Способ воздействия на электрическое состояние облака

Способ воздействия на электрическое состояние облака

Method for the suppressing the electrical activity of thunderclouds

Способ воздействия на электрическое состояние облака

Патент SU 1741661:

A01G15 - Способы и устройства для изменения атмосферных условий (рассеивание тумана вообще E01H 13/00)

Авторы патента:

МЕЩЕРЯКОВ ОЛЕГ ЛЕОНИДОВИЧ

СЫСОЕВ ВЛАДИМИР СТЕПАНОВИЧ

СТЫРИКОВИЧ ИРИНА МИХАЙЛОВНА

МАКАЛЬСКИЙ ЛЕОНИД МИХАЙЛОВИЧ

КОНТУШ СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

ГОДЗИШЕВСКАЯ ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА

ВЕРЕЩАГИН ИГОРЬ ПЕТРОВИЧ

Владельцы патента: Московский энергетический институт

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для снижения электрической активности грозовых облаков путем внесения электропроводящих нитей в область между двумя зонами, имеющими пространственные заряды разных знаков.

С целью уменьшения количества используемого материала, электропроводящие нити образуют непосредственно в облаке путем введения капель волокнообразующего состава. 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ  СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ  ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ 

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4821702/15; 4821701/15 (22) 27.03.90 (46) 23.06.92, Бюл. М 23 (71) Московский энергетический институт (72) , , О. Л,Мещеряков; И. M.Стырикович и (53) 631.344.8(088.8) (56) Качурин основы воздействия на атмосферные процессы. Л.:  Гидрометиоиздат, 1978, с. 383-384. 

Авторское свидетельство СССР 

N 529728, кл, 6 01 К 1/08; 1975

Изобретение относится к активным воздействиям на атмосферные процессы и может быть использовано для снижения электрической активности грозовых облаков. 

Известен способ воздействия на грозовые облака путем введения кристаллизующих реагентов, например твердой углекислоты. 

Внесение таких реагентов в мощные кучевые облака на различных стадиях их развития не всегда приводит к однозначным результатам: в одних случаях напряженность электрического поля в облаке резко возрастает, в других случаях засев приводит к исчезновению переохлажденной части облака и ослабляет его электрическую активность. 

Наиболее близким к изобретению является способ воздействия путем внесения в грозовое облако между двумя зонами; имеющими пространственные заряды разных знаков электропроводящих нитей из штапельного углеродного волокна.

Недостатком данного способа является низкая эффективность воздействия, обусловленная высокой слипаемостью волокон. При диспергировании заранее пакетированных волокон, вместо одиночного коронирующего волокна фактически образуются отдельные пучки волокон, поэтому снижается ток коронирования в расчете на единицу массы реагента.

Это обстоятельство заставляет сильно увеличивать практически реализуемый расход реагента, вплоть до экономически неприемлемых значений.

Патент SU 1741661 А 01 G.15/00 (54) СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ОБЛАКА (57)

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для снижения электрической активности грозовых облаков путем внесения электропроводящих нитей в область между двумя зонами, имеющими пространственные заряды разных знаков.

С целью уменьшения количества используемого материала электропроводящие волокна образуют непосредственно в облаке путем введения капель волокнообразующего состава, например, нижеприведенной формулы. Увеличение напряженности поля на кончиках таких волокон приводит к зажиганию коронного разряда. При возникновении в облаке множественных коронных разрядов образуется большое количество свободных зарядов и увеличивается проводимость облака, что препятствует росту напряженности поля в нем. 

Цель изобретения: уменьшение количества используемого материала без снижения эффективности воздействия. 

Цель достигается тем, что между двумя зонами, имеющими пространственные заряды разных знаков, вносят электропроводящие волокна, причем электропроводящие волокна образуются путем введения капель волокнообразующего состава размером более  100 мкм в зоны с напряженностью поля более 50 кВ/м. 

При этом в качестве волокнообразующего состава используют следующий состав: водный раствор поливинилового спирта и хлорида кальция в качестве гигроскопической добавки, при следующем соотношении компонентов, мас. %: 

Поливиниловый спирт - 9 - 31.

Хлорид кальция - 0.5 - 3.

Вода - остальное. 

Возможно также, в качестве волокнообразующего состава использовать следующий состав: спиртовой раствор поливинилбутираля и хлорида кальция в качестве гигроскопической добавки при следующем соотношении компонентов, мас.%: 

Поливинилбутираль - 10 - 26. 

Хлорид кальция 0,5 - 3. 

Этиловый спирт - остальное. 

Состав вносят в области облака с электрической напряженностью поля, составляющей более 50 кВ/м в виде капель диаметром не менее 100 мкм. При этом, из отдельных жидких капель волокнообразующего полимерного состава, содержащего гигроскопическую добавку, под действием растягивающих эти жидкие капли электростатических сил внешнего поля формируются тонкие (диаметром приблизительно от 1 до 20 мкм) и длинные (длиной приблизительно от 1 до 30 см) твердые пластичные полимерные волокна, обладающие высокой поверхностной проводимостью во влажной среде, достаточной для зажигания на их концах коронного разряда в стандартном электростатическом поле, типичном для электрически активного грозового облака. Ясно, что полное падение напряжения на длине волокна должно быть хотя бы в несколько раз меньше падения напряжения в областях коронного разряда, возникающего на концах отдельного волокна, помещенного в сильное электрическое поле.

При оптимальном типичном токе коронирования с единичного волокна, спонтанно сформированного из капли волокнообразующего жидкого состава во внутриоблачном электрическом поле, и при локальной напряженности внешнего поля от 0,5 кВ/см до 4,0 кВ/см, полное поверхностное электрическое сопротивление такого волокна диаметром в несколько микрон и длиной в несколько сантиметров, достигаемое за счет его высоко гигроскопичной поверхности, является вполне малым для того, чтобы не ограничивать максимальный ток коронирования с его концов.

Эксперименты показывают, что поверхностной проводимости гидрофильных волокон во влажной среде, в особенности при наличии в их составе добавок электролитов, совершенно достаточно для возбуждения коронного разряда с них не менее мощного, чем с аналогичных металлических или углеродных волокон.

Верхнее и нижнее значение концентраций поливинилового спирта в воде соответствуют наилучшим экспериментально обнаруженным реологическим свойствам, а именно сочетанию вязкости и поверхностного натяжения, для формирования волокон из капель раствора во внешних электрических полях, характерных для электрического состояния типичного грозового облака, т. е., в электрических полях с напряженностью от порядка 0,5 до 4,0 киловольта на сантиметр при минимальном расходовании растворителя. 

Содержание хлорида кальция (гигроскопической добавки) обусловлено экспериментально обнаруженным оптимальным повышением поверхностной проводимости. 

В условиях высокой влажности окружающего воздуха превышение концентрации добавки хлорида кальция, более указанной, не приводит к дальнейшему увеличению тока коронного разряда с волокна. Содержание хлорида кальция 0,5 мас. % достаточно для коронирования с одиночного волокна диаметром 50 мкм и длиной 5 см в электрическом поле Е = 150 кВ/м при токе короны порядка 10 мкА, использование меньших количеств хлорида. кальция приводит к существенно более низким токам, очевидно из-за процессов капсулирования поливиниловым спиртом островков обводненного хлорида кальция на поверхности волокна. 

Пример 1. Волокнообразующий реагент готовят на основе воды, содержащей 9 мас.% поливинилового спирта и 0,5 мас. % хлорида кальция. Указанный состав распыляют в электрически активной части облака, где напряженность поля составляет порядка 50 - 100 кВ/м. Состав распыляют выливным методом. При распылении образуются капли с типичными диаметрами в интервале от 100 до 2000 мкм. Во внешнем электрическом поле облака капли мгновенно поляризуются, деформируются и вытягиваются в волокна за счет растягивающих поверхность капель электростатических сил. Средний диаметр волокон составляет около 8 мкм, а начальная длина - порядка 10 см. Из-за значительного развития поверхности при спонтанном превращении капель в волокна в электростатическом поле облака, вода частично испаряется из волокон в процессе их электроформования и полученные волокна отверждаются. В то же время, на гигроскопичной поверхности этих волокон, вследствие модификации ее хлоридом кальция, образуется тонкая водно-электролитная пленка, наличие которой дает основной вклад в поверхностную электропроводность волокон. Удельное электрическое сопротивление волокон в данном случае составляет при влажности окружающего воздуха 97% около 40 - 50 Ом/м. При напряженности внутриоблачного электрического поля Е ~ 100 кВ/м, в среднем с каждого одиночного волокна стекает разрядный ток 0,2 мкА. Чтобы обеспечить суммарный ток, сравнимый со средним суммарным током разделения зарядов в грозовых облаках (т. е., сравнимый с током макроскопического разделения зарядов в облаке, составляющим порядка нескольких ампер), необходимо, несколько десятков миллионов волокон (капель волокнообразующего состава), с учетом потерь ионов, рекомбинирующих на облачных каплях переохлажденной воды и ледяных кристаллах. Так как средняя масса одной капли составляет ~ 5 × 10-7 кг, то для эффективного воздействия на типичную грозовую ячейку потребуется 5 - 10 кг волокнообразующего состава.

Пример 2. Волокнообразующий состав готовят на основе воды, содержащей 31 мас. % поливинилового спирта и 3 мас. % хлорида кальция. Указанный состав распыляют в электрически активной части облака, где напряженность поля составляет порядка 50 - 100 кВ/м. Состав распыляют выливным методом. При распылении образуются капли с типичными диаметрами в интервале от 200 до 3300 мкм. Во внешнем электрическом поле облака капли мгновенно поляризуются, деформируются и вытягиваются в волокна за счет растягивающих поверхность капель электростатических сил. Непосредственно в процессе диспергирования выливным методом, капли волокнообразующего состава испытывают первоначальную аэродинамическую деформацию и вытягиваются в волокна также и под действием набегающего воздушного потока. Средний диаметр волокон составляет около 8 мкм, а начальная длина - порядка 30 см. Из-за значительного развития поверхности при спонтанном превращении капель в волокна в электростатическом поле облака, вода частично испаряется из волокон в процессе их электроформования и полученные волокна отверждаются. В то же время, на гигроскопичной поверхности этих волокон, вследствие модификации ее хлоридом кальция, образуется тонкая водно-электролитная пленка, наличие которой дает основной вклад в поверхностную электропроводность волокон. Удельное электрическое сопротивление волокон в данном случае составляет при влажности окружающего воздуха 97% около 10 Ом/м. При средней напряженности внутриоблачного электрического поля Е ~ 50 кВ/м, в среднем с каждого одиночного волокна стекает разрядный ток 0,35 мкА. Чтобы обеспечить  суммарный ток, сравнимый со средним током разделения зарядов в грозовых облаках (т. е. порядка нескольких ампер на грозовую ячейку), необходимо несколько десятков миллионов проводящих волокон, спонтанно сформированных в электрическом поле облака из предварительно вброшенных в это облако жидких капель волокнообразующего состава). Так как средняя масса одной капли составляет ~ 5 × 10-7 кг, то для эффективного воздействия на типичную грозовую ячейку потребуется 10 - 20 кг волокнообразующего состава на одну грозовую ячейку.

Пример 3. Волокнообразующий реагент готовят на основе воды. содержащей 26 мас. % поливинилбутираля и 3 мас. % хлорида кальция.

Пример 4. Волокнообразующий реагент готовят на основе этилового спирта,. 25 содержащего 10 мас. % поливинилбутираля и 0,5 мас. % хлорида кальция.

В предложенном способе воздействия на электрическое состояние облака нет необходимости использовать предварительную металлизацию или карбонизацию для спонтанно формируемых в грозовом облаке проводящих волокон с целью придания им значительной электропроводности. Снижение расхода реагента и исключение наличия металла в его составе позволяет повысить экологичность воздействия. Срок хранения реагента в пригодном к употреблению состояния по результатам исследований составляет не менее года при условии соблюдения герметичности соответствующей жидкости. 

Формула изобретения 

1. Способ воздействия на электрическое состояние облака, включающий внесение между двумя зонами, имеющими пространственные заряды разных знаков, электропроводящих нитей, отличающийся тем, что с целью уменьшения количества используемого материала, электропроводящие нити образуют путем введения капель волокнообразующего состава с диаметром более 100 мкм в зоны с напряженностью электрического поля, превышающей 50 кВ/м.

2, Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве волокнообразующего состава используют водный раствор поливинилового спирта и хлорида кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поливиниловый спирт 9 - 31 

Хлорид кальция 0,5 - 3,0 

Вода – остальное. 

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве волокнообразующего состава используют спиртовой раствор поливинилбутираля и хлорида кальция при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Поливинилбутираль 20

Хлорид кальция 0,5 - 3.0 

Этиловый спирт – остальное.