СПОСОБ СОЗДАНИЯ НАПРАВЛЕННОГО ИОНИЗИРУЮЩЕГО КАНАЛА В ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ Российский патент 2019 года по МПК H05H1/00 

Изобретение относится к способам создания направленного ионизирующего канала в воздушной среде и может быть использовано для научных исследований в области электричества, в частности, для получения газоразрядной плазмы в воздушной среде и исследования ее свойств.

Известен патент на «Способ получения шаровых молний» [1].

В данном изобретении для создания шаровой молнии в электроннолучевой трубке применялся специальный концентратор электростатического поля, и была взята электронно-лучевая трубка, дающая пучок электронов с энергией около 3-5 кэВ. Перед началом эксперимента электронно-лучевую трубку прогрели для стабильности излучения. После того, как все параметры стабилизировались, через стеклянный экран электронно-лучевой трубки, то есть внутри нее, с помощью концентратора за 2-3 секунды создавалось электростатическое поле высокой плотности, плотность поля должна быть достаточной, чтобы пройти сквозь слой люминофора, которым покрыт экран трубки, после чего в стеклянной колбе электронно-лучевой трубки образовывалась черная шаровая молния, которая могла существовать 10-20 минут автономно без подпитки энергией извне. Для проверки последнего утверждения электронно-лучевая трубка отключалась полностью, а после включения на экране появлялось черное пятно, плавно огибаемое электронным потоком, что свидетельствовало о присутствии отрицательно заряженной шаровой молнии.

Большое для шаровой молнии время существование и черный цвет объясняются разреженностью атмосферы внутри колбы 10^-6 атм. Из-за этого потеря энергии на ионизацию атомов, не участвующих в процессе, достаточно мала.

Известен способ беспроволочной передачи электроэнергии [2].

Изобретение относится к способам беспроволочной передачи электрической энергии и может быть использовано в качестве средства передачи электрических зарядов без проводов.

Способ заключается в получении непрерывного потока шаровых молний, имеющих направленный полет в воздушном пространстве, за которыми образуются токопроводящие каналы, носителями зарядов в которых являются гидратированные ионы элементов, содержащихся в атмосфере.

Использование непрерывного потока заряженных частиц, образующих в воздухе столб плазмы, представляющий собой цепочку шаровых молний, позволяет передавать электрическую энергию без проводов, так как за счет сильной ионизации воздуха и в присутствии гидратированных ионов, такая среда является проводником, способным непосредственно воздействовать на электрические цепи и контакты.

Шаровые молнии, которые образуются в результате непрерывного воздействия на струю водного раствора гетерополикислот постоянным током, отталкиваясь от изолятора, образуют направленный поток заряженных частиц, носителями зарядов в котором являются гидратированные ионы элементов, содержащихся в атмосфере, а именно различные структуры гидратированных ионов атомов водорода (например, цепочные структуры Н₅О₂, Н₇О₃, Н₉О₄). Необходимо также отметить, что установлению потока заряженных частиц способствует сила электростатического притяжения между шаровыми молниями, непрерывно истекающими из устройства.

Данный способ имеет существенные ограничения. Поскольку вышеуказанные цепочные структуры очень нестабильны и имеют очень короткое время существования и, учитывая меняющиеся климатические условия (туман, дождь, ветер, снег и другие), дальность передачи электроэнергии очень сильно зависит от вышеприведенных факторов, что как следствие ведет к значительным потерям передаваемой электрической энергии и требует применение источников энергии больших мощностей, что влечет за собой увеличение массогабаритных характеристик и большому энергопотреблению.

Также из-за переменных климатических условий два параллельных потока шаровых молний могут перехлестываться между собой, вызывая воздушные короткие замыкания, которые могут сопровождаться взрывом и вызывать нарушения энергоснабжения того или иного объекта.

Из-за низкой скорости вылета шаровых молний, которая, согласно описанию, составляет 0,006 км/с может нарушаться стабильность процесса.

Данное изобретение невозможно использовать для извлечения электроэнергии из окружающей среды.

Техническая задача заключается в разработке способа, который позволил бы получать в воздушной среде направленный ионизирующий канал необходимой длины, который мог бы быть ориентирован как по горизонтальному, так и по вертикальному направлению, и чтобы получаемый таким способом ионизирующий канал не зависел от погодных условий, был бы стабилен во времени, а устройства, где осуществляется данный способ, имели бы небольшие массогабаритные характеристики, что было бы оптимально для изучения их свойств.

Сущность заявленного технического решения заключается в том, что в качестве устройства для получения направленного ионизирующего канала в воздушной среде используется электронно-лучевая трубка 1 (Фиг. 1) и источник электростатического поля, в качестве которого может быть использована электрофорная машина 2 (Фиг. 1).

Способ создания направленного ионизирующего канала в воздушной среде осуществляют следующим образом. К электронно-лучевой трубке 1 (Фиг. 1) подключают блок питания 3 (Фиг. 1), который обеспечивает работу электронно-лучевой трубки. С противоположной стороны от блока питания к экрану электронно-лучевой трубки подсоединяют металлическую трубку 4 (Фиг. 1), которая может быть выполнена из нержавеющей стали, никеля, алюминия или меди, и внутри которой располагается пористый материал, который, в свою очередь, может быть выполнен из керамического фильтра 5 (Фиг. 1), и перед тем, как поместить керамический фильтр в металлическую трубку, фильтр пропитывают водным раствором гетерополикислоты 1-12 ряда, имеющей химическую формулу H₆[PW₁₀V₂O₄₀], с концентрацией от 45 до 75%. После чего фильтр высушивают от 4 до 7 часов в сушильном шкафу в диапазоне температур от 30 до 50°С. Далее фильтр вставляют в начальную часть металлической трубки 4 (Фиг. 1) таким образом, чтобы одной стороной он касался поверхности экрана электронно-лучевой трубки 1 (Фиг. 1).

Далее к разведенным электродам электрофорной машины 2 (Фиг. 1) подсоединяют изолированные высоковольтные провода 6 (Фиг. 1) с клеммами на концах. Одни клеммы крепятся на шариках электродов электрофорной машины, а другие с двух сторон подсоединяют к керамическому фильтру 5 (Фиг. 1), пропитанному гетерополикислотой 1-12 ряда, имеющей формулу H₆[PW₁₀V₂O₄₀], после чего с помощью блока питания включают электронно-лучевую трубку 5 (Фиг. 1) и выжидают от 7 до 15 минут для того, чтобы работа электронно-лучевой трубки стала стабильной. После стабилизации работы электронно-лучевой трубки начинают плавно вращать ручку электрофорной машины до появления зеленоватого свечения 7 (Фиг. 1) на противоположном конце металлической трубки 2 (Фиг. 1) и как показано на Фиг. 2. При дальнейшем увеличении оборотов вращающихся дисков электрофорной машины свечение становится более интенсивным вследствие ионизации воздуха за счет направленного потока электронов, возникающих при воздействии на фильтр, пропитанный гетерополикислотой, зарядами высокой плотности, которые формируются на поверхности электронно-лучевой трубки при воздействии на керамический фильтр электростатическим полем. Данное действие ведет к восстановлению гетерополикомплекса, в ходе чего на керамическом фильтре появляется избыток заряженных частиц и образуются свободные электроны, «выбрасываемые» из металлической трубки с противоположной стороны от электронно-лучевой трубки, в ходе чего образуется направленный ионизирующий канал в воздушной среде.

Пример 1. Способ получения направленного ионизирующего канала в воздушной среде.

Собрали устройство, состоящее из электронно-лучевой трубки 1 (Фиг. 1), работу которой обеспечивал блок питания 3 (Фиг. 1), с противоположной стороны которой была закреплена металлическая трубка, выполненная из нержавеющей стали, внутри которой был размещен пористый материал, выполненный из керамического фильтра 5 (Фиг. 1) и пропитанный водным раствором гетерополикислоты 1-12 ряда, имеющей химическую формулу H₆[PW₁₀V₂O₄₀] и с концентрацией 55%. Перед тем, как фильтр был помещен в металлическую трубку, он был просушен в течение 5 часов в сушильном шкафу при температуре 45°С. Фильтр был вставлен в начальную часть металлической трубки таким образом, чтобы одной стороной он касался экрана электронно-лучевой трубки. Далее к разведенным электродам электрофорной машины 2 (Фиг. 1) подсоединили изолированные высоковольтные провода 6 (Фиг. 1) с клеммами на концах. Одни клеммы закрепили на шариках электродов электрофорной машины, а другие с двух сторон подсоединили к керамическому фильтру 5 (Фиг. 1), пропитанному гетерополикислотой 1-12 ряда, имеющей формулу H₆[PW₁₀V₂O₄₀], после чего с помощью блока питания включили электронно-лучевую трубку 5 и выждали в течение 10 минут, чтобы работа электронно-лучевой трубки стала стабильной. После стабилизации работы электронно-лучевой трубки начали плавно вращать ручку электрофорной машины до появления зеленоватого свечения 7 (Фиг. 1) на противоположном конце металлической трубки 2 (Фиг. 1) и как показано на Фиг. 2. При дальнейшем увеличении оборотов вращающихся дисков электрофорной машины свечение стало более интенсивным.

Вывод. Данный эксперимент, приведенный в примере, подтверждает техническую суть заявленного изобретения и возможность его использования. Зеленоватое свечение в воздушной среде является следствием ионизации воздуха за счет направленного потока заряженных частиц, возникающих при воздействии на фильтр, пропитанный гетерополикислотой, зарядами высокой плотности, которые формируются на поверхности работающей электронно-лучевой трубки и при воздействии на керамический фильтр электростатическим полем. Данное действие ведет к восстановлению гетерополикомплекса, вследствие чего на керамическом фильтре появляется избыток заряженных частиц, в частности электронов, и «выбрасываемые» из металлической трубки с противоположной стороны от электронно-лучевой трубки они образовывают проводящий канал в воздушной среде

Источники информации:

1. Патент РФ №2168289 С1

2. Патент РФ №2223617 С2

Изобретение относится к способам создания направленного ионизирующего канала в воздушной среде и может быть использовано для создания устройств для научных исследований в области электричества, в частности для получения газоразрядной плазмы в воздушной среде и исследования ее свойств. В качестве устройства для получения направленного ионизирующего канала в воздушной среде используется электронно-лучевая трубка 1 (Фиг. 1) и источник электростатического поля, в качестве которого может быть использована электрофорная машина 2 (Фиг. 1). Способ создания направленного ионизирующего канала в воздушной среде осуществляют следующим образом. К электронно-лучевой трубке 1 (Фиг. 1) подключают блок питания 3 (Фиг. 1), который обеспечивает работу электронно-лучевой трубки. С противоположной стороны от блока питания к экрану электронно-лучевой трубки подсоединяют металлическую трубку 4 (Фиг. 1), которая может быть выполнена из нержавеющей стали, никеля, алюминия или меди и внутри которой располагается пористый материал, который, в свою очередь, может быть выполнен из керамического фильтра 5 (Фиг. 1), и перед тем, как поместить керамический фильтр в металлическую трубку, фильтр пропитывают водным раствором гетерополикислоты 1-12 ряда, имеющей химическую формулу H₆[PW₁₀V₂O₄₀], с концентрацией от 45 до 75%. После чего фильтр высушивают от 4 до 7 часов в сушильном шкафу в диапазоне температур от 30 до 50°С. Далее фильтр вставляют в начальную часть металлической трубки 4 (Фиг. 1) таким образом, чтобы одной стороной он касался поверхности экрана электронно-лучевой трубки 1 (Фиг. 1).

Далее к разведенным электродам электрофорной машины 2 (Фиг. 1) подсоединяют изолированные высоковольтные провода 6 (Фиг. 1) с клеммами на концах. Одни клеммы крепятся на шариках электродов электрофорной машины, а другие с двух сторон подсоединяют к керамическому фильтру 5 (Фиг. 1), пропитанному гетерополикислотой 1-12 ряда, имеющей формулу H₆[PW₁₀V₂O₄₀], после чего с помощью блока питания включают электронно-лучевую трубку 5 (Фиг. 1) и выжидают от 7 до 15 минут для того, чтобы работа электронно-лучевой трубки стала стабильной. После стабилизации работы электронно-лучевой трубки начинают плавно вращать ручку электрофорной машины до появления зеленоватого свечения 7 (Фиг. 1) на противоположном конце металлической трубки 2 (Фиг. 1) и как показано на Фиг. 2. При дальнейшем увеличении оборотов вращающихся дисков электрофорной машины свечение становится более интенсивным вследствие ионизации воздуха за счет направленного потока электронов, возникающих при воздействии на фильтр, пропитанный гетерополикислотой, зарядами высокой плотности, которые формируются на поверхности электроннолучевой трубки и при воздействии на керамический фильтр электростатическим полем. Данное действие ведет к восстановлению гетерополикомплекса, в ходе чего на керамическом фильтре появляется избыток заряженных частиц и образуются свободные электроны, «выбрасываемые» из металлической трубки с противоположной стороны от электронно-лучевой трубки, в ходе чего образуется направленный ионизирующий канал в воздушной среде. Технический результат- повышение стабильности ионизирующего канала и снижение его зависимости от погодных условий. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ создания направленного ионизирующего канала в воздушной среде, включающий использование в качестве химического реагента гетерополикислоту, а также электронно-лучевую трубку, генерирующую пучки электронов, и создание электростатического поля высокой плотности, отличающийся тем, что для получения направленного ионизирующего канала в воздушной среде используется электронно-лучевая трубка и источник электростатического поля, в качестве которого использована электрофорная машина, где к электронно-лучевой трубке подключают блок питания, который обеспечивает работу электронно-лучевой трубки, а с противоположной стороны от блока питания к экрану электронно-лучевой трубки подсоединяют металлическую трубку, внутри которой располагают пористый материал, выполненный из керамического фильтра, и перед тем как поместить керамический фильтр в металлическую трубку, фильтр пропитывают водным раствором гетерополикислоты 1-12 ряда, имеющей химическую формулу H₆[PW₁₀V₂O₄₀], с концентрацией от 45 до 75%, после чего фильтр высушивают от 4 до 7 часов в сушильном шкафу в диапазоне температур от 30 до 50°С и далее фильтр вставляют в начальную часть металлической трубки таким образом, чтобы одной стороной он касался поверхности экрана электронно-лучевой трубки, после чего к разведенным электродам электрофорной машины подсоединяют изолированные высоковольтные провода с клеммами на концах, где одни клеммы крепятся на шариках электродов электрофорной машины, а другие - с двух сторон подсоединяют к керамическому фильтру, пропитанному гетерополикислотой 1-12 ряда, имеющей формулу H₆[PW₁₀V₂O₄₀], после чего с помощью блока питания включают электронно-лучевую трубку и выжидают от 7 до 15 минут для того, чтобы работа электронно-лучевой трубки стала стабильной, а после стабилизации работы электронно-лучевой трубки начинают плавно вращать ручку электрофорной машины до появления зеленоватого свечения на противоположном конце металлической трубки и при дальнейшем увеличении оборотов вращающихся дисков электрофорной машины свечение становится более интенсивным вследствие ионизации воздуха за счет направленного потока электронов, возникающих при воздействии на фильтр, пропитанный гетерополикислотой, зарядами высокой плотности, которые формируются на поверхности электронно-лучевой трубки при воздействии на керамический фильтр электростатическим полем.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что металлическая трубка выполнена из нержавеющей стали, никеля, алюминия или меди.