RU2558239C1 - Устройство коррекции погодных условий - Google Patents

Устройство коррекции погодных условий Download PDF

Info

Publication number
RU2558239C1
RU2558239C1 RU2014107550/13A RU2014107550A RU2558239C1 RU 2558239 C1 RU2558239 C1 RU 2558239C1 RU 2014107550/13 A RU2014107550/13 A RU 2014107550/13A RU 2014107550 A RU2014107550 A RU 2014107550A RU 2558239 C1 RU2558239 C1 RU 2558239C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ions
accelerator
output section
electrons
solenoid
Prior art date
Application number
RU2014107550/13A
Other languages
English (en)
Inventor
Вячеслав Федорович Давыдов
Евгений Геннадиевич Комаров
Вилен Григорьевич Домрачев
Владимир Иванович Кучерявый
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" (ФГБОУ ВПО МГУЛ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" (ФГБОУ ВПО МГУЛ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" (ФГБОУ ВПО МГУЛ)
Priority to RU2014107550/13A priority Critical patent/RU2558239C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2558239C1 publication Critical patent/RU2558239C1/ru

Links

Images

Landscapes

  • Particle Accelerators (AREA)

Abstract

Устройство коррекции погодных условий может быть использовано для изменения естественной циркуляции воздуха при антициклональных погодных условиях. Устройство содержит линейный ускоритель (1) для бомбардировки молекул воздуха коллимированным пучком высокоэнергетичных электронов в вертикальной плоскости в составе секции инжекции электронов (2) и выходной секции (3). Выходная секция работает в режиме регулировки энергии электронов в пучке путем изменения высокочастотного электромагнитного поля накачки посредством аттенюатора. Торец (5) выходной секции охвачен витками соленоида (6) для завихрения образуемого при бомбардировке потока ионов в вертикальной плоскости. Соленоид электрически включен в цепь заземлителя (7) источника питания (8) ускорителя. Ударная ионизация молекул воздуха пучком высокоэнергетичных электронов от ускорителя позволяет ускорить коагуляцию молекул водяного пара на ионах и увеличить мощность и турбулентность восходящего конвективного потока ионов. Устройство обеспечивает большую скорость ионообразования и, как следствие, сокращение интервала времени до выпадения осадков после включения установки. 5 ил.

Description

Изобретение относится к области метеорологии и может найти применение в региональных Центрах МЧС для изменения естественной циркуляции воздуха при антициклональных погодных условиях.
Энергия атмосферных процессов столь велика, что использование прямых методов воздействия на них с энергетической точки зрения невозможно. Основной принцип, который реализуется при активных методах воздействия на метеопроцессы, - это создание условий, выполняющих роль «спускового крючка» в запуске естественных лавинообразных процессов.
Известно два основных способа изменения погодных условий:
- рассеивание в облаках химических реагентов с самолетов, либо их обстрел высокоточным оружием;
- электрический метод генерации в атмосферу ионов коронирующего электрического разряда.
Известна промышленная установка «Атлант», реализующая электрический метод активного воздействия на метеопроцессы [см. Интернет, http://come.to/atlant.ru] - аналог. Установка состоит из излучающей системы, источника высоковольтного питания и контрольно-измерительной аппаратуры. Излучающая система состоит из набора отдельных модулей, электрически соединенных между собой на удалении 10 м друг от друга, в виде коронирующих электродов, изолированных от земли, создающих восходящий воздушный поток, нарушающий естественную динамику воздухообмена и динамическое равновесие водяного пара в примыкающем к Земле слое воздуха.
Недостатками аналога являются:
- малая концентрация аэроионов, недостаточная для какого-либо оперативного изменения погодных условий;
- отсутствуют средства канализации аэроионов в направленный поток.
Известно «Устройство инициирования процессов в атмосфере»
Патент Ru 2.502 256 от 27.12.2013 г. - ближайший аналог.
Устройство инициирования процессов в атмосфере содержит генератор высоковольтного напряжения и присоединенную к нему систему коронирующих электродов, выполненных в виде соленоидов, с венчиком игл на концах, помещенных во внутренний нижний торец соленоидов, создающих ионизированный газ, в режиме завихрения генерируемых ионов магнитным полем в объеме соленоидов, каждый из соленоидов соостно охвачен витками элементов спиральной антенны, размещенных в двух взаимно ортогональных плоскостях, образующих осевую результирующую диаграмму направленности спиральной антенны, подключенной к высокочастотному передатчику электромагнитных волн с длиной волны больше критической длины волны ионизированного газа и плотностью тока смещения, обеспечивающей восходящий конвективный поток ионов с концентрацией, вызывающей лавинный процесс конденсации водяных паров в атмосфере.
Недостатком ближайшего аналога является малая величина тока коронирования (единицы мкА) и, как следствие, необходимость длительного воздействия на атмосферу (7-12 час) от системы излучателей до начала выпадения осадков.
Задача, решаемая заявленным устройством, состоит в увеличении мощности и турбулентности восходящего конвективного потока ионов за счет ударной ионизации молекул воздуха пучком высокоэнергетичных электронов от ускорителя элементарных частиц для ускоренной коагуляции молекул водяного пара на ионах.
Поставленная задача решается тем, что устройство коррекции погодных условий содержит линейный ускоритель для бомбардировки молекул воздуха коллимированным пучком высокоэнергетичных электронов в вертикальной плоскости в составе секции инжекции электронов и выходной секции, работающей в режиме регулировки энергии электронов в пучке путем изменения высокочастотного электромагнитного поля накачки посредством аттенюатора, торец выходной секции охвачен витками соленоида, для завихрения образуемого при бомбардировке потока ионов в вертикальной плоскости, и электрически включенного в цепь заземлителя источника питания ускорителя.
Изобретение поясняется чертежами, где:
фиг 1 - функциональная схема устройства;
фиг 2 - содержание водяного пара в воздухе в зависимости от температуры;
фиг 3 - рабочие характеристики излучателей 1) ближайшего аналога 2) заявленного устройства;
фиг 4 - канализация потока ионов его завихрением магнитным полем соленоида;
фиг 5 - инерционность процесса выпадения осадков 1) ближайшего аналога 2) заявленного устройства.
Устройство коррекции погодных условий (фиг.1) содержит линейный ускоритель 1 для бомбардировки молекул воздуха коллимированным пучком высокоэнергетичных электронов в вертикальной плоскости, в составе секции инжекции электронов 2, выходной секции 3 регулировки энергии пучка посредством аттенюатора 4, излучающий торец 5 выходной секции 3 охвачен витками соленоида 6, расположенного в вертикальной плоскости и электрически включенного в цепь заземлителя 7 источника питания 8 ускорителя, стойку-стеллаж 9 для монтажа и размещения устройства на местности из профильного композитного высокопрочного изоляционного материала.
Динамика функционирования элементов устройства состоит в следующем. Установленным является физическое явление гидратации первичных ионов, состоящее в присоединении дипольных молекул воды (из водяного пара воздуха) к несущим электрический заряд ионам. Концентрация водяного пара в атмосфере воздуха иллюстрируется фиг.2. Процесс гидратации ионов и последующей коагуляции (обволакивание) сопровождается выделением энергии (скрытой теплоты испарения), что и создает конвективный поток в тропосфере [см., например, Лаверов Н.П. и др. «Использование теплового эффекта ионизации атмосферы для дистанционной диагностики радиоактивного заражения окружающей среды», статья в журнале «Геофизика», Доклады Академии Наук, том 441, №2, с. 1-4, 2011 г.]. Быстротечность процесса зависит от плотности концентрации генерируемых ионов в объеме и длительности воздействия. В случае резкого увеличения скорости ионизации, как это имеет место при облучении атмосферы мощным пучком элементарных частиц, гидратация ионов приобретает взрывной характер (в литературе этот процесс называют ионостимулированной нуклеацией) и образуются крупные ионные кластеры размером в несколько микрон. Происходит конденсация водяного пара, при которой выделяется скрытая теплота испарения. В одном кубическом метре воздуха сдержится (фиг.2) примерно один моль водяного пара H2O (моль водяного пара равен 18 г), при конденсации которого выделяется энергия ≈10 ккал (Теплота парообразования воды 539 ккал/кг, в пересчете на один моль 539 кал/г * 18 г = 9,7 ккал).
Последнее образует восходящий конвективный поток. При превышении числа Ричардсона (градиента скорости теплового потока на концентрацию ионов) [см. например, Труды института прикладной геофизики им. Академика К.Е. Федорова, РАН, Госгидромет, выпуск 90, М, 2011 г., стр.149. т. 150] происходит выпадение осадков и сдвиг антициклонов. Критическими факторами, определяющими инициирование лавинообразных процессов в атмосфере, является мощность ионного потока и его температурный градиент. Мощность потока пропорциональна величине ионного тока, а температурный градиент определяется скоростью образования ионных пар в единице объема, или величиной высвобождаемой энергии, скрытой теплоты конденсации. Для генерации ионов в заявленном устройстве используют процесс ударной ионизации молекул воздуха при облучении пучком высокоэнергетичных электронов от линейного ускорителя (типа ускорителя с регулируемой энергией электронов в диапазоне от 3 до 14 МЭВ) [см. Патент США №4. 118. 653, The ICRIS System Technical Descrition]. Ускорители элементарных частиц (позитронов, электронов, ионов), получившие название «Pelletron», работают при электрических напряжениях порядка нескольких MB и токах единиц МА) [см., например, Пеллетрон, http://ru.wikipedia.org/wiki]. Сравнительная характеристика рабочих режимов (токов ионизации) ближайшего аналога и заявленного устройства иллюстрируется фиг.3.
Скорость образования ионных пар в единице объема зависит от начальной энергии электронов в пучке E0 (МЭВ), энергии ионизации одной пары ΔEion≈0,035 КЭВ, концентрации молекул воздуха (плотность воздуха у поверхности Земли ~1,3 кг/м3, что составляет ≈43 моля/м3) и величины тока ионизации [см., например, журнал, Известия вузов, Радиофизика, том XLV, №4, 2002 г., стр.291-292, Расчет скорости ионизации]. Применительно к параметрам вышеперечисленных ускорителей E0 ≈14 МЭВ, ток 0,5 мА, скорость образования ионных пар оценивается величиной:
Figure 00000001
.
Плотность концентрации ионов в восходящем потоке достигается также их завихрением в магнитном поле соленоида 6. Известно, что на движущуюся заряженную частицу в магнитном поле действует сила Лоренца: F = q × v × B
Figure 00000002
, где q - величина заряда частицы 1,6×10-19 кул, v
Figure 00000003
- скорость движения ≈400 м/с, B
Figure 00000004
- вектор индукции магнитного поля [см., например, Советский энциклопедический словарь, под редакцией A.M. Прохорова, М., Советская энциклопедия, 1989 г., стр.735, Лоренца сила]. Сила Лоренца не совершает работы, а лишь искривляет траекторию движения заряженной частицы. Завихрение происходит по винтовой линии, радиус кривизны которой определяется из соотношения: R = m × v q × B
Figure 00000005
, где m - масса аэроина кислорода воздуха. Кроме завихрения, аэроион приобретает преимущественное направление перемещения вдоль линий напряженности магнитного поля (вдоль оси соленоида). При известных постоянных значениях величин q, m, v радиус завихрения R зависит только от выбора значений величины B
Figure 00000006
. Магнитное поле соленоида 6 создается при протекании через его обмотку постоянной составляющей тока ускорителя, посредством включения соленоида в цепь заземлителя 7 источника питания 8. Напряженность магнитного поля на оси соленоида определяется величиной тока (единица µα), числом витков, диаметром навивки и длиной соленоида. Соленоид выполняет роль «рупора», позволяющего канализировать поток ионов в одном из преимущественных направлений, совпадающем с осью соленоида (вертикально вверх). Полное завихрение потока ионов внутри соленоида достигается при следующих конструктивных размерах: диаметр навивки 2 м, длина 1,5 м, число витков 4.
При расчетных значениях скорости образования ионных пар (~2×1021 1/сек) критические значения числа Ричардсона, при которых происходит выпадение осадков, достигаются в интервале времени ~30 мин после включения устройства. Сравнительные характеристики инерционности процесса ближайшего аналога и заявленного устройства иллюстрируются графиками Фиг.5.
Все элементы устройства выполнены на существующей технической базе. Ускоритель электронов, см. Патент США №4.118.653. Профильный композитный высокопрочный электроизоляционный материал - серийная продукция «Научно-производственного предприятия Ап Атек [см. интернет http://www.apatech.ru, конструктивные профили, металлокомпозиционные накладки]. Мобильный заземлитель выполнен на винтовых свайных элементах СВС-57/1650 [см. интернет, http://www.fundex.su/texnologiya-vintovyx-sv].
Винтовой заземлитель может оперативно вкручиваться в грунт и выкручиваться из него. Эффективность устройства характеризуется большой скоростью ионообразования и, как следствие, сокращением интервала времени до выпадения осадков после включения установки.

Claims (1)

  1. Устройство коррекции погодных условий содержит линейный ускоритель для бомбардировки молекул воздуха коллимированным пучком высокоэнергетичных электронов в вертикальной плоскости, в составе секции инжекции электронов и выходной секции, работающей в режиме регулировки энергии электронов в пучке путем изменения высокочастотного электромагнитного поля накачки посредством аттенюатора, торец выходной секции охвачен витками соленоида, для завихрения образуемого при бомбардировке потока ионов в вертикальной плоскости, и электрически включенного в цепь заземлителя источника питания ускорителя.
RU2014107550/13A 2014-02-28 2014-02-28 Устройство коррекции погодных условий RU2558239C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014107550/13A RU2558239C1 (ru) 2014-02-28 2014-02-28 Устройство коррекции погодных условий

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014107550/13A RU2558239C1 (ru) 2014-02-28 2014-02-28 Устройство коррекции погодных условий

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2558239C1 true RU2558239C1 (ru) 2015-07-27

Family

ID=53762752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014107550/13A RU2558239C1 (ru) 2014-02-28 2014-02-28 Устройство коррекции погодных условий

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2558239C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2678782C1 (ru) * 2017-12-29 2019-02-01 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Институт Прикладной Геофизики Имени Академика Е.К. Федорова" (Фгбу "Ипг") Способ воздействия на заряженные воздушно-капельные дисперсии с целью модификации метеоусловий

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2112360C1 (ru) * 1997-04-03 1998-06-10 Физический институт им.П.Н.Лебедева РАН Способ искусственного вызывания осадков
CN102047826A (zh) * 2009-11-06 2011-05-11 张国成 一种治疗“天气”的飞机装置
RU2502255C1 (ru) * 2012-05-02 2013-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" (ФГБОУ ВПО МГУЛ) Способ инициирования струйных течений в атмосфере
RU2502256C1 (ru) * 2012-05-02 2013-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" (ФГБОУ ВПО МГУЛ) Устройство инициирования процессов в атмосфере

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2112360C1 (ru) * 1997-04-03 1998-06-10 Физический институт им.П.Н.Лебедева РАН Способ искусственного вызывания осадков
CN102047826A (zh) * 2009-11-06 2011-05-11 张国成 一种治疗“天气”的飞机装置
RU2502255C1 (ru) * 2012-05-02 2013-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" (ФГБОУ ВПО МГУЛ) Способ инициирования струйных течений в атмосфере
RU2502256C1 (ru) * 2012-05-02 2013-12-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" (ФГБОУ ВПО МГУЛ) Устройство инициирования процессов в атмосфере

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2678782C1 (ru) * 2017-12-29 2019-02-01 Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение "Институт Прикладной Геофизики Имени Академика Е.К. Федорова" (Фгбу "Ипг") Способ воздействия на заряженные воздушно-капельные дисперсии с целью модификации метеоусловий

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2558239C1 (ru) Устройство коррекции погодных условий
RU2593215C2 (ru) Устройство инициирования осадков в атмосфере
Yurchenko et al. Design of magnetic system to produce intense beam of polarized molecules of H2 and D2
Sekine et al. Plasma shape control by pulsed solenoid on laser ion source
Koval et al. Formation of high intensity ion beams with ballistic focusing
Thoma et al. Investigation, simulation and first measurements of a 2 m long electron column trapped in a Gabor-Lens device
RU2502256C1 (ru) Устройство инициирования процессов в атмосфере
Melnikov et al. Directivity and polarization dynamics of hard X-ray and gamma-ray emission of a flare loop
RU2502255C1 (ru) Способ инициирования струйных течений в атмосфере
Astrelin et al. Numerical model of EOS with large-area plasma cathode with mesh stabilization of the emission plasma boundary
Ito et al. Angular distribution measurements of energy spectra of protons emitted from hydrogen plasma focus
Swain et al. Laser-cluster interaction in an external magnetic field: Emergence of a nearly monoenergetic weakly relativistic electron beam
Lowke Toward a new theory of electrical breakdown in air
Dovbnya et al. Longitudinal-radial motion of an electron beam in the solenoidal field of the secundary-emission magnetron gun
Bobashev et al. Experiments on MHD control of attached shocks in diffuser
Nikitin et al. “Strange” particles and micro-sized ball lightning in some electric discharges
Huang et al. Measurement of the magnetic field distribution in a magnetically insulated diode with external magnetic field
Morales et al. Alfvénic turbulence associated with density and temperature filaments
Ivanov et al. Proton and neutron test facilities at 1 GeV synchrocyclotron of PNPI for radiation resistance testing of avionic and space electronics
O'Shea et al. Laboratory performance of the BEAR RFQ
Tishchenko et al. Low-frequency waves produced by a package of laser plasma clouds in a magnetized background
Abu-Hashem et al. Investigations of Ion Confinement by Direct Current Coaxial Glow Discharge
Andryushin et al. Non-self-maintained discharge supported by a proton beam for studying stretched dust structures
Boerner et al. Electrical Discharges, Coronas, and Streamers
RU2647123C2 (ru) Способ коллективного ускорения заряженных частиц и устройство для его реализации

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170301