DE3825389A1 - Vorrichtung zur erzeugung einer elektromagnetischen strahlung und/oder schallstrahlung - Google Patents

Description

Die Heuschreckenplage ist insbesondere im Bereich des afrikanischen Konti­ nents ein seit Jahrtausenden bekanntes Problem. Seitdem chemische Insekten­ vernichtungsmittel zur Verfügung stehen, werden diese auch in diesem Zusam­ menhang zum Einsatz gebracht. Die Nachteile dieser Art von Insektenbekämp­ fung sind bekannt und neben den hierfür nötigen erheblichen finanziellen Aufwendungen, die pro Jahr im Bereich von etwa 200 Millionen Dollar liegen, ist es vor allem die Vergiftung der Umwelt, die die davon betroffenen Länder immer mehr davor zurückschrecken läßt, chemische Mittel einzusetzen. Die Abbauzeit derartiger chemischer Gifte beträgt nämlich viele Jahre.

Im Gegensatz hierzu hat der erfindungsgemäße Gegenstand den Vorteil, daß bei der Insektenbekämpfung allgemein keinerlei und speziell keinerlei giftige Rückstände auftreten und auch der Aufwand an finanziellen Mitteln ver­ gleichsweise geringer ist.

Darüberhinaus besteht der Vorteil, daß durch physikalische Mittel getötete Insekten hinsichtlich ihrer Biomasse z.B. für Futterzwecke wieder verwendet werden können, wie es sich wegen des Eiweiß­ gehalts der Tierkörper anbietet.

Für die Bekämpfung von Heuschrecken mit physikalischen Mitteln eignen sich physikalische Strahlungen, die beispielsweise bei den Tieren eine entspre­ chende Erwärmung erzeugen oder sie auf sonstige Weise fluguntüchtig bzw. flugunfähig machen. Hierfür in Frage kommen im wesentlichen elektromagneti­ sche Strahlungsformen oder gewisse Schallstrahlung.

Da ein fliegender Heuschreckenschwarm als solcher im Detailbild eine sich statistisch bewegende biologische Masse darstellt, können bei den Insekten keine gezielten, flächenmäßig eng lokalisierten Bestrahlungen bestimmter Körperstellen vorgenommen werden.

Bei der Bestrahlung eines Heuschreckenschwarms ist somit von zweierlei An­ sätzen auszugehen. Zum einen von einer Ganzkörperbestrahlung der Tiere mit­ tels einer wirksamen Bestrahlungsfläche, die wesentlich größer als etwa die halbe Oberfläche des gesamten Körpers ist, wie sie also z.B. einer Bestrah­ lung der Insekten von oben entspricht. Eine erfolgreiche Insektenbekämpfung könnte dann in einer Ganzkörpererwärmung der Tiere bestehen, durch die diese getötet oder zumindest flugunfähig gemacht werden. Oder zum anderen ist davon auszugehen, daß durch die Verwendung einer wesentlich kleinflächigeren Strahlungsfläche als der Insektenkörper darstellt, der Energiebedarf zu re­ duzieren ist. Damit können Körperteile der Insekten beschädigt werden, die hierfür wesentlich weniger Energie benötigen, so wie dies beispielsweise für die Flügel der Insekten gilt. Damit lassen sich die Insekten zwar nicht töten, jedoch flugunfähig machen.

Aus der vorliegenden Literatur ist zu entnehmen, daß bei einem Heuschrecken­ schwarm mit einer Tiermasse in der Größenordnung bis zu 3000 Tonnen zu rechnen ist. Fordert man im Sinne des ersten Ansatzes eine Erwärmung um 30° Celsius über die gegebene Normaltemperatur hinaus, um die Tiere zum Verenden zu bringen und setzt man für den Tierkörper einen Energiebedarf an, wie er etwa dem Wasser entspricht, so errechnet sich hieraus für die Bekämpfung eines derartigen Schwarms ein Energiebedarf von rd. 10⁵ kWh. Diese Energie würde sich noch um den Wirkungsgrad entsprechend erhöhen, wie er zur Erzeu­ gung einer entsprechenden Strahlungsenergie erforderlich ist.

Abgesehen von der Problematik, derartig riesige Energien z.B. in einem Flug­ zeug mitzuführen, ergibt sich dann ein zweites Problem. Bei einer Bestrahlung vom Flugzeug aus muß gewährleistet sein, daß das einzelne Tier die Strahlungs­ energie auch tatsächlich zugeführt bekommt, wie es nötig ist, um dessen Körpertemperatur um die gewünschten 30° Celsius ansteigen zu lassen. Eine Überschlagsrechnung zeigt, daß für ein einzelnes Tier etwa 600 Joule für eine derartige Temperaturerhöhung benötigt werden. Um z.B. von einem mit einem 300 km/h fliegenden Flugzeug aus mittels Mikrowellen mit einem Strah­ lungskegel, dessen Durchmesser im Bereich der Insekten eine Fläche von ca. 1 qm hat, einem einzelnen Tier über die Rumpffläche von 4 cm² die nötige Erwärmungsenergie zuzuführen, wäre in diesem Fall eine Strahlungsflußdichte von etwa 7 GW/m² erforderlich. Dies setzt unter Berücksichtigung eines gewissen Wirkungsgrads eine Sendeleistung von etwa 10 bis 20 GW voraus. Aus diesen Zahlen ist abzusehen, daß jeder Versuch einer erfolgreichen Bekämp­ fung z.B. von Heuschreckenschwärmen mittels Mikrowellen daher am Energie- Problem scheitern muß.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine energetisch günstige und umweltfreundliche Möglichkeit der Bekämpfung von Insekten, insbesondere Heuschreckenschwärmen aufzuzeigen. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1.

Erfindungsgemäß wird also dieses Energie-Problem durch eine Vorrichtung ge­ löst, zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung und/oder Schall­ strahlung mit möglichst hoher abgestrahlter Strahlungsflußdichte, vorzugs­ weise elektromagnetisch innerhalb eines Strahlungskegels mit einem möglichst geringen Durchmesser von vorzugsweise 2 mm oder weniger an der Wirkungsstel­ le. Damit können Insekten, vorzugsweise in Schwärmen auftretende Heuschrecken, bekämpft werden, vorzugsweise durch Verhinderung von deren großräumiger Fortbewegung, beispielsweise wegen der durch die Vorrichtung erzielte Flugunfähigkeit bzw. Fluguntüchtigkeit der Insekten, die bereits durch sehr wenig, auf bestimmte Körperstellen zugeführte Energie erreicht wird. Auf diese Weise ist es nun nicht mehr nötig, die Energie zur Erwärmung des gesamten Körpers aufzubringen, denn eine entsprechend punktuell strei­ fenförmige Anwendung der Strahlung zur Erwärmung von Körperteilen, z.B. den Flügeln der Insekten, benötigt aufgrund deren geringer Masse vergleichsweise wesentlich weniger Energie, um wenigstens einen Zustand der Flugunfähigkeit bei den Insekten zu erreichen. Darüberhinaus kann auf diese Weise derselbe Zweck auch durch die Beschädigung bestimmter Sinneszellen erfüllt werden, da deren gestörte Funktion wie Heuschrecken flugunfähig macht. Es ist davon auszugehen, daß bei einem Strahlungsdurchmesser von z.B. 2 mm und einer Strahlungsflußdichte von 1 kW/mm² bei 3000 Tonnen Tiermasse nur mehr eine Energie von 100 kWh erforderlich ist um einen 2 mm breiten Streifen jeweils auf einem Flügel eines Tieres um 120°C zu erwärmen.

Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Flugunfähigkeit bzw. Fluguntüchtigkeit der Insekten durch eine auf den Tierkörper nur lokal begrenzt einwirkende Strahlung erzielt wird.

Weiter ist es vorteilhaft, daß hier eine Strahlung mit möglichst hoher Strahlungsflußdichte und/oder eine lokal nur begrenzt wirkende Strahlung erzeugte Vorrichtung ein Laser mit hinreichend großer abgestrahlter Leistung im Bereich von vorzugsweise 10 Watt bis 10 kW ist und mit möglichst geringer Strahlungsdivergenz ist.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn der erzeugte Strahlungskegel in Luft mög­ lichst wenig Energie verliert und/oder an der Körpermasse der zu bekämpfen­ den Insekten möglichst gut absorbiert wird, vorzugsweise von den Teilen des Körpers der Insekten die direkt oder indirekt zum Fliegen benötigt werden.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn hierfür CO2-Laser mit einer Wellenlänge von 10,6 µm oder Neodym-YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1,06 µm oder chemi­ sche Laser verwendet werden.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn der Strahlungskegel-Wirkungsbereich einen geringen Durchmesser hat, so daß seine Querschnittfläche wesentlich geringer als die halbe Körperoberfläche der zu bekämpfenden Insekten ist, vorzugs­ weise wie sie sich bei diesen im Flugzustand darstellt.

Weiter ist es vorteilhaft, daß die Strahlungsart mit möglichst wenig Ener­ gieaufwand bei den Insekten vorzugsweise durch thermische Effekte, Verlet­ zungen/Störungen auslöst, wodurch diese flugunfähig werden.

Weiter ist es vorteilhaft, daß der Strahl relativ zu den bekämpften Insekten mit einer optimierten Geschwindigkeit bewegt wird, so daß vorzugsweise die von den Insekten absorbierte Energie gerade ausreicht um diese flugunfähig zu machen.

Weiter ist es vorteilhaft, daß der Strahl vorzugsweise mittels eines Scan­ ners bewegt wird.

Weiter ist es vorteilhaft, daß der Scanner gemäß den Erfordernissen program­ mierbar ist. .

Weiter ist es vorteilhaft, wenn der Scanner computergesteuert arbeitet.

Weiter ist es vorteilhaft, daß der Scanner mit Hilfe einer Mustererkennungs­ vorrichtung zu einer vorgebbaren Bekämpfungsstrategie des Heuschrecken­ schwarms benutzt werden kann.

Weiter ist es vorteilhaft, daß die Scan-Geschwindigkeit relativ zum Heu­ schreckenschwarm vorzugsweise die nötige Energie betreffend gesteuert wird.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Erzielen der Flugunfähigkeit bei den Heuschrecken so gesteuert wird, daß die abstürzenden Insektenkörper, einen optimalen "Lawineneffekt" beim Abstürzen durch Mitreißen an sich noch flug­ fähiger Insekten auslösen.

Weiter ist es vorteilhaft, eine möglichst große Leistungsflußdichte im Wir­ kungsbereich mittels einer vorzugsweise automatisch arbeitenden Focussierung des Strahls zu erreichen.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Insekten durch andere Maßnahmen vorzugs­ weise in ihrem Flugverhalten so beeinflußt werden, daß sie von bestimmten Bereichen abgelenkt/oder mit einer Vorrichtung besser und/oder rationeller und/oder ungefährlicher für die sonstige Umwelt bekämpft werden können.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn hierfür Schall, vorzugsweise Ultraschall und/oder Infraschall, sowie vorzugsweise mit einem zeitlichen Verlauf, auf den die zu bekämpfenden Insekten besonders gut reagieren, eingesetzt wird.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn die Schallstrahlung hinsichtlich der Intensität bzw. Strahlungsflußdichte und zeitlichem Verlauf so ausgewählt wird, daß hierdurch die Insekten getötet oder wenigstens hinreichend lange flugunfähig bzw. fluguntüchtig gemacht werden.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn die zur Insektenvernichtung eingesetzte Strahlung im "Dauerstrich" und/oder pulsmoduliert und/oder frequenzmoduliert und/oder amplitudenmoduliert verwendet wird.

Weiter ist es vorteilhaft, die zu bekämpfenden Insekten nicht nur durch rein thermische Wirkung, sondern auch/oder durch die Erzeugung von Störungen im physiologischen Funktionsbereich wenigstens hinreichend lange flugunfähig bzw. fluguntüchtig zu machen.

Weiter ist es vorteilhaft, die Vorrichtung mittels Land-, Luft- und Seefahr­ zeugen und/oder mittels stationärer Vorrichtungen zum Einsatz zu bringen.

Claims (21)

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer auf ein Ziel gerichteter elektromagnetischen Strahlung und/oder einer Schallstrahlung mit hoher abgestrahlter Strahlungs­ flußdichte, vorzugsweise elektromagnetisch innerhalb eines Strahlungskegels mit einem möglichst geringen Durchmesser gekennzeichnet durch die Verwendung zur Bekämpfung von Insekten, vorzugsweise in Schwärmen auftretende Heuschrecken.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flugunfähig­ keit bzw. Fluguntüchtigkeit der Insekten durch eine auf den Tierkörper nur lokal begrenzt einwirkende Strahlung erzielt wird.

3. Vorrichtung gemäß Ansprüche 1 und 2, d.g., daß die eine Strahlung mit mög­ lichst hoher Strahlungsflußdichte und/oder eine lokal nur begrenzt wirkende Strahlung erzeugende Vorrichtung ein Laser mit hinreichend großer abge­ strahlter Leistung im Bereich von vorzugsweise 10 Watt bis 10 kW und mit möglichst geringer Strahlungsdivergenz ist.

4. Vorrichtung gemäß Ansprüche 1 bis 3, d.g., daß der erzeugte Strahlungskegel in Luft möglichst wenig Energie verliert und/oder von der Körpermasse der zu bekämpfenden Insekten möglichst gut absorbiert wird, vorzugsweise von den Teilen des Körpers der Insekten, die direkt oder indirekt zum Fliegen benö­ tigt werden.

5. Vorrichtung gemäß Ansprüche 1-4, d.g., daß hierfür CO2-Laser mit einer Wel­ lenlänge von 10,6 µm oder Neodym-YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1,06 µm oder chemische Laser verwendet werden.

6. Vorrichtung gemäß Ansprüche 1-5, d.g., daß der Strahlungskegel im Wirkungs­ bereich einen geringen Durchmesser hat, so daß seine Querschnittsfläche wesentlich geringer als die halbe Körperoberfläche der zu bekämpfenden In­ sekten ist, vorzugsweise wie sie sich bei diesen im Flugzustand darstellt.

7. Vorrichtung gemäß Ansprüche 1-6, d.g., daß die Strahlungsart mit möglichst wenig Energieaufwand bei den Insekten vorzugsweise durch thermische Effekte Verletzungen/Störungen auslöst, wodurch diese flugunfähig werden.

8. Vorrichtung gemäß Ansprüche 1 bis 7, d.g., daß der Strahl relativ zu den bekämpften Insekten mit einer optimierten Geschwindigkeit bewegt wird, so daß vorzugsweise die von den Insekten absorbierte Energie gerade ausreicht, um diese flugunfähig zu machen.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, d.g., daß der Strahl vorzugsweise mittels eines Scanners bewegt wird.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9 d.g., daß der Scanner gemäß den Erfordernis­ sen programmierbar ist.

11. Vorrichtung gemäß Ansprüche 9 und 10, d.g., daß der Scanner computerge­ steuert arbeitet.

12. Vorrichtung gemäß Ansprüche 9-11, d.g., daß der Scanner mit Hilfe einer Mustererkennungsvorrichtung zu einer vorgebbaren Bekämpfungsstrategie des Heuschreckenschwarms benutzt werden kann.

13. Vorrichtung gemäß Ansprüche 9-12, d.g., daß die Scan-Geschwindigkeit relativ zum Heuschreckenschwarm vorzugsweise die nötige Energie betreffend gesteuert wird.

14. Vorrichtung gemäß Ansprüche 9-13, d.g., daß die Flugunfähigkeitsmachung der Heuschrecken so gesteuert wird, daß die abstürzenden Insektenkörper einen optimalen "Lawineneffekt" beim Abstürzen durch Mitreißen an sich noch flug­ fähiger Insekten auslösen.

15. Vorrichtung gemäß Ansprüche 1-13, d.g., daß eine möglichst große Lei­ stungsflußdichte im Wirkungsbereich mittels einer vorzugsweise automatisch arbeitenden Fokussierung des Strahls erreicht wird.

16. Vorrichtung gemäß Ansprüche 1-15, d.g., daß die Insekten durch andere Maß­ nahmen vorzugsweise in ihrem Flugverhalten so beeinflußt werden, daß sie von bestimmten Bereichen abgelenkt und/oder mit einer Vorrichtung gemäß Ansprü­ che 1-15 besser und/oder rationeller und/oder ungefährlicher für die son­ stige Umwelt bekämpft werden können.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, d.g., daß hierfür Schall, vorzugsweise ultra­ und/oder Infraschall, sowie vorzugsweise mit einem zeitlichen Verlauf, auf den die zu bekämpfenden Insekten besonders gut reagieren, eingesetzt wird.

18. Vorrichtung gemäß Ansprüche 16 und 17, d.g., daß die Schallstrahlung hin­ sichtlich Intensität bzw. Strahlungsflußdichte und zeitlichem Verlauf so ausgewählt wird, daß hierdurch die Insekten getötet oder wenigstens hin­ reichend lange flugunfähig bzw. fluguntüchtig gemacht werden.

19. Vorrichtung gemäß Ansprüche 1-18, d.g., daß die zur Insektenvernichtung eingesetzte Strahlung im "Dauerstrich" und/oder pulsmoduliert und/oder fre­ quenzmoduliert und/oder amplitudenmoduliert verwendet wird.

20. Vorrichtung gemäß Ansprüche 1-19, d.g., daß die zu bekämpfenden Insekten nicht nur durch rein thermische Wirkung sondern auch/oder durch die Erzeu­ gung von Störungen im physiologischen Funktionsbereich wenigstens hinrei­ chend lange flugunfähig bzw. fluguntüchtig gemacht werden.

21. Vorrichtung gemäß Ansprüche 1-20, d.g., daß die Vorrichtung mittels Land-, Luft- und Seefahrzeugen und/oder mittels stationärer Vorrichtungen zum Einsatz gebracht wird.