Устройство и способ уничтожения колорадского картофельного жука и паразитов, зимующих в клубнях картофеля, ионизирующим излучением пучка релятивистских электронов Российский патент 2019 года по МПК A01M1/00 

Предлагаемое изобретение относится к области биологического действия ионизирующего излучения, БДИИ.

Рубрика БДИИ в энциклопедии БСЭ-3 есть, а в Алфавитно-предметном классификаторе изобретений нет, поэтому автор-заявитель претендует на пионерское изобретение.

Аналогом устройства является рентгеновская трубка, которая представляет собой двухэлектродный вакуумный прибор с катодом и анодом. Действие аналога состоит в том, что катод при нагревании испускает электроны, которые ускоряясь электрическим полем анода при его бомбардировке излучают специфические электромагнитные волны обладающие проникающим и ионизирующим действием.

Прототипом предполагаемого изобретения является микротрон, который состоит из ускоряющего резонатора в магнитной поле. Действие микротрона состоит в том, что при возбуждении резонатора он ускоряет электроны до релятивистских скоростей. Под действием приложенного магнитного поля электроны многократно ускоряются резонатором достигая энергии десятков МЭВ. Электроны такой энергии обладают весьма эфективным ионизирующим действием, которое предлагается применить в агрономии картофеля - весьма популярной культуры.

Радиационной технологии в агрономии пока нет. Ускорителя заряженных частиц сами по себе представляют сложную электрофизику, которая доступна только выпускникам электрофизических факультетов. Для рационального применения ускорителя электронов в агрономии потребуется совместная деятельность электро-физиков и биологов-агрономов, поскольку биология в агрономии тоже сложная наука.

Известна докторская диссертация Батыгина Н.Ф. "Исследование ионизирующей радиации при управлении жизнедеятельностью растений" Л. 1968 251 стр, но автор-заявитель ее не читал, да и год написания диссертации составляет 50 лет тому назад, когда сами микротроны были редки.

С колорадским жуком тогда проблем не было.

Существующий уровень техники и технологии борьбы с колорадским картофельным жуком ККЖ состоит в следующем.

Самка ККЖ зимует в грунте на глубине пахотного слоя в состоянии зимней спячки в форме куколки, фиг. 1. На поверхность самка 1 выходит в июне-июле, когда картофель вырос и готов зацвести. Куколку 2 не могут обнаружить только биологи, а кладку яиц 3 наблюдать просто.

Самка 1 имеет эллипсовидную форму с длиной главной оси 10-12 мм. Защитный панцирь зеленого цвета с черными продольными полосами легко маскирует ее на картофельном кусте. Она откладывает яйца на нижнюю часть картофельного листа кучками по 10-20 шт в течение 2-3 недель и способна отложить 3000 шт. В течение месяца из яиц вырастают ползающие личинки-коровки красноватого цвета. Развитие их происходит за счет активного пожирания листов картофеля. И коровок 4, и появившихся молодых ККЖ 5 уже можно наблюдать без всяких профессиональных хитростей, а кусты картофеля становятся голыми 6…

У молодых ККЖ начинается брачный период во имя продолжения своего биологического вида. Самцы истощившись погибают, а самки переходят к накоплению внутренних запасов на предстоящую зимовку, усиленно питаются пожирая остатки картофельных листов или улетая на соседние поля за десятки километров. БСЭ-3 т. 12 с. 454.

Нормальный состав картофельных клубней составляет 60-70% воды, а в сухом остатке: крахмал, белки, жир, комплекс витаминов СВ₁В₂РРК.

Картофель съедобен вареный и входит компонентом во многие, во многие кулинарные блюда.

Картофель достаточно просто хранится зимой при небольшой плюсовой температуре, но в нем зимуют всякие паразиты-насекомые. Все эти паразиты-вредители: жуки, черви, грызуны снижают нормативную урожайность картофеля 100-200 ц/га и нормативную кормовую ценность картофеля. БСЭ 3 т. 11, с. 484-485.

Со всеми вредителями картофеля применяют физические и химические способы борьбы. Физический способ - это давить яйца или личинок ККЖ двумя сходящимися пальцами. Если площадь посева 100 м², то это выполнимо при ежедневном упражнении.

Химический способ - это опрыскивание кусков картофеля специальными ядо-химикатами. Яд должен попасть внутрь организма ККЖ и тогда он погибнет в адских муках. Но, если он укроется под листом, то яды пролетят мимо ККЖ и повредят экологию картофельного поля. Если яды ограниченного срока действия, то ККЖ после перерыва набросятся на листву с еще большим аппетитом.

Опрыскиватели известны разные: ручные, ранцевые и машинные. Ядо-химикаты производят на специальных химических заводах и стоят дорого, а это снижает рентабельность производства картофеля.

Опрыскивание опасно и для самого человека.

Известны карантины, т.е. массовый запрет посева картофеля в целом регионе на несколько лет, но это тоже ущербно для слабой экономики.

Таким образом, известные способы борьбы с ККЖ обладают комплексом недостатков: трудоемки, дороги, не рентабельны, неэкологичны. При этом нужны учесть высокую биологическую устойчивость ККЖ.. У ККЖ нет естественных врагов, его не ест ни один из видов живой природы.

В качестве примера предполагаемое изобретение представлено на фиг 2, на которой представлено картофельное поле с ровными рядами кустов картофеля 7 и предполагаемое изобретение 8 при виде сверху. На фиг 3 представлено предполагаемое изобретение при виде с левого борта.

На фиг 4 представлен источник релятивистских электронов типа микротрон. Он состоит из магнетрона 9, волновода 10, ускоряющего резонатора 11, электромагнита 12 со снятым верхним полюсом и магнитным каналом13. К типовому микротрону добавлен электромагнитный сканистор 14. В комплект устройства входит электронный блок питания магнетрона 15 и мотор-генератор 16. Пунктиром 17 обозначены траектории релятивистских электронов при ускорении в микротроне, прохождении по сканистору и на картофельном поле.

На фиг 2 справа график линейного спада интенсивности пучка релятивистских электронов ПРЭ при облучении кустов картофеля γ.

На фиг 4 справа показаны графики режимов питания электромагнита сканистора 14: синусоидального и прямоугольными импульсами.

На фиг 5 представлен микротрон в режиме облучения бурта картофеля жестким рентгеновским излучением по оси Z₁, которое возникает при бомбардировке вольфрамовой мишени 18 ПРЭ. Бурт картофеля 19 разложен по оси Z. Жесткое рентгеновское излучение создается в конусе с углом при вершине ω.

Сканистор 14 в раскрытом виде представлен на фиг 4. Это электромагнит с плоскими цилиндрическими полосами создающей однородное магнитное поле, величина и полярность которого определяется режимом электрического питания его обмоток возбуждения.

Согласно фиг 2 и 3 устройство скомпоновано следующим образом. На передке типового пролетного колесного трактора известным способом монтируется комплексный микротрон 8 с магнетроном 9 и сканистором 14. При этом предусмотрена возможность выбирать уровень вылета ПРЭ в соответствии с высотой кустов картофеля 7 на обрабатываемом картофельном поле в соответствии с фиг. 2 и 3. Оперативное управление всем устройством осуществляется с пульта управления размещенного в кабине трактора трактористом-оператором. Сам пульт управления на фигурах не показан для простоты изложения.

Радиационная безопасность устройства и способа вполне выполнима в данном случае и обеспечивается известным способом.

Действует устройство следующим образом. Запускаются в действие двигатели трактора и мотор-генератора известным способом. Включаются катоды магнетрона и микротрона с пульта управления в кабине трактора. Трактор управляемый трактористом-оператором подъезжает к картофельному полю согласно фиг 2. Микротрон выставляется по уровню согласно фиг 3. Заключается электронный блок питания магнетрона 15 и сканистора 14. На номинальный режим выводится все элементы устройства: магнетрон генерирует электромагнитную волну, она по волноводу 10 возбуждает ускоряющий резонатор 11, электроны с катода этого резонатора по разным орбитам многократно ускоряются и по магнитному каналу 17 выводятся в межполюсный зазор сканистора 14, который под действием знакопеременного магнитного поля сканирует релятивистский пучок электронов по картофельному полю, к которому подъехал трактор. Релятивистские электроны бомбардируя кусты картофеля, поражают ККЖ, т.е. его яйца, молодых личинок, молодых ККЖ смертельной для них дозой.

Зеленая масса картофельных кустов и тем более корневая система и зародившиеся клубни не чувствительны к ПРЭ или не облучаются.

При питании сканистора знакопеременными импульсами ПРЭ вылетает, то влево, то вправо. Скорость движения трактора при облучении ПРЭ выбирается агрономом по разработанной методике.

Согласно Кузина А.М. БСЭ - т. 3 с. 314-316 биологическое действие излучения исследуется со времен изобретения самой трубки Рентгеном в 1895 г., нобелевскую премию он получил в 1901г., работая в России. К настоящему времен достоверно установлено:

1. животная клетка многократно чувствительнее растительной,

2 - молодые организмы более чувствительны, чем старые,

3 - действие излучения приводит к нарушению физиологии клетки,

4 - с повышением энергии и интенсивности излучения его действие усиливается и увеличивается.

5 - для борьбы с ККЖ ПРЭ следует применять с момента откладки яиц до завершения их брачного периода.

Технические возможности микротрона.

Энергия ускоренных электронов 30 Мэв интенсивностью 100 ма в имп. Технический кпд 10-30%. Кпд магнетрона 60-90%.

Микротрон на 10 Мэв весит 160 кг, диаметр электромагнита 550 мм. Питание электромагнита 1 квт, питание магнетрона 10 квт в импульсе. Пробег ПРЭ в воздухе при 3 МЭВ 10 м.

Мощность мотор-генератора должна составить 10 квт.

Клубни картофеля вырастают в грунте, в котором обитает множество насекомых и часть из них внедряется в клубни для продолжения своего существования в предстоящую зиму. При этом они используют клубень и для пищи, и для места обитания. Пораженные клубни теряют товарное качество.

Для уничтожения паразитов внедрившихся в клубни картофеля предназначено устройство и способ представленные на фиг 5. Его основное отличие от рассмотренного выше состоит в применении вольфрамовой мишени 18 в форме пластины толщиною 1 мм диаметром 30 мм, т.е. немного больше диаметра ПРЭ. При бомбардировке этой мишени ПРЭ энергией 10 МЭВ интенсивностью 50 ма γ-радиация составит 2000 рентген/мин. Z₁-излучение направлено по оси соосной с исходным ПРЭ. Конус γ-радиации с углом при вершине ω составит 30°.

Сканистор 14 при этом исключен, микротрон повернут на 90°.

Действие этого устройства состоит в следующем. Бурт картофеля предназначенного для зимнего хранения формируется в поле. Вдоль бурта едет устройство с микротроном в режиме γ-излучения и облучает бурт 19 слева, а на обратном ходе трактора облучает бурт 19 справа. При интенсивности 1000 р/мин и более все паразиты внедрившиеся в клубни погибают, а клубень остается невредимым.

Основные сведения по микротрону в книге Капица С.П., Мелихян В.Н. «Микротрон» Наука, М. 1969, с. 12, 881. 190.

Авторитетен «Справочник по ядерной физике» акад. Арцимовича Л.А. М, 1963, с. 231.

Спецификация.

Фиг 1. Колорадский картофельный фук на кусте картофеля.

Фиг 2. Вид сверху устройства на картофельном поле.

Фиг 3. Вид устройства с левого борта.

Фиг 4. Устройство микротрона и режимы питания сканистора.

Фиг 5. Микротрон и режиме γ-облучения бурта картофеля.

1 - колорадский картофельный жук, ККЖ.

2 - куколка ККЖ.

3 - кладка яиц ККЖ.

4 - коровки развившиеся из яиц, ККЖ.

5 - молодые ККЖ.

6 - голые стебли куста картофеля.

7 - кусты картофельного поля.

8 - микротрон на передке трактора.

9 - магнетрон.

10 - волновод.

11 - ускоряющий резонатор.

12 - электромагнит микротрона.

13 - магнитный канал вывода электронов.

14 - электромагнитный сканистор.

15 - электронный блок питания магнетрона.

16 - мотор-генератор питания всего устройства.

17 - пунктирное изображение пучка релятивистких электронов, ПРЭ.

18 - тонкая вольфрамовая, мишень.

19 - бурт картофеля.

γ - интенсивность радиации.

L - дальность действия радиации ПРЭ.

Z - ось вдоль бурта картофеля.

Z₁ - ось γ-излучения

Y - ось по высоте бурта картофеля.

X - ось поперек бурта картофеля.

Изобретение относится к области борьбы с сельскохозяйственными вредителями. При осуществлении способа уничтожения колорадского жука ионизирующим излучением бомбардируют пучком релятивистских электронов вершины кустов картофеля с находящимися на них жуками в ранней стадии развития. Устройство для уничтожения колорадского жука представляет собой трактор с установленными на нем микротроном и мотор-генератором. Микротрон снабжен магнитным каналом для вывода пучка релятивистских электронов и сканистором. Сканистор выполнен в виде поворотного электромагнита. Способ уничтожения зимующих в клубнях картофеля насекомых-паразитов предусматривает облучение картофеля γ-излучением. Картофель складывают в поле в прямолинейный бурт. Вдоль бурта перемещается устройство для уничтожения насекомых-вредителей, направляя на бурт пучок излучения. Устройство для уничтожения насекомых-вредителей состоит из трактора с установленными микротроном и мотор-генератором. Микротрон снабжен магнитным каналом для вывода пучка релятивистских электронов. На выходе канала установлена вольфрамовая мишень для преобразования пучка электронов в γ-излучение. Обеспечивается возможность эффективного, экологичного уничтожения насекомых-вредителей. 4 н.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для уничтожения колорадского картофельного жука ионизирующим излучением пучка релятивистских электронов, состоящее из комплектного микротрона, снабженного магнитным каналом для вывода пучка релятивистских электронов, мотор-генератором, и универсального пропашного трактора, отличающееся тем, что микротрон смонтирован спереди трактора на кронштейне, устанавливаемом на заданном уровне, и снабжен сканистором типа поворотного электромагнита с углом поворота от -90° до +90° при питании электрическим током переменной полярности, мотор-генератор и электронный блок питания микротрона смонтированы сзади трактора на кронштейне, пульт управления микротроном смонтирован в кабине трактора, справа от места тракториста-оператора.

2. Способ уничтожения колорадского картофельного жука ионизирующим излучением пучка релятивистских электронов, отличающийся тем, что пучок релятивистских электронов направляется параллельно поверхности картофельного поля на уровне верхних листов кустов картофеля, где обитают колорадские картофельные жуки в период откладки яиц до брачного периода, при перемещении источника пучка релятивистских электронов колесами по междурядьям картофельных кустов, при этом сканистор периодически меняет направление вылета пучка релятивистских электронов, обеспечивая бомбардировку вершин кустов картофеля с колорадским картофельным жуком в ранних стадиях развития в заданной полосе картофельного поля, ширина которой определяется параметрами пучка релятивистских электронов, а длина полосы определяется размерами картофельного поля.

3. Устройство для уничтожения насекомых-паразитов, зимующих в клубнях картофеля, состоящее из комплектного микротрона, снабженного магнитным каналом вывода пучка релятивистских электронов, мотор-генератором, и универсального пропашного трактора, отличающееся тем, что магнитный канал вывода пучка релятивистских электронов направлен поперек продольной оси пропашного трактора горизонтально к поверхности земли, на выходе пучка релятивистских электронов из магнитного канала установлена вольфрамовая мишень, преобразующая пучок релятивистских электронов в γ-излучение, ось которого совпадает с осью первичного пучка релятивистских электронов и направлена на клубни картофеля.

4. Способ уничтожения насекомых-паразитов, зимующих в клубнях картофеля, отличающийся тем, что клубни картофеля, предназначенные для зимнего хранения, пораженные внедрившимися для зимовки насекомыми-паразитами, складируются в поле в прямолинейный бурт, вдоль которого ездит устройство для уничтожения насекомых-паразитов, направляя пучок γ-излучения на бурт картофеля при прямом ходе трактора с одной стороны, а при обратном ходе - с другой стороны, дозировка γ-излучения задается по установленной методике.