 靠独有技术快速发表论文 这个我们没有实践经验，但肯定是可以的，有的实验室如果有独门技术，通过广泛合作提供有偿或无偿的技术服务，对有兴趣的研究项目共同参与，同样可以发表许多合作论文，我记得20年前我国内学习过的单位和10年前我在国外学习的实验室（他们提供动物MRI和MRS）就有不少老师靠这个方法发表了许多论文。记得以前读书的时候，很少有什么共同第一，共同通讯作者这样的可笑花招，但即使是挂名当时也都被承认，实际是比较纯洁的一种合作方式和发表方式，现在我们的许多论文都有许多共同第一和共同通讯作者，实际是非常不好，本质是被单位胁迫去争夺外在学术利益，是一种低俗的学术商业化行为。

1前言 石油和天然气两种处于自然状态的烃类化合物能源具有不可再生性，随着化石燃料耗量的日益增加，终将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料、储量丰富的新的能源。氢能 就是这种能源，且氢能的研究同时还迎合了工业化国家日趋严格的环保政策，因而各国对氢能的研究变的日益活跃起来。 氢原子序数为1，常温常压呈气态，超低温、高压下又可成为液态。作为能源， 氢有以下特点： 1）氢是构成了宇宙质量的75％，存储量大。 2）氢的发热值高，是汽油发热值的3倍。 3）氢燃烧性好，点燃快，3％－97％范围内均可燃。 4）氢循环使用性好，燃烧反应生成的水可用来制备氢，循环使用。 5）氢利用形式多，可以产生热能、可用于燃料电池，或转换成固态氢作结构材料。 美国著名石油专家埃克诺米迪斯博士预测：主宰未来世界的能源将是氢能。 2氢能的主要应用领域 二航天 早在M战期间，氢即用作A－2火箭液体推进剂。1970年美国”阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢作燃料。 目前科学家们正研究一种”固态氢”宇宙飞船。固态氢既作为飞船的结构材料，又作为飞船的动力燃料，在飞行期间，飞船上所有的非重要零部件都可作为能源消耗掉，飞船就能飞行更长的时间。 交通 在超声速飞机和远程洲际客机上以氢作动力燃料的研究已进行多年，目前已进人样机和试飞阶段。据欧洲空客公司预测，到2004年，欧洲生产的飞机将部分采用液氢为燃料。德国戴姆勒一奔驰航空航天公司以及俄罗斯航天公司从1996年开始试验，其进展证实，在配备有双发动机的喷气机中使用液态氢，其安全性有足够保证。 美、德、法等国采用氢化金属贮氢，而日本则采用液氢作燃料组装的燃料电池示范汽车，已进行了上百万公里的道路运行试验，其经济性、适应性和安全性均较好。美国和加拿大计划从加拿大西部到东部的大铁路上采用液氢和液氧为燃料的机车。 ：民用 除了在汽车行业外，燃料电池发电系统在民用方面的应用也很广泛。氢能发电、氢介质储能与输送，以及氢能空调、氢能冰箱等，有的已经实现，有的正在开发，有的尚在探索中。燃料电池发电系统的开发目前也开发的如火如茶：以PEMFC为能量转换装置的小型电站系统和以SOFC为主的大型电站等均在开发中。 ：其它 以氢能为原料的燃料电池系统除了在汽车、民用发电等方面的应用外，在军事方面的应用也显得尤为重要，德国、美国均已开发出了以PEMFC为动力系统的核潜艇，该类型潜艇具有续航能力强，隐蔽性好，无噪声等优点，受到各国的青睐。 3 氢能应用的主要问题 ：氢气制备 氢气能否广泛使用，制氢工艺是基础，目前主要的制氢工艺主要包括： 1）采用矿物燃料、核能、太阳能、水能、风能及潮汐能等方式电解水制备氢气是目前的主要研究方向，其中以利用太阳能制氢的研究最多也最有前途； 2）热化学循环分解水制氢方法是在水反应系统中加人中间物，经历不同的反应阶段，最终将水分解为氢和氧，且中间物不消耗； 3）光化学制氢是在有光照催化剂作用下，促使水解制得氢气； 4）矿物燃料制氢是利用化学方法将矿物中的氢元素提取出来的方法，如煤的焦化、煤的气化等； 5）生物质制氢是在将生物体中的氢元素通过裂解或者气化的方法提取出来的方法； 6）各种化工过程副产品氢气的回收，如氯碱工业、冶金工业等。水电解制氢、生物质制氢等制氢方法，现已形成规模，其中，低价电解水制氢方法在今后仍将是氢能规模制备的主要方法，目前应用中尚需要降低电耗。 ：氢气一运输 工业实际应用中大致有五种贮氢方法，即： (1)常压贮存，如湿式气柜、地下储仓； （2）高压容器，如钢制压力容器和钢瓶； （3）液氢贮存：采用液氢贮存，就必须先制备液氢，生产液氢一般可采用三种液化循环，其中带膨胀机的循环效率最高，在大型氢液化装置上被广泛采用；节流循环，效率不高，但流程简单，运行可靠，所以在小型氢液化装置中应用较多。氦制冷氢液化循环消除了高压氢的危险，运转安全可靠，但氦制冷系统设备复杂，故在氢液化中应用不多。 （4）金属氢化物：当用贮氢合金制成的容器冷却和压人氢时，氢即被储存；加热这一贮存系统或降低其内部压力，氢就会释放出来。 目前金属氢化物合金体系主要有：l）LaNi5系合金；2）MnNi5系合金等；3）TiMn系合金；4）TiMn系合金（ABZ）；5）镁系合金；6）纳米碳等。 （5）除管道输送外，高压容器和液氢槽车也是目前工业上常规应用的氢气输送方法。 金属氢化物贮氢装置的开发 在氢的制备和贮存、输送问题解决后，下一步的研究就是氢化物贮氢装置的开发，目前主要包括以下两类： 固定式贮氢装置 固定式贮氢器其服务场合多种多样，容量则以大中型为主。美国开发的以合金为基体中型固定式贮氢器；日本则用贮氢合金开发了叠式固定装置；德国用TiMn2型多元合金开发的贮罐是由32个独立贮罐并联而成，容量为目前世界上最大的；我国浙江大学分别用（MmCaCu）（NiA1）5增压型贮氢合金、MINi4. 5 Mn0. 5合金分别开发了两种固定式装置。 移动式贮氢装置 移动式贮氢器除了携带运输氢气外，还可用于燃料电池氢燃料的存储。作为移动式装置要兼顾贮存与输送，因此要求重量轻、贮氢量大等问题。其中金属氢化物贮氢器不需附加设备（如裂解及净化系统），安全性高，适于车船方面应用；用常温型合金，质量贮能密度与 15 M Pa高压钢瓶基本相同，但体积可小得多。如德国海军的混合推进系统在潜艇，氧以液氧形式贮存，氢则以TIFe合金贮存。 目前工作的方向 在PEMFC已有技术基础上，除继续加强大功率PEMFC的关键技术研究外，还应注意PEMFC系统工程关键技术开发和系统技术集成，这是PEMFC发电系统走向实用化过程的关键。 在航空领域则要是解决氢能的贮存和生产成本问题，目前的一个研究趋势是开始将传统的机翼设计成为可以容纳更多液态氢的新型构造。 在汽车领域的问题主要是存在贮氢密度小和成本高两大障碍：以储氢合金贮氢为动力的汽车连续行驶的路程受限制，而以液氢为动力的主要是由于液氢供应系统费用过高而受到限制。 氢在航天动力方面已广泛应用，例如大容量镍氢电池等，但氢能的大规模的应用还有待解决以下关键问题：l）廉价的制氢技术；2）安全可靠的贮氢和输氢方法。 4 未来氢能经济社会的特色 随着科学技术的进步和氢能系统技术的全面进展，氢能应用范围必将不断扩大，氢能将深人到人类活动的各个方面，因而我们可以勾勒出未来氢能经济社会的一副大致图画： l）、化石能源（石油、煤炭、天然气）封存，留作化工原料； 2）、建立居家小型电站，取消远距离高压输电，通过管道网，送氢气至千家万户。 3）、各种类型空气一氢燃料电池成为普遍采用的发电工具。 4）、取缔内燃机动力，汽车、火车、飞机改用燃料电池，消灭了一切能源污染隐患和内燃机车噪音源。 5）、每个城市和家庭有能源供应和回收的完善循环系统。 6）取消火力发电，核电站、水利发电站、风力发电站、潮汐发电完成正常的电力供应后，剩余电力用于电解水制氢，作为储备能源。 5 我国发展氢能的对策 氢能的研究和应用是历史不可逆转的潮流，各国政府目前均对此展开了大量的研究，我国在这方面也投入了不少的人力、物力、财力，并取得了一定的成果，但我们也应该看到目前我们与工业化国家的差距，根据我国的国情制定相应的氢能发展战略，个人认为应包括以下的几点： (1)电解水制氢是获取氢源的重要途径，目前因耗电量大、电价高导至氢气成本高，推广使用受到限制，开发新型电解水制氢工艺，降低能耗也是一个重要的议题。 (2)各种新的制氢方法如从HZS制氢、从生物质制氢及用热化学法水分解制氢以及化工产品中副产品氢气的回收等应予以重视； (3)储氢材料的研究国内进行了较多的研究，但是目前很少有实用化的报道，因而开展科技成果的转化以及新型储氢和输氢装置的研究也尤为重要； (4)氢能未来应用的主要领域还是在燃料电池方面，我国开展这方面的研究也已经有一定基础，但主要是集中在研究燃料电池组件方面，对于系统集成等研究报道不多，同时由于资金和技术方面等因素，目前与国外还是有较大的差距，因而应加大投资力度，迎头赶上。 (5)氢能开发最有前景的方式是与太阳能结合，因而对于太阳能电池系统及材料的研究也应当引起足够的重视。 6结语 就环境保护和市场需求而言，洁净和成本是两个关键参数，光有洁净而成本过高就没有市场，因而目前降低氢能的利用成本成为当务之急，各工业化国家对这方面的研究都十分重视，其中美国政府决定今后五年为开发氢能拨款 17亿美元，力争到 2040年以前使每天的石油消耗量减少 1100万桶。世界上40家重要的汽车厂商中，已有25家决定考虑采用氢能，以适应日益严格的环保政策。因而虽然目前困难重重，但在不久的将来我们可以预见氢能的利用一定能够走进我们生活的方方面面。

一年发20多篇的，大部分是灌水的。没效果的，也没啥作用，要有创新点才行的