成序电荷分离和成序电荷类型分离

本发明涉及成序力的电荷，涉及分离和/或聚集和/或集体和/或单独地净化这些电荷，以及涉及以后研究出的可利用这些成序电荷的所有技术。

科学研究分为两部分：理论研究和实验研究。也就是说，存在理论研究，也存在由于你得到了你探寻的结果，从而使你了解你已获得正确答案的途径。后者是更实际、更实用、可能智力程度稍低、不过可能更直观的途径，借助纯发明和持续的实验研究，可获得理论性更强的理论研究所不能获得的东西。

学术研究众所周知。它包括理论和实验。它涉及做出假设，并验证假设。有时这样可作出发现。但是有时假设不成立，或者至少不被接受。爱因斯坦曾说过理论约束了人们的思考。于是，如果某事和理论相反，则人们的头脑总想拒绝它。在物理学界，这种例子众所周知。宇称不守恒在1928年被第一次观察到，但是由于当时的理论认为宇称不守恒是不可能的，因此它被当作异常的实验效果而被否决。后来TDLee和Yang认为宇称不守恒或许是可能的，并且几个月后，在1956年，Mme Wu重新发现了宇称不守恒。是她获得了诺贝尔奖，而不是1928年的那些实验人员。可容易地找到其它例子。E.McKellar在1941年首次发现了3°黑体辐射的间接证据。1957年，T.A.Shmaonov独立地直接观察到了黑体辐射，并在他的论文中公开了该结果。但是，由于他们不能解释他们所观察到的，因此都没有获得诺贝尔奖。最后，Penzias和Wilson第三次再次观察到了黑体辐射，并且之后幸运地在普林斯顿碰见了Dicke，他解释这是宇宙大爆炸的余辉，宇宙形成的Gamow热理论的残余辐射。从而，证实了Gamow理论，稍后Penzias和Wilson获得了诺贝尔奖。

本人四十多年的研究使我断定，除了电磁力和引力外，自然界中还存在第三种长程力，并且我已发现隐藏在科学文献中的关于这种长程力的大量证据。据我所知，几乎没有人认为会存在这种力。我的研究表明该力形成秩序，它颠倒了生命物质和非生命物质中的热力学第二定律。因此我称该力为“成序力(Ordering Force)”。

成序力具有独特的性质。它具有多个电荷M，并且它具有多个矢量玻色子N。它是一种非阿贝尔(Abelian)力，因此矢量玻色子(为了方便起见，可称为“成序粒子(Orderons)”)携带成序电荷(ordercharge)。从而，成序粒子是自相互作用的。成序粒子可视作零质量，这样该力遵守平方反比定律，并且是长程力。于是，自相互作用成序粒子可形成广延网络。

成序力的强度约为电磁力的6倍，取决于能量，因此在强度上，它介于电磁力和强相互作用力之间。目前的科学技术不能检测成序电荷，也不能检测环境中的成序粒子。于是，科学研究完全没有注意到这种力的效果。但是，其效果确实存在，有时这种效果在科学实验中显示出来，在这些科学实例中，它们往往会作为被忽略的不明现象搁置下来。这些奇怪效果之一是成序力可在生命物质和非生命物质中改变元素的性质。事实上表明这一点的实验数以百计，但是它们几乎不为人所知，并且或者不再考虑，草草了结，或者被忽略。

成序力改变元素性质的方式令人感兴趣，因为该方式是不寻常的。有证据说明成序力能够在不产生任何放射性次级粒子的情况下，改变元素的性质。为了理解这一点，必须明白它是如何与物质相互作用的。

由于成序力不是电磁力，因此成序力不与电子相互作用，至少不直接与电子相互作用。此外，它或者不与绝大多数成序中性的(order-neutral)原子核相互作用，或者如果它与这些原子核相互作用，这种相互作用也不是直接的。有理由认为绝大多数原子核(地球上的)是“成序中性的”，即它们不带成序电荷。从而，成序粒子不能直接与它们相互作用。但是，在借助“成序范德瓦尔力(order VanderWaals force)”，即通过使成序电荷变形，并且随后与偶极矩、四极矩或者更高的极矩相互作用，原子核能与成序粒子相互作用的情况下，在原子核内可能存在成序电荷。看来似乎成序粒子可围绕原子核成网，以便这样使原子核变形，随后与原子核相互作用。但是，这种成序范德瓦尔力大致上将随着距离的增大而快速降低(通常范德瓦尔力以1/r7的形式降低)，因此它们可以很弱，这就是其效果通常不被注意的原因。

则我们的观点是存在目前不能被直接检测，因而是自然科学所不知道的第三种长程力。相对于该力来说，绝大多数物质是中性的，与之的相互作用很弱，或者根本没有相互作用，虽然应原理而论，它强于电磁力。实验证据是该力形成秩序(即颠倒了热力学第二定律)，并且在不产生任何明显辐射量的情况下，使元素性质发生改变。看来似乎这些特性都与这种力产生强烈相互作用的成序粒子的广延网络的趋向相关。

有证据表明成序粒子分布在整个物质内，并且足够强烈地与该物质相互作用，以致成序粒子不能脱离物质，从而成序粒子网不会崩溃。似乎在成序粒子网和它与周围物质的相互作用之间存在一种动态平衡。正是这两者之间的这种张力使得该网能够继续存在，并使该网能够作用于该物质，产生宏观有序型样。

这里提出的关于成序力的信息仅必须在表面意义上理解。支持成序力存在、确定其性质的实际实验事实，以及本发现与已知物理学的关系将在其它地方出版。它更有学术价值，并且不管怎样，不会改变上面呈现的描述，虽然使用的名称可能不一样。为了便于识别，实验表明成序力的电荷M的数目不是1、2、4或8，似乎为3。推测起来，大概存在相同数目的反电荷。这样，成序中性状态会需要不同的成序电荷，或者成序电荷及其反电荷。

作为一种新力，成序力具有许多潜在的用途。这些用途中的一些，也许这些用途中的许多将要求，或者得益于成序电荷的分离，以致随后可基于该新力和相关效果，在各种各样可能技术的范围内，对成序电荷进行控制、处理、操作等等。

成序电荷存在于自然界中。它们至少以两种形式存在：附着于物质上，或者以成序粒子的形式存在。当成序电荷附着于物质上时，则在某些情况下，有可能使带成序电荷的物质和成序中性的物质分离开。随后可按使用附着在物质上的成序电荷的方法收集、操纵和处理带成序电荷的物质。于是，基于这些成序电荷的所有类型装置可由带成序电荷的物质形成。成序电荷甚至可以转移到其它类型的物质上，以简化其操作，产生新类型的物质和/或装置。

为了产生成序电荷，需要一个电荷源。在不同的不纯度或纯度下，以几种方法产生成序电荷。这些电荷可被直接使用，或者被进一步分离和净化。一种方法可以是使成序中性物质和带成序电荷的物质分离开。这可由成序电荷分离器完成。随后，在使用前，可收集分离后的成序电荷，或者在某些情况下，可直接使用成序电荷。

由于设备可采取不同的形式，下面将给出几个例子。随着成序电荷被分离和/或被净化，有可能研制出更多的装置和/或分离器，下面也将给出这些装置和/或分离器的例子。

可分几部分给出设备和方法的例子，首先是电荷源部分，其次是分离器部分，最后是收集器部分。随后我们将说明如何组合这些部分，以构成系统。另外在电荷源和分离器之间，和/或在分离器和收集器，和/或输出系统之间可能需要连接装置。图1中示意地表示了该设备。

A.存在各种类型的成序电荷源。成序电荷可以在原子能过程中产生，不过只有在某些情况下也行。某些原子核的α衰变可产生带成序电荷的α粒子。成序电荷还可附着于中子、质子或原子核发出的介子上。成序电荷存在于原子核内，并且在某些情况下，被自然发射出，或者有意迫使它脱离原子核。如果放射性原子核是成序中性的，则该原子核至少在某些时候仍会发射出带成序电荷的次级强子。或者，可借助适当的方法，迫使原子核发出带成序电荷的碎片，所述方法包括，例如由于适当加速器中两个原子核的碰撞的结果，或者在适当能量下，粒子和另一个强子或原子核的碰撞，所述适当能量通常高于适于产生其中一部分带有成序电荷的碎片的门限值，通常为数十MeV/原子质量单位或者更高。

这些类型电荷源的更具体例子如下：

1.发射α粒子的放射性物质将产生一些带成序电荷的α粒子。对于较重的原子核似乎更是如此，不过任何发出带成序电荷的α粒子的原子核都是如此。

2.某些岩石和结晶物质含有放射性夹杂物，其中一些可产生放射性晕光。这些夹杂物可产生α粒子或者携带成序电荷的其它辐射。可借助，例如切割，和/或钻孔，和/或粉碎，和/或研磨，和/或通过其它一些方法，和/或这些方法的组合处理这些岩石和/或晶体，提取带成序电荷的物质，例如通过选择极其有序(order-rich)的区域。

3.发出其它一些类型辐射的放射性物质，其中一些可能带有成序电荷。

4.核反应堆产生α粒子，其中一些α粒子将携带成序电荷。来自反应堆的一些中子可能带有成序电荷，同样，来自反应堆的其它一些粒子也可能带有成序电荷。

5.如果使核子束同靶核相撞，或者使基本粒子束同靶核相撞，一些碎片可能带有成序电荷。可借助粒子、原子核和/或重离子加速器技术，和/或碰撞束技术实现这种相互作用。可对产生的碎片进行质量和/或动量和/或方向选择，和/或被集中为碎片束，也可不进行上述处理。较重的原子核可产生更多带成序电荷的碎片，不过任何产生一些带成序电荷碎片的原子核都将如此。

6.太阳是一种成序电荷源。低通量质子和α粒子，以及来自太阳的其它粒子是潜在的带成序电荷物质源。

7.太阳发出大量的成序粒子，成序粒子很可能以成序-反成序电荷的形式携带成序电荷。但是，成序粒子可视作零质量，并且似乎多半通过成序范德瓦尔力，较弱地与成序中性物质耦合。不过，已暴露在阳光下的物质可能含有成序电荷，并且如果随后被适当地处理，则可用作成序电荷源。

这些带成序电荷物质源中的一个或多个则为成序电荷源。

B.其次，存在各种类型的分离器。分离器根据不同的原理工作，分成两种主要的类别。一种是由于成序电荷在它们所附着的物质中产生的变化的结果，间接分离成序电荷的分离器，另一种是，例如借助成序电荷场，特定作用于成序电荷自身的分离器。下面把前者称为“O型分离器”或“O型摄谱仪”，或者有时称为初级分离器。但是，由于为了作用于要分离的成序电荷，需要存在成序电荷和/或成序电荷场，因此后者可被称为次级分离器。换句话说，只有在多半借助其它一些手段分离成序电荷之后，和/或已形成对于其操作必需的成序电荷场之后，才可能发展第二种分离器。下面把后一种分离器称为“1型”或“2/3型”或“纯n型(n＝1、2或3)摄谱仪”。

初级分离器作用于和成序电荷相关的物质，并使之和成序中性物质分离。实现这一点的方法的例子如下：1.带成序电荷的α粒子或其它带成序电荷物质的质量稍微不同于处于成序中性状态下的同种物质的质量。这样，把物质分离成其不同质量状态的任何装置都可用于分离成序电荷的分离阶段。例如，带成序电荷的α粒子和成序中性的α粒子的质量差近似为0.1％～1％。质谱仪可用于分离这些质量状态，随后可收集带成序电荷的物质。

2.具有许多对质量敏感的或者对成序电荷敏感的方法，例如各种类型的摄谱仪，衍射，共振方法，运动方法，飞行时间，作用距离，漫射，甚至某些化学反应，它们可用于使带成序电荷的物质和成序中性物质分离。具有电场和/或磁场，同时具有某些类型的测速计/速度选择器和/或飞行时间装置的摄谱仪可分离不同的质量状态。

3.成序电荷可能改变物质的其它性质。例如，它可能彻底改变核磁距，核磁距可由共振或其它方法选择。

4.此外，在成序电荷源，带成序电荷的物质可具有不同的能量和/或方向性，可据此进行选择，以增大带成序电荷物质的集中度。对于在核碰撞中产生的带成序电荷的碎片更是如此，不过也可应用于某些放射源。通过选择携带成序电荷的那些状态，在某些情况下，可更容易地集中成序电荷。此外，在成序电荷源的这种选择可与适当的分离器相结合。

次级分离器要求形成成序电荷场，随后成序电荷场直接作用于带成序电荷的状态，并使之偏移，以便分离和/或集中带成序电荷的状态。尽管稍后可证明次级分离器最有效，不过由于在找到一些隔离成序电荷和/或产生成序电荷场(例如通过利用初级分离器首先分离成序电荷)的途径之前，不能构造次级分离器，所以将其称为次级分离器。一旦成序电荷可被集中，则可能形成简单的成序电荷摄谱仪。例如，成序电荷的集中会使其它带成序电荷的状态偏移，但不会使成序中性的状态发生偏移。

C.第三，存在各种可能的输出系统和/或收集器。基本思想是可操作该系统向，例如直接需求成序电荷的场所提供成序电荷，或者可为随后的分配或使用或应用收集成序电荷。该系统可被建造成恰好充当成序电荷源一样，或者具有收集器，或者两者兼有，在两者兼有情况下，可交替运行，或者甚至同时运行。

如果要收集成序电荷，则收集器的类型取决于带成序电荷的物质的形式，使用的分离器的类型，及希望收集的成序电荷的数量。可能的问题是成序粒子可携带成序电荷。于是，如果在一个场所积累了太多的成序电荷，以致产生过高的成序电荷电位，则成序电荷可被简单地辐射出。特别地，在确定成序电荷场方面，成序电荷的梯度形状可能很重要，以致通过适当地控制该梯度形状，可限制成序电荷场梯度，并使放电危险和/或放电通量降至最小。

如果成序电荷浓度过高是一个问题，则必须或者连续，或者间断地改变收集器，以便收集的电荷不超过某一浓度。或者，必须调整该物质，以便辐射的成序粒子在另一原子核上被捕获，从而使之成序电子化，从而保存收集器中成序电荷的总量，或者至少使泄漏降至最小。

如果成序电荷源正在产生α粒子或一些其它形式的粒子物质，则这些粒子或核碎片可在平板上，或者在瓶式容器中由收集器收集，或者借助泵，例如真空泵被集中到瓶式容器中。必要时，它们可以是电中性的，即α粒子可接收电子，并变成氦原子。如果在平板上收集粒子，则平板可以采取移动条片的形式，它可防止过多成序电荷的聚集。该条片可移动到处理场所，在该场所，通过，例如加热，处理该条片，以除去带成序电荷的物质，收集成序电荷并使该条片返回，收集来自分离器的更多成序电荷，所有这些步骤是一个连续的过程。

在成序电荷源和分离器之间，和/或在分离器和收集器之间，可能需要存在连接装置。我们把第一个连接装置称为输入连接装置，把后一连接装置称为输出连接装置。必要时，第一连接装置被设计成在恰当的能量、以恰当的角度、并在恰当的电离状态等等条件下向分离器中引入对该分离器而言尽可能多的带成序电荷的源物质。输出连接装置被设计成把最大输出引入收集器，和/或使收集的纯度最大，和/或其它一些设计考虑。输出连接装置可具有，也可不具有减速器，和/或散焦器，和/或停止器。在某些情况下，这些连接装置可以仅仅是简单的机械连接。

输出系统可更直接地把成序电荷输送到其被使用的场所。这可采取成序电荷束的形式，或者采取把成序电荷施加于物质上的一些系统，或者把成序电荷供给其它设备的一些系统的形式，在所述其它设备，可以收集、使用、或者以其它方式，或者它们的组合处理成序电荷，也可不进行上述处理。如果要把成序电荷施加于物质上，这可在系统的真空中直接完成，在该系统真空中，可借助适当的狭缝、光学器件、加速装置和/或减速装置对成序电荷控制、定位、聚焦等等，也可不进行上述处理。

或者可把成序电荷引出设备的真空系统，并把成序电荷施加于该系统外的物质上。实现这一点的一种途径是产生一束成序电荷，这种途径也可用于其它目的。例如，非常窄的窗口可允许成序电荷从真空系统中射出，尤其是如果成序电荷首先被加速到足够的能量，或者已经具有通过该狭窄窗口的足够能量时更是如此。一旦已产生外部成序电荷束，则可利用狭缝、光学器件、聚焦和/或偏转装置、其它加速或减速装置、和/或其它仪器进一步操纵处理该成序电荷束，以便可赋予该电荷束所需的性质，并按照适当或所需的方式将其引向适当的场所。

这种输出可以连续或间歇的方式提供成序电荷，并可用于代替收集器，或者具有收集器，或者和收集器并联。

既然已提出了成序电荷分离系统的各个部分，现在可以给出本发明的几个例子：1.第一个例子表示在图2中。在本例中，成序电荷源由发射α粒子的重核组成。它可以是放射源，或者可以来自核反应堆。前一情况下，α粒子已被电离，但是在后一情况下，α粒子可采取氦原子的形式，这样必须使之被电离。氦原子不容易被电离，将需要等离子体离子源或者类似的大功率电离源。

来自放射源的α粒子的能量通常为几百万电子伏特，来自重离子加速器的碎片的能量可更高。可建造在这些能量级下工作的质谱仪，不过需要巨大的磁体。设计成在较低能量级下工作的质谱仪可以更为精确和有效，并且通常成本不高。于是，如果具有在把α粒子或原子核碎片送入质谱仪之前，减缓α粒子或原子核碎片的方法，则可以更廉价并且更简单。但是，高电压减速技术将是费用昂贵的，并且会产生相空间的扩展，于是为了使通量增大，这将需要(随机)冷却。一种解决方法是使用有限的飞行距离(finite range)减缓α粒子(或者碎片，不过处理来自粒子源的单能α粒子的情况最好)，并使之通过精确设计的，被特别加工成围绕放射源的金属薄片或金属板，以使α粒子几乎被停止，但是在另一侧呈现非常缓慢地移动。随后，适当的高电压加速和聚焦场将把这些α粒子中的大多数以适当的能量拉回质谱仪中。但是，仍然存在一定程度的角度和动能扩展，以致可能必须特别设计该质谱仪，以便处理增大的相空间。为此，下面考虑了备选的摄谱仪类型。

随后通常通过狭缝或狭缝系统，并且通常借助用于导引并聚焦该通量的适当光学器件，使电离的α粒子进入质谱仪。如果能量是热能，或者较低，则必须使电离α粒子加速进入质谱仪。如图中所示，这可借助电力实现。质谱仪具有特定形状的电场和磁场，所述电场和磁场沿着适当的轨道导引α粒子，并按照α粒子的质量，使它们分离。通常该系统被设计成把输入狭缝的图象聚焦到出口狭缝上。这种情况下，可通过调节出口狭缝相对于入口狭缝图象的位置，选择穿过该系统α粒子的质量。通过调节狭缝，使得该系统能够透射带成序电荷的α粒子，并阻止成序中性的α粒子，则可使带成序电荷的α粒子和成序中性的α粒子分离。随后使α粒子通过输出连接装置(如果需要的话)，并停止和/或收集α粒子，和/或用其它方法输送到输出系统。例如可使α粒子停止在金属板上，该金属板也可中和这些α粒子，并且可加热，也可不加热该金属板，以便蒸发α粒子，使之进入真空泵，该真空泵把带成序电荷的氦原子泵入用于容纳它们的容器中。

就关于α粒子源和分辨力的本例而言，存在两个问题。如果α粒子在金属薄片中被减缓，则取决于该金属薄片的厚度，α粒子或者被热化，或者仍然具有较高的动能。例如，对铝来说，来自镅-241的5.486MeVα粒子的行程是22微米，大于该厚度的铝薄片将使α粒子热化，而小于该厚度的铝薄片将允许α粒子穿过，同时具有一定的残余动能。如果金属薄片的厚度足以使α粒子热化，则这些α粒子将吸收到原子电子，并且必须借助等离子体源或类似物重新电离这些α粒子，因为氦难于电离。如果金属薄片较薄，以致α粒子飞逸出，则这些α粒子在角度和动能两方面都将发生扩散(可能加宽)，这将导致摄谱仪的质量分辨率降低。这样的装置测量磁刚性，而磁刚性取决于质量和速度，以致不同的质量和能量区可相互重叠，从而降低了分辨率。

实际所需的质量分辨率取决于常态α粒子(α)和带成序电荷的α粒子(α′)之间的质量差，α粒子和α′粒子的相对通量，并且取决于不同的背景。如果摄谱仪对电荷/质量(q/m)敏感，并且一个摄谱仪正在处理逐一带电的α粒子，则存在两种可能的常见背景。质量为：离子          质量        A/q           δ          MeV4He-4.00207     4.00207       -           -12C+++11.99840    3.99947       -.00065     -2.416O++++15.992787   3.99820       -.00097     -3.6这样，在主(成序中性)α峰的低质量一侧，存在两种背景(可能存在其它背景，取决于真空中的杂质)。决定该系统所需的质量分辨率的因素有几个。其中两个因素是带成序电荷的α粒子的质量，以及α′粒子和α粒子的数目比。如果α′粒子的质量小于α粒子的质量，则它可与这两个背景相混淆，并且和如果α′粒子的质量大于α粒子的质量的情况相比，需要更高的分辨率。如果α′粒子质量大于成序中性α粒子的质量，则不需要这么高的分辨率把它和背景区别开，但是仍然需要足以把它和主α峰的尾随峰分开的分辨率。完成这种分离的能力取决于这两种α粒子间的质量差，以及α粒子和α′粒子的相对数量。如果后者的相对通量太低，则少数真实事件会损失在主峰的背景尾随峰或其它背景中。更高的分辨率能够帮助解决这些问题。

这样，只要各种情况不会协力促成需要比电荷源、减速系统、输入狭缝和光学器件、以及质谱仪的综合效果所能提供的更高的分辨率和/或背景舍弃，则这里给出的第一例子理应够用。但是，如果需要更高的分辨率，则必须使用一些分辨率更高的系统。

II.分辨率最高的系统之一是Penning捕获器。通过确定离子在高精度磁场中的回旋频率，实现Penning捕获器中离子的质量测量。可获得一百万或更高的解析能力。

典型的系统应包括α粒子源(例如放射源或具有适当的等离体电离作用的核反应堆，或者重离子碎裂源)，加上离子束聚束器和冷却器，Penning质谱仪和某些类型的检测器和/或收集系统，所述α粒子源在需要的地方具有适当的衰减器或热化器(例如对于给定α粒子源的适当厚度的金属薄片，或者如果放射源具有有限的厚度，衰减可在放射源中产生。这可借助旋转α粒子源和/或金属薄片(如果存在的话)的简单方法进行微调，以便只有已通过放射源和/或金属薄片的一些物质的α粒子才能进入摄谱仪)。离子聚束器和冷却器也可是Pennning捕获器类型聚束器和冷却器。它可借助和缓冲气体的碰撞来冷却α粒子。但是，在α粒子吸收电子，变成中性氦原子的情况下，会存在问题，因为氦对电子的束缚力非常强，以致它们不能被捕集。一种解决方法是使用电离的缓冲气体，但是这会引入其它背景。或者可使用另一种惰性气体。在第一个捕获器中冷却并捕获α粒子，随后由特殊的光学器件把捕获的α粒子送到第二捕获器，在第二捕获器中完成质量测量。

就这种系统而言，存在许多可能的问题：a.这种Penning具有许多必须优化的参数，通常约为100～200或者更多。从而一开始这种精密仪器要花费较长的时间进行准备。但是，一旦调整好，它可可靠地良好运行，因此准备方面的这些困难是可接受的。

c.捕获器测量许多α粒子的平均质量，从而如果一个粒子聚束中具有1个α′粒子和9个成序中性的α粒子，则由于总质量差异的显著比例，将看到质量偏移。但是，如果在一个粒子聚束中存在更多的α粒子，比方说100个，则1个α′粒子相对于999个α粒子的质量偏移将相应地变小，可能不能容易地检测到偶发的α′粒子。这会降低可用的聚束尺寸。

c.通常，以两种方式中的一种确定质量。如果在捕获器中存在足够的离子，则可根据镜象电荷的回旋频率确定回旋频率。但是，如果捕获器中的离子较少，则不得不排出这些离子，并利用某些类型的飞行时间系统或其它检测器来确定该频率。如前(b)所述，前一种情况下，可能难以检测数千个常态α粒子中的零星α′粒子，而在后一种情况下，可能能够检测偶发的α′粒子，但是由于所有离子首先必须到达检测器，以确定在目前的粒子聚束中是否存在这种α′粒子，因此实际上在使这种α′粒子和其它常态α粒子分开方面，仍然存在问题。只有在粒子聚束已到达检测器，才能做出试图分离该粒子聚束的决定，通常这应该是太迟了。随后仍然存在使α′粒子和粒子聚束中的其它粒子分开的问题。较小的聚束尺寸还意味着通过该系统的通量较小。当然，系统可以作用于单个的α粒子和α′粒子，不过通量要非常低。

d.事实上，虽然这种装置可相当成功地用于确定α′粒子的质量，但是由于α′粒子和常态α粒子都在同一粒子聚束中，它们的轨道近似相同，因此存在使α′粒子和常态α粒子分开的困难。如果具有一些用于检测α′粒子的存在的方法，则有可能沿着不同的轨道射出该粒子聚束，无疑采用镜象电流检测方法更为容易，但是不能得到纯的α′粒子，而是带成序电荷的α粒子和成序中性的α粒子的混合体。如果使α粒子通过一系列这种和/或其它分离器，将能够产生相当纯净的带成序电荷α粒子的样本，不过从许多观点(包括费用、效率和易于调试和操作)来看，这种系统未必是特别令人满意的。

III.我们所需要的是这样一种摄谱仪，在该摄谱仪中，更干净地进行分离操作。一种可能的摄谱仪是飞行时间摄谱仪。如果具有单色α粒子源，例如镅-241，并且α粒入被导引通过该摄谱仪的真空系统(在不降低它们能量的情况下，正如金属薄片情况一样)，则仍然必须考虑到来自粒子源的，能量和主峰能量不同的背景α粒子。一种实现方法是结合磁谱仪和飞行时间摄谱仪。但是飞行时间摄谱仪需要开始和终止信号。来自粒子源的X射线可提供开始信号，不过这将是一种不寻常的技术，并且不清楚时间分辨率有多精确。此外，终止信号也可来自会吸收α粒子的真空系统中的检测器。这可能好到足以测量α′粒子的质量，不过把带成序电荷的α粒子和成序中性的α粒子分开，并进行收集将需要一定的创造性。通过把α粒子加速到几个GeV，并利用高能物理技术，可消除这些问题中的一些问题。

IV.因此所需的是高分辨率摄谱仪，它可具有两个独立的分离过程，它将以这样一种方式，即使带成序电荷的α粒子射向适当的收集装置，从而物理分离带成序电荷的α粒子和成序中性的α粒子，以这种方式，可使带成序电荷的α粒子射向适当的收集装置。这样，不管α粒子的不同入射角和能量，可以彻底使带成序电荷的质量状态和正常的质量状态分开，以及和系统中存在的任意背景分开，并且随后使带成序电荷的质量态射向收集器，在该收集器，带成序电荷的α粒子可被收集，以便稍后从该系统中取出并存储，或者所需的任何应用。

这样的一种为这种精确分离创造条件的摄谱仪是Smith摄谱仪。Smith质谱仪利用了磁场、狭缝、其它光学器件和射频系统组成的混合系统来分离不同的质量状态和能态1。该系统被设计成并调整到在一定的质量范围内和一定的质量分辨率范围内工作，所述质量分辨率最高到105分辨率或更高。1L.G.Smith，Phys.Rev.C4，22-31(1971)，及其参考文献。

图3表示了Smith摄谱仪的工作原理。电离的α粒子束通过由适当的减速器、加速器、光学器件和狭缝组成的系统被注入该Smith摄谱仪中。一旦进入该摄谱仪内，则α粒子束以R＝SQRT(2mt)/qB的半径作圆周运动，其中m是离子的质量，q是离子的电荷，T为离子的动能，B是摄谱仪中的磁场强度。这样，不同的质量和动能态可具有相同的轨道半径。借助它们的回旋频率可对它们进行进一步的分离。

这种粒子的回旋频率为fC＝qB/m。如果具有质量分别为m1和m2的两个粒子1和2，则它们可由关系式m1f1＝m2f2。以这样的方式向RF调制器施加RF信号，即使粒子束的速度在第一次横越时增加一定的数量，并在第二次横越时降低相同的数量，以致净能量增益为零。这样具有两种质量分辨率效果，一种取决于动能，而另一种不取决于动能。这使得能够不受动能和输入角度扩展的限制，确定质量。通常，RF频率为f＝(n+1/2)×fC，其中n为整数，分辨功率为2πn(dm/w)，其中w是入口、调制器和出口狭缝的共同宽度，dm是直径的调制幅度。如果扫描RF频率，可得到对应不同质量状态的峰值。

这种装置的好处在于它可被设计成优化带成序电荷的α粒子和成序中性的α粒子和/或其它背景的分离，而不考虑输入角度和动能的扩展，优化系统的传输，以便有效地捕获α′粒子，并且该装置以连续方式运行，以致能够使α粒子和α′粒子的稳定粒子流进入该系统，并且彻底分离出α′粒子束，该α′粒子束可被引向适当的收集器。

当然，Smith摄谱仪可和α粒子之外的其它类型物质一起使用，以使带成序电荷态和成序中性态分离。

Smith摄谱仪可被设计成和不同类型的粒子源一起使用，所述粒子源包括α粒子源，其它类型物质的α粒子的重离子加速源和/或原子核碎片，反应堆，或者其它α粒子源或氦源，或者甚至市场上可买到的氦气，或者其它带有成序电荷的物质源。粒子源的选择取决于费用。通常希望在最低费用下，使通过系统的带成序电荷的物质的通量最高。如果采用放射性α粒子源，则可能必须具有减缓α粒子的金属薄片，或者必须使该粒子源转动一定的角度，以便α粒子在该粒子源的材料中被衰减。或者可使α粒子热能化，但是随后必须借助适当的等离子体或其它离子源重新电离这些α粒子。来自重离子源，来自反应堆或者来自另一粒子源或氦气源的α粒子必须首先由适当的等离子体或其它离子源进行电离。来自重离子源的其它物质态如果先前已被热能化，则它们将需要被电离。

连接等离子体离子源，并把氦气送入该系统中是简单明了的。可采用其它带成序电荷的物质源，例如重离子源，原子核碎片，或者其它带成序电荷物质源或任意类型的辐射。如果该系统将和几个输入源一起使用，则具有便于从一个粒子源转换到另一粒子源的开关装置将是有利的。

随后利用加速技术(高电压)狭缝和聚束装置的适当组合，在Smith摄谱仪中，使减速后的电离α粒子或其它物质态聚束，并使之加速。由于α粒子或其它物质态具有如此短的飞行距离，所有这些必须处于真空中。一旦形成一束带成序电荷的物质态，则将其引入Smith摄谱仪中，在该摄谱仪中，如前所述，可调节质量分离过程，分离出带成序电荷的物质态，以便可把分离出的这些物质态引入适当的减速和/或收集系统，或者用作带成序电荷物质源(该物质源可在真空系统内被应用于物质上)，和/或转变为带成序电荷物质束，和/或进入其它加速级，和/或通过窄的窗口，以形成外部源和/或射束，和/或在处理设备中使用和/或直接用作成序电荷源。

我们把这些使成序电荷和成序中性态分开(但是没有进一步分离成序电荷态，因为，例如它们没有在活性分离器中展开成序电荷)的例子(I～IV)称为“O型摄谱仪”或“O型分离器”。

Smith摄谱仪或者成序电荷分离器中使用的另一种其它类型的摄谱仪或分离器通常被设计成具有指定的质量分辨率。当用作为成序电荷分离系统时，则分离试样的纯度，及通过系统的通量是更重要的考虑因素，尽管分离试样的纯度和该通量可能以相互冲突的方式取决于质量分辨率。对此，一种解决方法是把系统设计成具有可变分辨率和/或其它可变参数，以便系统可以不同的方式运行，例如，使纯度最大，或者使生率最大，或者这些和/或其它因素的一些组合。实现这一点的一种途径是借助可变化的狭缝。如果系统中的各个狭缝和/或孔隙由电机或其它装置驱动，则可调节这些狭缝和/或孔隙，以提供所需的性能和模式。

V.一旦成序电荷已被分离，则可能建立成序电荷摄谱仪，它利用先前分离的成序电荷，或者成序电荷场使成序电荷和其它物质分开，或者进一步分离成序电荷类型。图5表示了成序电荷摄谱仪，或者我们称之为次级摄谱仪的示意图(下面把该成序电荷摄谱仪的不同形式称为“1型摄谱仪”，“2/3型摄谱仪”及“纯n型摄谱仪”，其中n＝1、2或3)。在该成序电荷摄谱仪中，一定量的恰当形态的成序电荷被用于使带成序电荷的物态偏离成序中性物态。成序中性物态不会受到该成序电荷场的作用，除非它借助短程成序范德瓦尔力，因此(几乎)直线通过该设备。另一方面，带成序电荷的物态受到该成序电荷场的作用，发生偏离。借助狭缝和/或挡板组成的系统，或者其它分离器可使这些偏转物态和成序中性物态分开，并且随后收集、储存这些偏转物态，或者在后续阶段中，或者在别处使用。注意目前已知成序力的作用距离仅为微米级。如果发现成序力为长程作用力，即作用距离延伸到无限远，则可设计大型分离装置。但是，如果以某些方式限制该作用距离，则将需要一些小型的精密技术设备。

在成序电荷场中存在两种类型的偏转：同种电荷被排斥，异种电荷被吸收。存在三种不同类型的成序电荷，为了方便起见，我们称之为1型、2型和3型成序电荷(或者可把这三种电荷命名为红、绿和蓝)。如果一种成序电荷受到排斥，则另两种成序电荷将被吸引，因此受到排斥的成序电荷将总是比受到吸引的电荷更纯净。这提供了一种把成序电荷态分离成其后续的三种电荷态的机制。

首先必须利用初级摄谱仪分离某些成序电荷。随后可利用这些分离电荷构造次级摄谱仪。这三种电荷态的电荷类型(1、2或3型；红、绿或蓝)的分布多半是随机的，于是每种不同电荷类型的电荷数量将概略相等。但是，电荷数量不可能完全相等，势必一种电荷类型将占有优势。对于较小的成序电荷样本更是如此。这样，可利用受排斥的成序电荷分离相同的电荷态，并可利用串联的成序电荷摄谱仪汇集分离后的电荷态。或者，可通过收集排斥电荷态，随后将其用于形成下一成序电荷极来汇集分离后的电荷态，该成序电荷随后可放回初始成序电荷摄谱仪中，或者用作次级成序电荷摄谱仪的电荷极。或者，可使之反复通过一个摄谱仪，通过获取每一次的排斥部分，净化分离后的电荷态。受一系列这种摄谱仪逐渐排斥，或受到反复分离的电荷将处于一种电荷态逐渐变得更为纯净。

同样，受吸引电荷态将以其它两种电荷的形式逐渐纯化。随后可利用这两种其它电荷作为摄谱仪电极，随后使这两种电荷态(即吸收自次级摄谱仪)反复通过，并收集被排斥的电荷态来形成第三摄谱仪。或者通过同一摄谱仪，或者通过级联摄谱仪，或者通过利用输出产生下一摄谱仪的电极等等(例如以用于分离1型电荷的类似方式)，重复上述过程，将进一步增强剩余两种电荷的分离。

VI.一旦三种电荷态已被分离，则将能够建立分离这三种电荷态的完整系统。即，存在一系列必须随之进行的步骤：首先，使带成序电荷的物态和成序中性物态分开，并汇集带成序电荷物态。随后使用分离的电荷，尤其是同种电荷的波动(especially fluctuations in thesame)，来分离单个的电荷物态。一旦分离出单个电荷物态的纯净样本，则可能建立分离这三种电荷物态中的每种电荷物态的生产系统。

图6表示了彻底分离单个电荷的完整成序电荷分离系统的一个例子(关于图5的尺寸的相同说明适用于此)。它要求两种电荷(即1型和2型电荷)的预先分离，并要求把分离后的两种电荷制备成一前一后的两个纯成序电荷摄谱仪的有源元件(active element)(图中为纯1型和纯2型摄谱仪，不过电荷类型的任意变换也是可能的)。随后第一摄谱仪(1型)将排斥并分离1型电荷，而成序中性物态将直接通过。接下来，第二摄谱仪(2型)排斥2型电荷，并使之和3型电荷分开。后续的(第三)3型分离器可用于实现3型电荷的进一步纯化。如果最终的三种电荷态不是足够纯净，则一连串这种装置将产生更纯的电荷，或者可以反复循环这三种电荷态，以便进一步纯化。

VII.当该技术以越来越纯净的样本为工作对象，并且当在越来越纯净的样本中分离成序电荷时，有可能设计更精密更有效的分离系统。本发明的第一层次包括原始成序电荷(或者混合的电荷类型)的分离；第二层次涉及把该电荷分离成三种电荷类型的日益纯净的样本；此时，分离成序电荷物态和非成序电荷物态，及直接分离这三种成序电荷将变得更为容易。