Способ получения облака заряженных аэрозольных частиц

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5030291/05 (22) 02.03.92 (4S) 30.1193 Бюл. Йа 43-44 (76) Ильин Меркурий Иванович (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЛАКА ЗАРЯЖЕННЫХ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ (57) Использование: в геофизике, метеорологии, радиолокации при получении электрически заряженного облака. Сущность изобретения: в качестве (В) RU (1Ц 2003380 С1 (51) 5 80585 00 A01G15 00 наэлектризованных частиц используют частицы из электрета, собранные в упаковки, при этом выброс частиц осуществляют залповый. Используют частицы иэ эпектрета одноименного заряда. Использование рассеиваемых наэлектризованных частиц из электрета исключает использование специального громоздкого устройства и источником электропитания, производящим электрическую зарядку в момент выброса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил..

2003380

Изобретение относится к технике получения электрически заряженного облака и может быть использовано в геофизике, метеорологии, радиолокации, Известен способ получения электрически заряженного облака, включающий выброс частиц жидкости и последующую электризацию образовавшегося из этих частиц облака ионизирующим рентгеновским излучением (1), Недостаток способа заключается в том, что для получения облака необходима специальная громоздкая рентгеновская установка с источником высокого напряжения, а это затрудняет создание облака в атмосфере с использованием летательного аппарата в связи с ограничениями по весу и.энергообеспечению.

Известен способ получения облака заряженных частиц, заключающийся .е одновременном воздействии на выбрасывавемые жидкостные частицы потоком газа и электрического поля (2j.

Его недостаток состоит в наличии внешних источников высокого напряжения и сжатого газа.

Известен способ создания электрически заряженного облака, включающий выброс частиц жидкости и газа при одновременном воздействии электрического поля Щ

Он обладает преимуществами перед предыдущими известными способами, т,к, в качестве источника электрического поля применяют электрет.

Наиболее близким из известных является способ получения облака заряженных частиц, включающий выброс в аэрозольную среду наэлектризованных частиц. Наэлектризованные частицы представляют собой частицы дыма, заряжаем ые в момент выброса f4), Недостаток известных способов получения облака заряженных частиц заключается в том что они не обеспечивают мгновенное создание равномерно заряженного облака увеличенных размеров. Это связано с тем, что процесс получения облака растянут во времени и не достигается быстрое равномерное распределение зарядов по заданному большому объему атмосферы — концентрация заряженных частиц по мере удаления от источника их генерации уменьшается.

К недостатку известных способов относится и то, что в момент выброса частиц требуется их заряд специальным источником электрического поля. Далее перекос электрического заряда к незаряженным частицам атмосферы осуществляется через посредник — первоначально заряжаемые частички дыма или жидкости, что приводит к потерям заряда при транспортировке его до заданной области атмосферы, недостаточно эффективному процессу зарядки заданного объема атмосферы, пониженному коэффициенту использования электрических зарядов, Целью изобретения является ускорение

10 создания электроразрядного, равномерно заряженого облака увеличенных размеров., Это достигается тем, что в способе получения облака аэрозольных частиц, включающем выброс в аэрозольную среду

1б наэлектризованных частиц, согласно изобретению, в качестве наэлектризованных частиц используют частицы из электрета, собранные в упаковки, при этом выброс осуществляют залповый.

20 Причем для предотвращения взаимного слипания при хранении и транспортировке используют частицы из электрета с одноименным зарядом, Применение рассеиваемого электретного материала позволяет расширить сферу использования полученного облака, в том числе, повышает эффективность проводимых научных исследований с применением этого искусственного образования.

Сущность способа заключается в следующем.

Полный заряд электрета обусловлен наличием свободных зарядов (ионов и свободных электронов) и связанных зарядов и, 3б таким образом, электрет является как бы накопителем, аккумулятором электрозарядов, При рассеянии электретный материал входит в неподвижный контакт с компонентами атмосферы и свободные заряды с по40 верхности электретов переходят к этим компонентам атмосферы, изменив знак их заряда и преобразовав их в аэроионы.

Для электретов характерно объемное и поверхностное распределение зарядов. Это приводит к значительному содержанию заряда в расчете на единицу площади электрета, например, плотность заряда электретов о, полученных поляризацией из тонких полимерных планок; фторопласта, полиэтилена и лавсана толщиной 1 — 100 мкм имеет значение от 10 9 до 104 Кл/мс2, Так, из пленки полиэтилентерефталата (ПЭТФ) толщиной 5 мкм можно получить электрет с поверхностной плотностью заряда о= 10 7

Кл/см, а из пленки 1 мкм — с плотностью

2 заряда о = 10 Кл/см, Подобная плотность заряда при достаточно большей суммарной площади электретных поверхностей при их рассеянии способна создать значь.тельный. 2003380

10 поля E в практической системе единиц, если поверхностная плотность заряда электре- 15 тов п=2,92 109 Кл/см, Е = kcr = 1,14.10 э

B.см/Кл . 2.92 109 Кл/см = 33 кВ/см, где k — коэффициент пересчета в практической системе единиц.

Такое поле способно вызвать поляриза- 20 цию окружающих компонентов атмосферы и тем самым также внести вклад в создание атмосферной неоднородности. Степень поляризации оценивают следующим образом.

Как известно, при поляризации элект- 25 ронные оболочки атомов (молекул, ионов) деформируются под действием электрического поля напряженностью Е, в результате чего атом (молекула, ион) приобретает дополнительный электрический дипольный 30 момент р= сто Е, где a — диэлектрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума); е — порядок атома (молекулы, иона), имеющий значения порядка объема, 35 объемный заряд и, таким образом, создать электрический дисбаланс и электрическую неоднородность в атмосфере.

Упомянутая особенность распределения зарядов в электрете приводит также к тому, что внутри и вне электретов действует сильное электрическое поле. Энергия этого поля рассредоточена по всему объему, занимаемому полем, а не локализована в заряженном теле. Максимальная величина электрического поля, создаваемого электретом, в окружающем его пространстве составляет Е = 4 ло. Подсчитываем величину

Рассеиваемые электретные частицы Могут быть получены следующим образом, Заготовленные полоски из диэлектрика — полимерного материала (фторопласта, полиэтилена, лавсана), повергают воздействию сильного электрического поля, для чего помещают их, например, в зазоре между электродами, к которым приложено внешнее напряжение. Для пленки из фторопласта толщиной 10 мкм оптимальное напряжение составляет 3,2 кВ. B результате этого получают наэлектризованный диэлектрик — электретный материал. При этом предпочтительным является вариант получения электретного материала, согласно которому первоначально подвергают взаимодействию электрического поля большие листы полимерного материала, которые затем разрезают на отдельные полоски.

Установлено, что разрезание металлическими ножницами больших электретных поверхностей не снижает их поверхностного заряда.

Следует отметить, что возможно изготовление не только линейных электре гов, но и шариковых с монополярным зарядом, Для уменьшения загрязнения окружающей среды можно использовать для получения электрета полимерный материал— диэлектрик, разрушающийся во времени без видимого твердого остатка под действием солнечной радиации и атмосферных осадков, например на основе поливинилспиртов, или подвергаемый биоразложению микроорганизмов, например полисахариды (электретными материалами в большей или меньшей степени могут быть практически многие полимеры).

B качестве рассеиваемых частиц — электрически заряженных диэлектриков-электретов могут быть электреты в виде полосок с одноименным зарядом, которые не подвержены взаимному слипанию при укладке, в процессе хранения и транспортировки, Действительно, у электретных элементов одноименного заряда, благодаря наличию электростатического поля вокруг каждого элемента, исключаются при укладке в контейнеры и последующем хранении взаимное существенное касание и соответственно предотвращается слипание их друг с другом. Кроме этого, неслипающиеся электретные элементы в свободном состоянии будут интесивней под действием электрических полей взаимно расталкиваться. 8 результате этого произойдет быстрое и полное отделение каждой частицы одна от другой и, в конечном счете, образуется облако больших размеров.

Осуществить способ можно, например, по схеме, которая приведена на фиг.1. с использованием устанавливаемого на летательном аппарате устройства, вариант конструкции которого, представленный на фиг.2, содержит цилиндрический контейнер

1, в котором размещен дисперсный электретный материал 2, поршень 3, расположенныйу одногоизднища4, ввернутый в этоже днище электропиропатрон 5 с вышибным зарядом, причем другое днище 6 контейнера выполнено разрывным, например из полимерного пленочного материала.

Устройство может быть помещено внутри летательного аппарата в пенале из электроизоляционного материала. Вместе с электретным материалом может быть размещен другой рассеиваемый материал — дисперсный реагент, а также расталкивающие частицы подпружиненные сбрасываемые стержни 7, сцепленные с поршнем 3.

После доставки с помощью, например, метеоракеты (1) устройства в заданную область атмосферы (грозовое облако) и отде2003380 ления его от средства доставки подрывают электропатрон 5.

Под давлением образующихся газов, действующих На поршень, происходит перемещение рассеиваемых частиц, разрушение днища 6 и последующий их выброс в атмосферу (И1). Под действием встречного воздуха произойдет интенсивный разлет рассеиваемых электретных частиц и образование электрически заряженного облака увеличенных размеров с равномерной плотностью распределения частиц, В случае использования электрета с одноименн ым зарядом, в результате электростатических сил отталкивания, действующих между одноименно заряженными телами, разлет рассеиваемых частиц будет происходить интенсивней; чему будут способствовать и расталкивающие частицы— стержни 7, Рассеянные частицы облака будут производить зарядку компонентов атмосферы одновременно по большому объему атмосферы, причем эффективно, т,к. она осуществляется, во-первых, путем передачи, перехода зарядов от электретного материала к незаряженным частицам атмосферы при непосредственном взаимном контакте (заряд самого же электрета, как известно; образуется за счет "чужих" зарядов, инжектированнцх из электродов или межэлектродных промежутков в процессе получения из диэлектрика, а также за счет собственных зарядов этого диэлектрика), во-вторых, в результате индукции и поляризации в электрическом поле электрета, под влиянием которого попадают компоненты атмосферы.

Таким образом, в конечном итоге полученное облако будет состоять из совокупности электретных чаСтиц, аэроионов и электрически заряженных аэрозольных компонентов атмосферы — взвешенных в воздухе капелек воды.

Исходя иэ изложенного, полученное облако может найти прикладное применение, в научных исследованиях и хозяйственной деятельности человека.

Например, данное облако позволяет создать электрический дисбаланс между частями атмосферного грозового облака, инициировать разряд молний без вспышек.

Определим оценочно количество заряда в облаке, создаваемое из электретов в виде полосок (ленточек) толщиной 10 мкм q поверхностной плотностью заряда о 10

Кл/см, размещаемых перед выбросом в цилиндрическом контейнере диаметром б 60 см и длиной f, 100 мм при коэффициенте заполнения 0,9. Суммарная площадь поверхностей ленточек:

3 = $1 — 4 = 900 2 100; у= г

3,14 50, 35 34 10 смг

5 где S> = 900 2 — суммарная площадь поверхности электретных полосок, приходящихся на поперечное сечение контейнера площадью 1 см при заданном коэффициенте заполнения.

Тогда суммарное количество заряда составит:

q = 0 S 10 35,34 10 35,4 Кл, Данный заряд сопоставим со средним

15 зарядом, содержащимся в грозовом облаке или переносимым отдельной атмосферной молнией, который равен 25 Кл.

Сообщение электрозаряда грозовым облакам также усиливает вызывание осад20 ков, т.е. способствует искусственному дождеванию.

Создаваемое облако можно рассматривать как эффективное радиолокационно-отражаемое обяако. обладающее

25 повышенной эффективной отражательной поверхностью, лучшей обнаруживаемостью. Зто связано с тем, что электрически заряженная область атмосферы обладает увеличенной радиолокационной отражае30 мостью, причем при росте электрического поля облака линейно, прямо пропорционально возрастает его радиолокационная отражаемость, Использование рассеиваемых частиц из электрета рассеиваемого ма35 териала или создать облако с заданными радиолокационными характеристиками меньшим количеством рассеиваемого вещества. Облако из электретиых частиц можно успешно использовать для создания радио40 помех, а также в метеорологии при оценке характеристик атмосферного ветра, контроле активного воздействия.

Создаваемое электрически заряженное облако позволяет также увеличить скорости

45 протекания химических реакций взаимодействия реагентов в атмосфере в экспериментах по активному воздействию, Преимущество способа заключается в следующем.

Благодаря использованию рассеиваемых неэлектризованных частиц из электрета отпадает необходимость в специальном громоздком устройстве с источником электропитания, производящим электрическую

55 зарядку рассеиваемых частиц в момент выброса, что значительно упрощает процесс создания облака в атмосфере Земли с применением летательных аппаратов, Представляется возможность залповым порционным выбросом одновременно боль2003380

3:

jLIoco количества электретных частиц мгновенно получить равномерно заряженное облако увеличенных размеров, При этом использование электрета позволяет, soпервых, компактно хранить до использования относительно длительное время большое количество электрозаряда, Во-вторых, быстро переносить, транспортировать заряды до места применения и быстро распределять их по большому объему атмосферы (отдельные электрозаряды известными механическими способами невозможно рассеять быстро по большому объему атмосферы).

Обеспечивается более эффективная, без потерь, непосредственно с электрета передача электрических зарядов к компоФормула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОБЛАКА ЗА;- ;;.: LННЫХ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ, включающий выброс в аэрозольную среду наэлектризованных частиц, отличающийся тем, что в качестве наэлектризованных чанентам атмосферы: молекулам воздуха, взвешенным капелькам воды — атмосферному азрозолю, Применение рассеиваемого электрет5 ного материала позволит расширить сферу использования полученного облака, повысить эффективность проводимых научных исследований с применением этого искусственного образования.

10 (56) 1, Авторское свидетельство СССР

N 1254б16, кл. В 05 В 5/02 1984, 2. Авторское свидетельство СССР

N 939107, кл. В 05 В 5/02, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

15 N 582844, кл, В 05 В 5/04, 1977.

4. Авторское свидетельство СССР

¹ 300 33, кл. В 01 6 15/00, 1932, стиц используют частицы из электрета, собранные в упаковки, при этом выброс осуществляют залповый, 2, Способ по п.1, отличающийся тем, что используют частицы из электрета одноименного заряда, 2003380 Составитель M. Ильин

Техред М,Моргентал Корректор А. Мотыль

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3293

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101