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从万用表到中子源

咖客电子工程2018-06-19 01:11:00

大家好,欢迎来到这。 这里是各种知识领域的夹缝。

当你在日常中遇到困难时,当你在别人面前含蓄的低下头, 

当你看着身边各种学霸几年间超越了你。

我想你就应该update你自己了。

否则,你无法驾驭纷繁的日常价值更迭,也承受不起各种知识的进化与社会形式的扭振。

请听背景音乐,和小编一起接近光速。

你没有才。你拿着一块福禄克万用表满处跑,你到了一个工地,如同翻山越岭,还不说,你刚刚测完传感器输出,又测了一下温度,这如同你切换了思维世界。


作为一条不再年轻的理工汪,你拿着福禄克时候可曾想到,

福禄克公司由John Fluke于1953年10月7日在华盛顿州成立,

那时候,全称为John Fluke Manufacturing Company,Inc.

专门生产电子计量设备。

在某些领域中,福禄克是美国仪器领先厂商惠普公司的强有力竞争对手,

当然,我们都知道在校准设备类别中,福禄克是行业的领导者。

到本世纪末,测试和测量设备的总市场已经增长到60亿美元,

到70年代末,福禄克的市场份额就已经每年达到1.5亿美元。 

20世纪80年代是个如火如荼的年代,工业销售继续增长。

从1975年到1985年,福禄克的销售年均增长率接近20%,

怎么着,小编汪点儿霸气的,

认识这几款么??

从左边开始是块儿289真有效值万用表,上面T3000FC K型探头链接模块,

以及t3000温度仪,然后是i401 交直流电流钳,SM100圆型的其实是个电源插座测试器件,还有一个就是电压基准等等吧,哈哈。汪汪。

但随着美国和俄罗斯紧张局势的减缓,

1980年代后期美国的国防开支出现收缩,

福禄克向政府和航空航天公司的销售额下降。

由于计算机内置PC控制测量和传感模块的使用量增加,

福禄克的大型工作台和机架安装设备

(如专业校准数字电压表和信号扫描仪)的销售减弱。

然在用于信号分析和电压测量的便携式手持式仪器领域,福禄克依旧是领导者。这一类别的销售时至今日仍然强劲。

为什么他们从来不吹嘘自己呢?究其原因,怕是福禄克早在在1998年,就被丹纳赫公司收购了。

之后的一段时间,丹纳赫在2016年剥离了包括福禄克在内的几家子公司,

重组了一个集团,名为Fortive。

好吧,他包含三大核心品牌。

或许福禄克早就没有了自己。所以他永远的低调了下去。


忙碌的的你掏出手机主要是看看当前时间,朋友圈,以及一些技术文档,

你看着你手里的华为,霎那间觉得自己还没有买苹果的勇气,是啊,奔波着万一忘在那个地方了,回都回不去的。

你想到2007年,苹果发布了第一款手机,iphone .当时你尖叫了,噢@!按键哪去了!!!!是的,它开启了从按键到触屏的进化,从2G到4G,是如此的快。

主频从412MHz到2.5G,5G,曾经的诺基亚,摩托罗拉,变成扑天盖地的苹果三星华为,小米.....

你汪汪了一下,彻底清醒,手中的东西的本质,移动SoC,是由很多片儿堆砌的手机,然,十年前,怕只有 德仪,联发科,NXP,飞思卡尔,博通,展讯,ST等等吧。鼎盛时期,那那都是德州仪器的器件,份额可不小,60%?有了。


3G时代的到来,德仪也不行了。高通,联发科杀了进来。

话说,高通公司在CDMA技术的基础上开发了一个数位蜂巢式通信技术,

第一个版本IS-95标准早已经列入国际规范。

那时候他们开发的新产品使用同样的主题,包括IS-2000和1x-EVDO。

之后他们开发和销售CDMA手机和CDMA基站设备。

并逐年壮大,目前是全球二十大半导体厂商之一。

作为一项新兴技术,CDMA、CDMA2000正迅速风靡全球并已占据20%的无线市场。

(看到上图,小编想起有机会和大家谈谈Cisco,一个属于80后的性感话题)

时间到了2012年,全球CDMA2000用户已超过2.56亿,

遍布70个国家的156家运营商已经商用3G CDMA业务。

包含高通授权的安可信通信技术有限公司在内全球有数十家OEM厂商推出EVDO移动智能终端。

据说,1994年至今,高通公司已向全球包括中国在内的众多制造商提供了累计超过75亿多枚芯片。哦,那得浪费多少沙子啊!他会用光了地球山的硅吗?


其实,高通就是一个位于美国加州圣地亚哥的无线电通信技术研发公司,

是由加州大学圣地亚哥分校教授厄文·马克·雅克布,和安德鲁·维特比,两位人物所创建大约于1985年成立的。

(上图,高通初代目,雅克布以及维特比。)

没有他俩,你的手机会是什么样子??那时候我惊讶了,怎么把电视放到手心儿里啦,那温度要多高啊!

汪汪!光凭借你手里的小彩电,或者小板砖,甭想给家里打电话!

你想到微波功率的问题,你就得想到TWT行波管,他是军用大型信号放大器的首选,至少在砷化镓出现前是。

汪一下啊,我就当你知道TWT是一端带有电子枪(发热电子的加热阴极)的细长真空管。头端产生曼波电子流,在管的另一端,电子撞击“收集器”,将其返回到电路。

在管道内部光束路径的外面,是一根螺旋线,通常是无氧铜的。

要放大的RF信号在管子发射端附近的一个点被送入螺旋线(它形成了某种感性腔体)。信号通过位于一端的波导或电磁线圈馈入螺旋线,形成单向信号路径,有些人称这种现象的器件为定向耦合器。


通过控制电压,沿管子流动的电子的速度被设置为与沿着螺旋线下行的RF信号的速度相似。导线中的信号导致在电子流动的螺旋中心处感应出磁场。

根据信号的相位,电子会在通过绕组时加速或减速。

这导致电子束“聚集”,在技术上称为“速度调制”。

波束中产生的电子密度模式是原始RF信号的模拟。

(上图,行波场和电子束相互作用,使高密度流脉冲化,矢量化)

传播信号的过程是能量信号通过螺旋线,引起螺旋线的感应,从而放大原始信号。当它到达管的另一端时,该过程有时间将相当多的能量沉积回到螺旋中。


俱往矣。

现如今要想实现高功率、高效率 和宽带宽。且产品的工作电源电压为50 V,在35%的典型频率可提供35 W RF功率,带20 dB左右的功率增益,

覆盖几十种带宽。这种要求下,我们又该如何?


微波波段,功率器件,的功率频率与技术分布。

我们根据自己的领域,深入学习其中的技术方案就好了。

1瓦以下的超高精度超高频,多波段主要用于物理研究与随身设备,汽车雷达,

物质识别等领域。

上图,看起来和本文无关, 其实,有关。

涵义是什么呢? “如果你是他,他爸地产咖,那,你可以天天网游,日日笙歌,没人说你啥” ,如果你爸不是地产咖,你最好多学习,多努力,多了解。 多见识。 为了今后的自己。

我们继FAST望远镜之后,又一个叫中子源的,出现了。

我们崛起了吗? 呵呵,某些方面我们只不过不那么的落后了。


话说,标准模型描述了我们的”一切“。你是否忘了,

    我们人类对于标准模型的最初研究是叫做谢尔登·格拉肖的超级大神,他在1960年发现的电弱相互作用之后兴起的。

于是,在1967年,史蒂文·温伯格和阿卜杜勒·萨拉姆将希格斯机制引入格拉肖的弱电理论,形成我们现在看到它的形式。

当然,你听说过希格斯机制被普遍的认为能够解释粒子的质量来源,包括W及Z玻色子、费米子(夸克,轻子和重子),这话题前些年还沸沸扬扬。

    1973年发现由Z玻色子引起的弱中性流之后,电弱理论才被广泛的接受。

当然发现这机制的萨拉姆和温伯格 也获得1979年的诺贝尔奖。

    W和Z玻色子直到1981年被实验所发现,其实他们的质量已经被当时所逐步建立的标准模型预言了,只不过证实的晚了些。

    至于那些强相互作用的理论,大多在1973-74年做出进步:那会儿正是有关实验得出成果的时候。强子所带的分数电荷也是那时候验证的。总之都属于新兴项目,前景无限的。


而中子是什么鬼呢?

简要说中子(neutron)他是一种电中性的粒子,他具有与质子大约相同的质量。如前面图,中子属于重子类,由两个下夸克和一个上夸克构成。


当然了绝大多数的原子核都由中子和质子组成(仅有氕例外,它仅由一个质子构成)。

在原子核外,自由中子性质不稳定,平均寿命约为15分钟。它存在于这个时空的时间太短了。(错,由于微小,它的时间和我们的时间不是同一个概念。)


有意思的是,中子衰变时释放一个电子和一个反中微子而成为质子(称为β衰变)。同样的衰变过程在一些原子核中也存在。

原子核中的中子和质子可以通过吸收和释放π介子互相转换。

当然,中子是由剑桥大学卡文迪许实验室的英国物理学家詹姆斯·查德威克于1932年发现的。

以往曾经将中子列为基本粒子的一员。但现今在标准模型理论下,因为中子是由夸克组成,所以它是个复合粒子。

中子和其它常见的次原子粒子最大的分别在于中子因其下夸克和上夸克之电荷互相抵消,本身不带电荷。另它穿透性强,无法直接进行观察,也令它在核转变中成为非常重要的媒介物。这两项因素使得它在次原子粒子发展历史的较后期才被发现。

我们了解了中子的特性,就明白中子源的作用了。


    虽然组成物质的原子在正常情况下不带电荷,但原子比中子大一万倍

是由带负电的电子围绕带正电的原子核运行而形成的复杂系统。


(上图为中子β衰变的费曼图。经由一个W玻色子,中子衰变为一个质子,同时释放出一个电子和一个反电子中微子)



    带电粒子(如质子,电子,或离子)和电磁波(如伽马射线)都会在穿透物质时消耗能量,其形式是将所穿透物质离子化。

当然,这些带电粒子会因此而慢下来,特别的,电磁波会被所穿透物质吸收。

当然,吸收与反射,形成了某种材料特性。


    然而,中子的情况截然不同,它只会在与原子核近距离接触时受强相互作用或弱相互作用影响,

也就是一个自由中子在与原子核直接碰撞前不受任何外力影响。

因为原子核太小,碰撞机会极少,因此自由中子会在一段极长的距离保持不变。

(上图为天朝的中子源地上结构,据说在伟大的东莞)


    详细说,自由中子和原子核的碰撞是弹性碰撞,其遵循巨观下两小球弹性碰撞时的动量法则。

    不过当被碰撞的原子核很重时,原子核只会有很小的速度偏移;但是,若是碰撞的对象是和中子质量差不多质子,则质子和中子会以几乎相同的速度偏移。

    这类的碰撞将会因为制造出的离子而被侦测到。


    没那么简单,其实中子的电中性让它不仅很难侦测,也很难被控制。

且因电中性使得我们无法以电磁场来加速、减速或是束缚中子。

    自由中子仅对磁场有很微弱的作用(因为中子存在磁矩)。

真正能有效控制中子的只有核作用力。

于是乎我们唯一能控制自由中子运动的方式只是放置原子核堆在它们的运动路径上,让中子和原子核碰撞藉以吸收之。

    这种以中子撞击原子核的反应在核反应中扮演重要角色,也是核武器运作的原理。

于是自由中子可以用核衰变核反应高能反应等手段产生,

这,就是中子源。

    自由中子因为半衰期比较短,据说10分钟11秒左右,因此只能现制现用。

某些放射性衰变(比如自发裂变和中子发射)以及一些反应堆可以用于产生中子。某些核反应,比如用自然产生的α粒子轰击一些核素(主要是轻元素,比如铍和氘)引发的核裂变亦可产生中子。

    一些高能量核反应,比如高能宇宙射线爆发和加速器中用高能粒子轰击靶子使其原子核发生分裂,也能产生中子流。

    一些小型加速器经过优化后专门用于产生中子,被称作中子发生器。

在实验室中,最常用的中子源是某些衰变时释放中子的核素。

比如锎-252(半衰期为2.65年)的自发裂变,100个原子中有3个锎原子核裂变时会释放中子,每次裂变会平均产生3.7个中子。

    用α粒子轰击铍靶也可制造中子。一个较为流行的系统由锑-124和金属铍构成。将金属锑置于反应堆中以中子活化,

锑-123(天然丰度为42.8%)便会转化为锑-124,半衰期为60.9天。

其优点是便于储存和运输。

好吧,我们拿来干什么?用来制作核弹吗??不不不。


    其实高能宇宙射线轰击大气层的上层不停地产生中子,可以在地面上探测到。在火星表面大气浓厚到一定程度的地方,由宇宙射线产生的中子更多。

(上图,火星表面超级大山奥林帕斯山,海拔云图)

    这些中子不但在火星表面直接造成自上而下的辐射危害,还能够经地表反射后形成自下而上的辐射。当然,这是天朝火星载人航天计划不能不考虑的一个问题。

    在核聚变反应堆中,自由中子是反应的副产品,但却携带了巨大的动能。

如果把这些动能转化为人类可用的能源是一个重大的挑战。

这些自由中子还会制造出大量的中子激活产物,然它的过程不是清洁的。最后必须当作核废料处理。


感谢您阅读到此。