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Générateur d'ions La présente invention a pour objet un générateur d'ions destiné à être disposé dans une conduite d'air et comprenant une source radioactive, des moyens pour monter ladite source dans ladite conduite d'air, une première électrode, une seconde électrode montée en aval dans le courant d'air, des moyens pour appliquer une charge d'une certaine polarité à ladite première électrode et une charge de polarité opposée à ladite seconde électrode,
de façon que des ions de polarité opposée à celle de la charge de ladite première électrode soient captés par celle-ci tandis que les ions de même polarité que ladite charge subissent une répulsion de la part de ladite première électrode et suivent les lignes de flux électrostatique vers la seconde électrode puis pénètrent dans le courant d'air qui les entraîne au-delà de la seconde électrode et dans l'air environnant.
Certains générateurs d'ions connus se sont avérés relativement onéreux à faire fonctionner du fait que les sources radioactives qui y sont utilisées sont très coûteuses et ont une vie moyenne relativement courte.
Le générateur d'ions faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce que les moyens pour monter la source radioactive dans la conduite d'air comprennent des organes propres à protéger ladite source contre ledit courant d'air de manière à former une zone d'air tranquille en aval de ladite source.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du générateur d'ions objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue partiellement en coupe transversale de cette forme d'exécution, la fig. 2 est une vue schématique d'une partie du générateur avec ses connexions de montage électrique, la fig. 3 est une vue en coupe transversale à plus grande échelle d'une partie du générateur, montrant le champ électrostatique. Le générateur d'ions représenté à la fig. 1 comprend une conduite tubulaire 11 dans laquelle des moyens assurent une circulation forcée d'air; ces moyens consistent en un boîtier 12 portant un orifice de sortie 13 relié à l'extrémité inférieure de la conduite 11. A l'intérieur de ce boîtier est monté un ventilateur 14 entraîné par un moteur 16.
Ce ventilateur aspire de l'air à travers un orifice d'admission muni d'un filtre 17 et décharge cet air à travers l'orifice de sortie 13 dans la conduite 11. Une poignée 18 montée sur le boîtier sert de logement à un redresseur 19 et à un transformateur 21.
Un émetteur radioactif 23 de particules bêta molles est monté dans la partie inférieure de la conduite 11. La feuille 24 au tritium fabriquée par PU. S. Radium Corporation, de New-York, par un procédé dans lequel un métal tel que du zirconium est contraint à absorber du gaz tritium s'est avérée appropriée. Elle se présente sous forme d'un disque s'étendant dans un plan perpendiculaire .à l'axe de la conduite 11, ou encore sous forme d'un cylindre parallèle audit axe. Comme représenté à la fig. 1, la feuille 24 au tritium est liée à la surface supérieure d'un disque métallique 26 en nickel par exemple. Le disque 26 empêche toute radiation à partir de la face inférieure de la feuille.
La feuille 24 et le disque 26 sont portés dans la conduite 11 par une plaque circulaire 27 munie d'agrafes élastiques 28 susceptibles de s'engager avec frottement sur le bord périphérique de la feuille 24 et du disque 26 pour les maintenir dans la position désirée. La plaque 27 est portée par une tige conductrice 29 montée dans un élément semi-sphérique 31 en matière isolante. Le disque 26 est encastré dans une cavité 32 pratiquée dans la partie supérieure de l'élément 31à des fins qui seront décrites plus loin. Une fiche banane est montée sur l'extrémité inférieure de la tige 29 et est susceptible d'être engagée dans une douille 34. La douille 34 est
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portée par un bloc isolant 36 suspendu dans la conduite 11 par des moyens appropriés et entre des brides 37 et 38.
La bride 37 est fixée à la paroi latérale de la conduite tandis que la bride 38 est fixée à la bride 37, ce qui permet de serrer le bloc isolant 36 entre les deux brides. La partie inférieure de la douille 34 est munie d'un rebord 39 isolé des brides 37 et 38 par une rondelle 41 en matière isolante. La douille 34 est connectée électriquement avec le redresseur 19 par un conducteur 42, comme il sera décrit plus loin. Le conducteur 42 étant relié électriquement à la feuille au tritium 24, celle-ci joue le rôle d'une électrode.
Une électrode supplémentaire 43 est montée en aval de la source radioactive 23 et peut consister en une électrode 44 verticale en forme de tige. L'électrode 44 est portée par une paire d'éléments tubulaires 46 en matière isolante. Les éléments tubulaires 46 sont également isolés de la conduite 11 par des rondelles isolantes 47. Un conducteur 48 s'étendant à travers l'un des éléments tubulaires 46 est relié à l'électrode 44, par exemple par soudure. L'autre extrémité de ce conducteur est connectée au redresseur 19 comme décrit plus loin.
Le schéma de montage représenté sur la fig. 2 comprend des fils Ll et L., d'alimentation en courant du secteur alternatif industriel. Un conducteur 51 relie le fil Ll à l'une des bornes du moteur 16 dont l'autre borne est connectée au fil L., par un conducteur 52. Le conducteur 52 est mis à la masse. L'une des extrémités de l'enroulement primaire du transformateur 21 est reliée au conducteur 51 et son autre extrémité au conducteur 52. L'enroulement secondaire du transformateur 21 est relié par les conducteurs 53 et 54 aux extrémités de l'une des diagonales du pont redresseur 19.
La borne négative de l'autre diagonale du redresseur 19 est reliée à la feuille au tritium 24 par le conducteur 42, la borne positive est reliée à l'électrode-tige 44 par le conducteur 48.
Le fonctionnement du générateur d'ions peut être décrit brièvement comme suit: le courant étant appliqué, au transformateur 21 et au redresseur 19, il en résulte l'application d'une charge d'une certaine polarité à la première électrode 24 de matière radioactive et d'une charge de polarité opposée à la seconde électrode 44. Dans l'exemple représenté en fig. 3, une charge positive est appliquée à l'électrode 24 et une charge négative à l'électrode 44. Ces polarités pourraient être interverties.
Lorsque des charges de polarité opposées sont appliquées sur l'électrode en forme de tige 44 et sur l'électrode 24 en matière radioactive, un champ électrostatique s'établit entre ces électrodes (fig. 3). L'une des extrémités de chacune des lignes de force se termine sur l'électrode 24 et l'autre extrémité sur l'électrode 44.
L'électrode constituée par la feuille au tritium 24 continue à émettre un certain nombre de particules bêta molles qui provoquent une ionisation de l'air au voisinage immédiat de la face supérieure de ladite feuille. Avec une feuille au tritium engendrant une radiation bêta de 0,0189 Mev, la majeure partie de l'ioni- sation a lieu à moins de 1,5 mm environ de la face supérieure de la feuille. Dès que les ions sont formés par ionisation de l'air, ils sont séparés par le champ électrostatique. Les ions négatifs sont captés par l'électrode 24, tandis que les ions positifs subissent une répulsion et suivent les lignes de force vers la seconde électrode 44.
Dès que les ions sont repoussés par l'électrode 24 vers l'électrode supplémentaire 44, ils sont entraînés par le courant d'air dans la conduite 11 et sont entraînés par celui-ci en regard de l'électrode supplémentaire et dans l'air environnant. L'électrode supplémentaire 44 doit être espacée de l'électrode 24 formée par la feuille d'une distance au moins deux fois et demie plus grande que la distance parcourue par les particules bêta molles dans l'air pour éviter une captation des ions utiles avant qu'ils puissent être entraînés par le balayage.
La séparation la plus efficace est celle qui s'effectue dans de l'air relativement tranquille et, en conséquence, la feuille au tritium 24 est protégée contre le courant d'air par l'élément hémisphérique 31. Le courant d'air est dévié vers la paroi de la conduite 11 par l'élément hémisphérique 31. La feuille au tritium encastrée dans l'élément hémisphérique est efficacement protégée contre le courant d'air qui se propage vers le centre de la conduite après avoir dépassé l'élément 31, de sorte qu'il traverse le champ électrostatique entre les électrodes 24 et 44 pour entraîner les ions de la polarité désirée hors de la conduite 11, les ions de la polarité indésirable ayant été captés par l'électrode 24 avant qu'ils puissent être soufflés hors de la conduite 11.
L'ionisation ayant lieu dans le voisinage immédiat de la feuille au tritium, une recombinaison des ions se produirait s'ils n'étaient pas immédiatement séparés. En conséquence, on utilise des tensions relativement élevées pour provoquer une séparation rapide des ions. Toutefois, elle ne doit pas être suffisamment élevée pour produire de l'ozone ou de l'oxyde nitreux.
A titre d'exemple, un générateur d'ions donnant d'excellents résultats présente les dimensions suivantes, avec les tensions et la vitesse de l'air indiquées ci-après. La feuille au tritium 24 a un diamètre de l'ordre de 25 mm; elle est séparée de l'électrode 44 par un intervalle d'environ 50 mm. Le diamètre de la conduite 11 n'est pas critique et cette conduite est mise à la masse pour éviter les chocs. L'anode 44 est alimentée à -+-300 volts te la cathode 24à-300 volts. Une vitesse de l'air est de 120 mètres par minute. Toutefois, on a constaté que des résultats satisfaisants peuvent encore être obtenus lorsque la différence de potentiel entre les électrodes 24 et 44 est comprise entre 300 et 1200 volts et la vitesse de l'air entre 60 et 450 mètres par minute.
En général, il s'est avéré que plus la différence de potentiel entre les électrodes est grande, plus la vitesse du courant d'air doit être élevée pour assurer un fonctionnement optimum. On a également remarqué que le blindage de l'électrode constitué par la feuille au tritium permet d'utiliser un champ électrostatique plus faible. Avec une vitesse élevée du courant d'air, un champ électro-
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statique notablement plus intense est nécessaire et le blindage devient superflu.
Le générateur d'ions décrit ci-dessus est particulièrement bien adapté à la production d'ions légers et intermédiaires. Par ions légers , on entend ceux qui ont une mobilité ionique comprise entre 1,0 et 2,0 centimètres par seconde pour un champ d'un volt par centimètre. Par ions intermédiaires , on entend ceux qui ont une mobilité ionique comprise entre 0,01 et 0,1 centimètre par seconde pour un champ d'un volt par centimètre. Les ions produits par le générateur décrit sont, en majeure partie, des ions légers. Les ions intermédiaires engendrés dépendent dans une large mesure de la quantité d'agents contaminants présents dans le courant d'air.
Le générateur d'ions représenté n'a été décrit ci- dessus que dans son application à l'utilisation de rayons bêta mous. Les rayons bêta durs n'ont pas été envisagés parce qu'ils sont dangereux du point de vue physiologique.
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Ion generator The present invention relates to an ion generator intended to be placed in an air duct and comprising a radioactive source, means for mounting said source in said air duct, a first electrode, a second electrode mounted downstream in the air stream, means for applying a charge of a certain polarity to said first electrode and a charge of opposite polarity to said second electrode,
so that ions of opposite polarity to that of the charge of said first electrode are picked up by the latter while ions of the same polarity as said charge are repulsed by said first electrode and follow the lines of electrostatic flow towards the second electrode and then enter the air current which carries them beyond the second electrode and into the surrounding air.
Certain known ion generators have been found to be relatively expensive to operate because the radioactive sources used therein are very expensive and have a relatively short average life.
The ion generator which is the subject of the invention is characterized in that the means for mounting the radioactive source in the air duct comprise members capable of protecting said source against said air current so as to form a still air zone downstream of said source.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the ion generator which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a partially cross-sectional view of this embodiment, FIG. 2 is a schematic view of part of the generator with its electrical mounting connections, FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of part of the generator, showing the electrostatic field. The ion generator shown in FIG. 1 comprises a tubular pipe 11 in which means ensure a forced circulation of air; these means consist of a housing 12 carrying an outlet orifice 13 connected to the lower end of the pipe 11. Inside this housing is mounted a fan 14 driven by a motor 16.
This fan draws air through an intake port provided with a filter 17 and discharges this air through the outlet port 13 in the duct 11. A handle 18 mounted on the housing serves as a housing for a rectifier. 19 and a transformer 21.
A radioactive emitter 23 of soft beta particles is mounted in the lower part of the pipe 11. The tritium sheet 24 made by PU. S. Radium Corporation of New York by a process in which a metal such as zirconium is forced to absorb tritium gas has been found to be suitable. It is in the form of a disc extending in a plane perpendicular to the axis of the pipe 11, or else in the form of a cylinder parallel to said axis. As shown in fig. 1, the tritium foil 24 is bonded to the upper surface of a metal disc 26 made of nickel for example. The disc 26 prevents radiation from the underside of the sheet.
The sheet 24 and the disc 26 are carried in the pipe 11 by a circular plate 27 provided with elastic clips 28 capable of engaging with friction on the peripheral edge of the sheet 24 and the disc 26 to keep them in the desired position. . The plate 27 is carried by a conductive rod 29 mounted in a semi-spherical element 31 made of insulating material. The disc 26 is embedded in a cavity 32 made in the upper part of the element 31 for purposes which will be described later. A banana plug is mounted on the lower end of the rod 29 and is capable of being engaged in a socket 34. The socket 34 is
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carried by an insulating block 36 suspended in the pipe 11 by suitable means and between flanges 37 and 38.
The flange 37 is fixed to the side wall of the pipe while the flange 38 is fixed to the flange 37, which makes it possible to clamp the insulating block 36 between the two flanges. The lower part of the sleeve 34 is provided with a rim 39 isolated from the flanges 37 and 38 by a washer 41 of insulating material. The socket 34 is electrically connected with the rectifier 19 by a conductor 42, as will be described later. The conductor 42 being electrically connected to the tritium sheet 24, the latter acts as an electrode.
An additional electrode 43 is mounted downstream of the radioactive source 23 and may consist of a vertical rod-shaped electrode 44. The electrode 44 is carried by a pair of tubular elements 46 made of insulating material. The tubular elements 46 are also isolated from the pipe 11 by insulating washers 47. A conductor 48 extending through one of the tubular elements 46 is connected to the electrode 44, for example by welding. The other end of this conductor is connected to the rectifier 19 as described later.
The assembly diagram shown in fig. 2 comprises wires L1 and L., supplying current to the industrial AC sector. A conductor 51 connects the wire L1 to one of the terminals of the motor 16, the other terminal of which is connected to the wire L., by a conductor 52. The conductor 52 is grounded. One end of the primary winding of transformer 21 is connected to conductor 51 and its other end to conductor 52. The secondary winding of transformer 21 is connected by conductors 53 and 54 to the ends of one of the diagonals of the transformer. rectifier bridge 19.
The negative terminal of the other diagonal of the rectifier 19 is connected to the tritium foil 24 by the conductor 42, the positive terminal is connected to the rod electrode 44 by the conductor 48.
The operation of the ion generator can be briefly described as follows: the current being applied, to the transformer 21 and to the rectifier 19, this results in the application of a charge of a certain polarity to the first electrode 24 of radioactive material and a charge of opposite polarity to the second electrode 44. In the example shown in FIG. 3, a positive charge is applied to the electrode 24 and a negative charge to the electrode 44. These polarities could be reversed.
When charges of opposite polarity are applied to the rod-shaped electrode 44 and to the radioactive material electrode 24, an electrostatic field is established between these electrodes (Fig. 3). One end of each of the lines of force ends at electrode 24 and the other end at electrode 44.
The electrode constituted by the tritium sheet 24 continues to emit a number of soft beta particles which cause ionization of the air in the immediate vicinity of the upper face of said sheet. With a tritium foil generating a beta radiation of 0.0189 Mev, most of the ionization takes place within about 1.5 mm of the top face of the foil. As soon as the ions are formed by ionization of the air, they are separated by the electrostatic field. Negative ions are picked up by electrode 24, while positive ions are repulsed and follow the lines of force towards the second electrode 44.
As soon as the ions are repelled by the electrode 24 towards the additional electrode 44, they are entrained by the air current in the pipe 11 and are entrained by the latter opposite the additional electrode and into the air surrounding. The additional electrode 44 should be spaced from the electrode 24 formed by the foil a distance at least two and a half times greater than the distance traveled by the soft beta particles in the air to avoid uptake of useful ions before that they can be trained by the sweep.
The most effective separation is that which takes place in relatively still air, and therefore the tritium foil 24 is shielded from the air stream by the hemispherical member 31. The air stream is deflected. towards the wall of the pipe 11 by the hemispherical element 31. The tritium sheet embedded in the hemispherical element is effectively protected against the air current which propagates towards the center of the pipe after having passed the element 31, so that it passes through the electrostatic field between electrodes 24 and 44 to drive ions of the desired polarity out of line 11, ions of the unwanted polarity having been picked up by electrode 24 before they can be blown out of line 11.
As ionization takes place in the immediate vicinity of the tritium leaf, recombination of the ions would occur if they were not immediately separated. Accordingly, relatively high voltages are used to cause rapid separation of the ions. However, it should not be high enough to produce ozone or nitrous oxide.
By way of example, an ion generator giving excellent results has the following dimensions, with the voltages and the air speed indicated below. The tritium leaf 24 has a diameter of the order of 25 mm; it is separated from the electrode 44 by an interval of about 50 mm. The diameter of the pipe 11 is not critical and this pipe is grounded to avoid shocks. The anode 44 is supplied at - + - 300 volts and the cathode 24 to-300 volts. An air speed is 120 meters per minute. However, it has been found that satisfactory results can still be obtained when the potential difference between the electrodes 24 and 44 is between 300 and 1200 volts and the air speed between 60 and 450 meters per minute.
In general, it has been found that the greater the potential difference between the electrodes, the higher the speed of the air current must be in order to ensure optimum operation. It has also been noted that the shielding of the electrode formed by the tritium sheet makes it possible to use a weaker electrostatic field. With a high speed of the air current, an electro-
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Significantly more static is required and shielding becomes unnecessary.
The ion generator described above is particularly well suited to the production of light and intermediate ions. The term “light ions” is understood to mean those which have an ionic mobility of between 1.0 and 2.0 centimeters per second for a field of one volt per centimeter. The term “intermediate ions” is understood to mean those which have an ionic mobility of between 0.01 and 0.1 centimeter per second for a field of one volt per centimeter. The ions produced by the generator described are, for the most part, light ions. The intermediate ions generated depend to a large extent on the amount of contaminating agents present in the air stream.
The ion generator shown has been described above only in its application to the use of soft beta rays. Harsh beta rays were not considered because they are physiologically dangerous.