CN113660762A - 一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置，***包括电子脉冲发射***、长方体真空腔、谐振器、磁场发生***、耦合圈、量子态发生***，方法包括将电子脉冲传输到具有处于真空环境的金属结构通道中，通过对金属结构通道施加时变磁场，获得金属结构通道感应出的震荡电场；通过在金属结构通道的金属延伸端耦合感应模块，获取射频电磁波；对射频电磁波进行电子回旋加速，通过量子发射器获得量子态电磁波；本发明提供的技术方案生成了量子态电磁波，并且，生成的量子态电磁波与传统电磁波相比，量子能量更强，辐射时间更短，为辐照领域提供的新的技术思路，而本申请设计的***，能够控制电磁波频率以及极大保留了电磁波的自身能量。
Description
技术领域
本申请涉及材料检测溯源技术领域，具体而言，涉及一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置。
背景技术
材料的可溯源性，是用于追溯所考虑对象的历史、应用情况或所处场所的能力，包括以下三种主要含意：1、就产品而言可能包括以下内容：原材料和零部件的来源；产品的生产历史；产品出厂后的分布及位置；2、就校准而言：是指量测设备和国家或国际标准，基本物理常数或特性参考物质的关系；3、就信息收集而言：是指质量环全过程中产生的统计数据和数据，有时要追溯到对实体的质量要求。对于材料的溯源一般需要对于材料进行数据采集和分析，现有的溯源方法是对材料本身的物理性质、化学性质进行分析，还有一部分是通过电磁波对材料进行照射后，采集发射波通过分析反射波确定材料的成分和该材料的历史数据等。
量子(英文名：quantum)是现代物理的重要概念。即一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位，则这个物理量是量子化的，并把最小单位称为量子。
量子力学是研究原子、分子以至原子核和基本粒子的结构和性质的基本理论，是近代物理的基础理论之一。20世纪前的经典物理学只适于描述一般宏观条件下物质的运动，而对于微观世界(原子和亚原子世界)和一定条件下的某些宏观现象则只有在量子力学的基础上才能说明。另一方面，物质属性及其微观结构只有在量子力学的基础上才能得以解释。所有涉及物质属性和微观结构的问题，无不以量子力学作为理论基础。而利用量子与电磁波结合的技术方案用于对材料的辐照后鉴别材料成分、产地、年限的技术应用方案鲜有报道，因此，急需一种用于生成量子态电磁波***，用于为材料提供新的技术方案和技术思路。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置，包括：
电子脉冲发射***，用于水平方向产生电子脉冲；
长方体真空腔，与所述电子脉冲发射***的发射端连接；
谐振器，被耦合在所述长方体真空腔的第一端，分别与所述长方体真空腔的两个平行面耦合连接，所述谐振器与所述长方体真空腔的耦合面与所述电子脉冲的方向平行；
磁场发生***，设置在所述真空外壳的第二端，用于为所述长方体真空腔产生时变磁场，从而通过所述谐振器产生电磁波，其中，所述第二端所在的第一平面与所述第一端所在的第二平面平行；
耦合圈，被耦合到所述谐振器，用于提取所述电磁波；
量子态发生***，与所述耦合圈的输出端连接，用于将所述电磁波转化成量子态电磁波。
优选地，所述电子脉冲发射***包括至少一个高速电子枪以及用于为所述高速电子枪提供直流高压的高压电源。
优选地，所述电子脉冲发射***包括电子枪以及与所述电子枪连接的控制器、集电极；
所述电子枪的输出端与所述长方体真空腔的第三端连接；
所述集电极设置在所述长方体真空腔的第四端；
所述第三端与所述第四端平行。
优选地，所述电子枪包括静电电子枪、激光驱动电子枪中的一种或多种优选地，所述长方体真空腔的两个垂直面为金属结构；
所述谐振器分别与所述两个垂直面耦合；
所述谐振器与所述长方体真空腔的所述第一端呈半封闭式半圆柱体设计。
优选地，所述磁场发生***包括至少三个磁体组，其中，每个磁体组由两个具有同样绕制方向的电磁体组成。
优选地，所述量子态发生***包括：
电子回旋发生模块，与所述耦合圈，用于产生回旋运动的电子。
量子发生器，与所述电子回旋发生模块，用于根据回旋运动的所述电子生成量子态电磁波；
模态选择发射器，与所述量子发生器连接，用于筛选出所需模态和频率的量子态电磁波，并辐射到自由空间。
优选地，所述自由空间包括具有防辐射结构的封闭空间或舱体。
优选地，量子态电磁波发生装置的量子态电磁波发生方法，包括以下步骤：
将所述电子脉冲传输到具有处于真空环境的金属结构通道中，通过对所述金属结构通道施加时变磁场，获得所述金属结构通道感应出的震荡电场；
通过在所述金属结构通道的金属延伸端耦合感应模块，获取射频电磁波；
对所述射频电磁波进行电子回旋加速，通过量子发射器获得量子态电磁波。
优选地，在将所述电子脉冲传输到具有处于真空环境的金属结构通道中的过程中，所述金属结构通道的所述金属延伸端至少耦合一个耦合感应模块；通过控制时变磁场的磁场强度和所述耦合感应模块的数量，获得不同频率的射频电磁波。
本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的技术方案生成了量子态电磁波，并且，生成的量子态电磁波与传统电磁波相比，量子能量更强，辐射时间更短，为辐照领域提供的新的技术思路，而本申请设计的***，能够控制电磁波频率以及极大保留了电磁波的自身能量，整个***的能量利用率接近99％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述的***流程图；
图2为本发明所述的生成方法流程图；
图3为本发明所述的电场贡献图；
图4为本发明所述的电子在磁场中的偏转图；
图5为本发明所述的电磁波照射检测概率与检测前信噪比的关系图。
具体实施方式
下为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1-5所示，本发明提供了一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置，包括：
电子脉冲发射***，用于水平方向产生电子脉冲；
长方体真空腔，与电子脉冲发射***的发射端连接；
谐振器，被耦合在长方体真空腔的第一端，分别与长方体真空腔的两个平行面耦合连接，谐振器与长方体真空腔的耦合面与电子脉冲的方向平行；
磁场发生***，设置在真空外壳的第二端，用于为长方体真空腔产生时变磁场，从而通过谐振器产生电磁波，其中，第二端所在的第一平面与第一端所在的第二平面平行；
耦合圈，被耦合到谐振器，用于提取电磁波；
量子态发生***，与耦合圈的输出端连接，用于将电磁波转化成量子态电磁波。
进一步地，电子脉冲发射***包括至少一个高速电子枪以及用于为高速电子枪提供直流高压的高压电源。
进一步地，电子脉冲发射***包括电子枪以及与电子枪连接的控制器、集电极；
电子枪的输出端与长方体真空腔的第三端连接；
集电极设置在长方体真空腔的第四端；
第三端与第四端平行。
优选地，电子枪包括静电电子枪、激光驱动电子枪中的一种或多种。
进一步地，长方体真空腔的两个垂直面为金属结构；
谐振器分别与两个垂直面耦合；
谐振器与长方体真空腔的第一端呈半封闭式半圆柱体设计。
进一步地，磁场发生***包括至少三个磁体组，其中，每个磁体组由两个具有同样绕制方向的电磁体组成。
进一步地，量子态发生***包括：
电子回旋发生模块，与耦合圈，用于产生回旋运动的电子
量子发生器，与电子回旋发生模块，用于根据回旋运动的电子生成量子态电磁波；
模态选择发射器，与量子发生器连接，用于筛选出所需模态和频率的量子态电磁波，并辐射到自由空间。
进一步地，自由空间包括具有防辐射结构的封闭空间或舱体。
量子态电磁波发生装置的量子态电磁波发生方法，包括以下步骤：
将电子脉冲传输到具有处于真空环境的金属结构通道中，通过对金属结构通道施加时变磁场，获得金属结构通道感应出的震荡电场；
通过在金属结构通道的金属延伸端耦合感应模块，获取射频电磁波；
对射频电磁波进行电子回旋加速，通过量子发射器获得量子态电磁波。
进一步地，在将电子脉冲传输到具有处于真空环境的金属结构通道中的过程中，金属结构通道的金属延伸端至少耦合一个耦合感应模块；通过控制时变磁场的磁场强度和耦合感应模块的数量，获得不同频率的射频电磁波。
本发明提到的材料包括金属材料、陶瓷材料、玻璃材料以及一些能够通过电磁波检测的柔性材料。
量子力学就是在克服早期量子论的困难和局限性中建立起来的。在普朗克—爱因斯坦的光量子论和玻尔的原子论的启发下，法国物理学家L.德布罗意分析了光的微粒说与波动说的发展历史，并注意到几何光学与经典粒子力学的相似性，根据类比方法设想实物(静质量m≠0的)粒子也和光一样，具有波粒二象性，且这两方面必有类似的关系相联系，而普朗克常数必定出现在其中。他假定与一定能量E和动量p的实物粒子相联系的波(称为“物质波”)的频率和波长分别为ν＝E/h，λ＝h/p，称为德布罗意关系式。他提出这个假定一方面是企图把作为物质存在的两种形式(光和m≠0的实物粒子)统一起来；另一方面亦是为了更深入地理解微观粒子能量的不连续性，以克服玻尔理论带有人为性质的缺陷。德布罗意把原子定态与驻波联系起来，即把束缚运动实物粒子的能量量子化与有限空间中驻波的波长(或频率)的离散性联系起来。
通过使用COMSOL多物理场仿真软件验证电子脉冲122的波形路径。在此模拟中，修改粒子配置以验证结果是否符合要求。这里，粒子指的是离子、电子、等离子体，它遵循波形路径，以这样的方式，即使其速度变化，其波动运动时间周期也始终保持不变。用于模拟，粒子属性更改如下：
离子质量(mp)＝6.6422×10-26kg
磁通量(B)＝2[T]
粒子速度(v0)＝2000m/s
拉莫尔半径(rL)＝4.1457×10-4m
然后将粒子速度的z分量设为零，使其保持在x-y平面内。然后借助上述等式计算角频率ω0，其中施加的振荡磁场＝B0sin(ω0t)，其中B0是2T，角频率(ω0)是3071203.006Hz，频率是488797.1396Hz。然后将这些值用于模拟。
通过模拟的结果发现，粒子轨迹的预期路径与模拟路径完全匹配。进一步观察后发现，颗粒最初和每半个时间段之后的方向与轴呈90度角，与在正弦波中不同，在正弦波中的方向与轴呈45度角。这是粒子的波动运动的最重要特征之一。因为速度不会随着时间的推移变化，不会有颗粒的阻尼作用。以上描述的本发明具有若干技术优点，包括但不限于，实现用于产生电磁(EM)波的装置，
·提供有效的射频放大；
·促进低损耗电磁产生；
·能够几乎完全利用电子的动能；以及
·通过改变用于产生磁场的线圈的敲击和逆变器的频率，适用于不同的无线电频率；
在典型的电子真空管如行波管和速调管，然而，所有电子速度都集中在水平方向，在本发明的***中，只有一小部分速度在水平方向。因此，每单位体积存储更多能量，并且可以获得更长时间来提取电子的动能。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置，其特征在于，包括：
电子脉冲发射***，用于水平方向产生电子脉冲；
长方体真空腔，与所述电子脉冲发射***的发射端连接；
谐振器，被耦合在所述长方体真空腔的第一端，分别与所述长方体真空腔的两个平行面耦合连接，所述谐振器与所述长方体真空腔的耦合面与所述电子脉冲的方向平行；
磁场发生***，设置在所述真空外壳的第二端，用于为所述长方体真空腔产生时变磁场，从而通过所述谐振器产生电磁波，其中，所述第二端所在的第一平面与所述第一端所在的第二平面平行；
耦合圈，被耦合到所述谐振器，用于提取所述电磁波；
量子态发生***，与所述耦合圈的输出端连接，用于将所述电磁波转化成量子态电磁波。
2.根据权利要求1所述一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置，其特征在于：
所述电子脉冲发射***包括至少一个高速电子枪以及用于为所述高速电子枪提供直流高压的高压电源。
3.根据权利要求1所述一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置，其特征在于：
所述电子脉冲发射***包括电子枪以及与所述电子枪连接的控制器、集电极；
所述电子枪的输出端与所述长方体真空腔的第三端连接；
所述集电极设置在所述长方体真空腔的第四端；
所述第三端与所述第四端平行。
4.根据权利要求3所述一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置，其特征在于：
所述电子枪包括静电电子枪、激光驱动电子枪中的一种或多种。
5.根据权利要求2或3所述一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置，其特征在于：
所述长方体真空腔的两个垂直面为金属结构；
所述谐振器分别与所述两个垂直面耦合；
所述谐振器与所述长方体真空腔的所述第一端呈半封闭式半圆柱体设计。
6.根据权利要求5所述一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置，其特征在于：
所述磁场发生***包括至少三个磁体组，其中，每个磁体组由两个具有同样绕制方向的电磁体组成。
7.根据权利要求6所述一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置，其特征在于：
所述量子态发生***包括：
电子回旋发生模块，与所述耦合圈，用于产生回旋运动的电子
量子发生器，与所述电子回旋发生模块，用于根据回旋运动的所述电子生成量子态电磁波；
模态选择发射器，与所述量子发生器连接，用于筛选出所需模态和频率的量子态电磁波，并辐射到自由空间。
8.根据权利要求7所述一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置，其特征在于：
所述自由空间包括具有防辐射结构的封闭空间或舱体。
9.根据权利要求1所述一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置，其特征在于，所述量子态电磁波发生装置的量子态电磁波发生方法，包括以下步骤：
将所述电子脉冲传输到具有处于真空环境的金属结构通道中，通过对所述金属结构通道施加时变磁场，获得所述金属结构通道感应出的震荡电场；
通过在所述金属结构通道的金属延伸端耦合感应模块，获取射频电磁波；
对所述射频电磁波进行电子回旋加速，通过量子发射器获得量子态电磁波。
10.根据权利要求9所述一种用于材料检测的量子态电磁波发生装置，其特征在于：
在将所述电子脉冲传输到具有处于真空环境的金属结构通道中的过程中，所述金属结构通道的所述金属延伸端至少耦合一个耦合感应模块；通过控制时变磁场的磁场强度和所述耦合感应模块的数量，获得不同频率的射频电磁波。
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