CC BY
212
КОРОННЫЙ РАЗРЯД И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В МЕДИЦИНЕ И ЭКОЛОГИИ
А.В. Котов, В.Л. Турубаров
Коронный разряд - это неполный пробой газового промежутка, возникающий в неоднородном электрическом поле. Он может проявиться под действием атмосферного электричества на верхушках мачт, шпилей, деревьев и в других тонких и заостренных местах. В обиходе он получил название «огней Святого Эльма» [1]. Подобный разряд наблюдается при сравнительно высоких давлениях газов в сильно неоднородном поле. Для получения значительной неоднородности поля электроды должны иметь существенно неодинаковые поверхности, а именно: один - очень большую, другой - очень малую.
Линии напряженности электрического поля сгущаются по мере приближения к проволоке, следовательно, напряженность поля возле проволоки имеет наибольшее значение. При достижении напряженности электрического поля приблизительно 3х106 В/м между проволокой и цилиндром зажигается разряд и в цепи появляется ток. Возле проволоки возникает свечение, имеющее вид оболочки или короны, окружающей проволоку, откуда и произошло название разряда.
На практике люди стараются преодолеть отрицательные последствия коронного разряда путем выбора умеренно высоких значений напряжений и используют для линий электропередачи (ЛЭП) толстые провода.
Имеются также случаи практического использования полезных особенностей коронного разряда. Примером является создание электрофильтров для очистки промышленных газов от твердых и жидких частиц. С помощью такого метода очищают, например, дым в производстве серной кислоты, воздух в литейных цехах цветных металлов и в других вредных производствах. Принцип действия такого электрофильтра следующий. Внутри трубы натягивается отрицательно заряженная проволока, вокруг которой зажигается корона. Воздух внутри трубы становится сильно ионизированным. Ионы оседают на частицах дыма, поднимающихся по трубе. В результате частицы дыма приобретают такой же заряд, как коронирующая проволока, поэтому отталкиваются от нее и оседают на стенках трубы. Со стенок трубы они могут в последующем собираться и утилизоваться либо использоваться опять в производстве, если это ценный промышленный продукт, как, например, в случае дыма в литейных цехах.
Коронный разряд - это характерная форма самостоятельного газового разряда, возникающего в сильно неоднородных полях. Главной особенностью этого разряда является то, что ионизационные процессы происходят не по всей длине промежутка, а только в небольшой его части вблизи электрода с малым радиусом кривизны (так называемый коронирующий электрод). Эта зона характеризуется значительно более высокими значениями напряженности поля по сравнению со средними значениями для всего промежутка. Само название «коронный» разряд получил из-за своего свечения, наблюдаемого на тонких проводах и напоминающего солнечную корону.
Основными формами коронного разряда являются лавинная и стримерная. Названия этих форм обусловлены характерными процессами, имеющими место в зоне ионизации соответствующих коронных разрядов. Визуально лавинная корона наблюдается в виде относительно тонкого светящегося слоя на гладких электродах и в виде дискретных светящихся пятен на негладких (шероховатых) электродах. Стримерная корона наблюдается в виде слабо светящихся нитевидных каналов, длина которых в зависимости от конкретных условий может изменяться в широких пределах (от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров) [2].
Увеличение мощностей промышленных предприятий (энергетических, металлургических, химических и др.) сопровождается резким ростом объемов газа, подлежащего технологической или санитарной очистке в электрофильтре. Поэтому задача очистки газа, т.е. интенсификация процесса электрогазоочистки, приобретает все большую актуальность. Уже сейчас в некоторых промышленных районах и городах концентрация ядовитых веществ в атмосфере достигает опасных пределов. Примеси поступают в атмосферу от естественных и антропогенных источников. Уровень загрязнения естественными источниками является фоновым и мало изменяется с течением времени. Антропогенное загрязнение - это загрязнение, связанное с жизнедеятельностью человека.
Задача очистки газа возникает в многочисленных производствах. Для очистки газа применяют много различных методов. Один из них основан на использовании коронного разряда. Непременным условием возникновения коронного разряда является резкая неоднородность электрического поля. Вследствие этого ударная ионизация, а значит, и электрический разряд могут возникнуть у поверхности провода, где напряженность поля достаточно высока, но не распространяется до другого электрода. По мере удаления от провода напряженность поля уменьшается, и скорость движения электронов в газе становится уже недостаточной для поддержания процесса лавинообразного образования новых ионов. Электрический разряд такого незавершенного характера носит название коронного разряда, внешними проявлениями его служит слабое голубовато-фиолетовое свечение вокруг провода, негромкое потрескивание и запах озона и окислов газов (если коронный разряд происходит в атмосферном воздухе) [3].Коронный разряд используют в электрофильтрах многих производств, где необходимо очищать газы от твердых и жидких примесей. Это улучшает экологию, так как теперь из газов можно получать ценные продукты, которые раньше уходили в атмосферу и загрязняли ее. Электрофильтр помещают внутри заводской трубы.
Установка с электрофильтром для очистки газов состоит в большинстве случаев из двух частей: собственно электрофильтра - осадительной камеры, через которую пропускают газы, подлежащие очистке, и преобразовательной подстанции с соответствующей аппаратурой. Для питания электрофильтра выпрямленным током высокого напряжения используются электрические агрегаты, основными элементами которых являются: регулятор напряжения, повышающий трансформатор, преобразующий переменный ток напряжением 380/220 В в ток с напряжением 100 кВ, и высоковольтный выпрямитель для выпрямления переменного тока. Выпрямленный ток высокого напряжения подводится к электродам электрофильтра по высоковольтному кабелю или по шинам. В электрофильтр вмонтированы электроды двух типов: осадительные и коро-нирующие. Осадительные электроды выполняются из пластин либо из труб, а корони-рующие - из проволоки, круглой или другого профиля.
Заряженные взвешенные частицы под действием электрического поля движутся к электродам и оседают на них, а очищенные газы, пройдя электрическое поле, выходят из электрофильтра. Электрофильтр при использовании должен быть устойчивым по отношению к случайной конденсации. Однако следует иметь в виду, что на его работу влажность не оказывает особого влияния, если приняты меры против коррозии и он снабжен эффективным механизмом для встряхивания, обеспечивающим очистку фильтра даже от незначительных наслоений пыли и предотвращающим постепенное уменьшение его производительности. Единственным требованием, которое должно быть удовлетворено в отношении газоочистки, является то, чтобы объем поступающих в систему газов превосходил объем газов, выделяющихся из печи, причем настолько, чтобы предотвратить выделение газов из всех отверстий.
Если работа происходит по сухому процессу, то температура газов бывает значительно выше точки росы, и поэтому можно не сомневаться, что дымовое облако рассеется и не создаст неудобства для окружающего района.
Воздух, насыщенный отрицательными ионами, помогает в лечении дыхательных путей, повышенного давления, головной боли, невралгии, хронического ревматизма, экземы, бессонницы, полезен при загноении ран, способствует восстановлению организма после перенесенных заболеваний, улучшает самочувствие. Замечено, что перед грозой дышать тяжело, потому что воздух переполнен положительными ионами, которые для организма крайне вредны. Больные астмой перед грозой просто задыхаются. Зато какое облегчение наступает после разрядов молнии! Это неудивительно, поскольку свежий воздух после грозы переполнен отрицательными ионами. В ионизаторе действует та же молния, но без раскатов грома. Не нарушая тишины, она очистит от пыли воздух комнаты и за 10-15 ч наполнит его целебными аэроионами. Это кажется фантастикой, но курорт на дому, можно сказать, стал реальностью! Концентрация ионов в воздушной среде представлена в табл. 1 (в ед. ион/куб. см.)
Среда Конц-ия
Воздух городских квартир 50 -100
Воздух городских улиц 100 -500
Лесной и морской воздух 1000 -5000
Воздух горных курортов 5000 -10000
Воздух у водопада 10000-50000
Воздух после грозы 50000-100000
Ионизатор 3000 - 6000
Таблица 1. Концентрация ионов в воздушной среде
Известно, что люди, подолгу работающие или живущие в помещениях с кондиционерами, болеют чаще. Оказалось, что благотворные природные аэроионы застревают в фильтрах кондиционеров, и воздух получается хотя и чистый, но «мертвый». Специалистам по санитарной гигиене известна опасность аэроионного голодания.
Нормы СНИП № 2152-80 на содержание отрицательных аэроионов в воздухе производственных и общественных помещений приведены в табл. 2 в ед. ион/ куб. см.
Уровень Норма
Необходимый минимум 600
Оптимальный уровень 3000 - 5000
Таблица 2. Нормы СНИП № 2152-80 на содержание отрицательных аэроионов в воздухе
Для улучшения здоровья людей, в санитарных нормах предусмотрен пункт о необходимости использования для каждого кондиционера еще и аэроионизатор. Часто офисы и компьютерные залы оснащают ионизаторами Чижевского. Людям, которые проводят у экранов компьютеров и телевизоров много времени, дышать аэроионами крайне необходимо.
Установлено, что целебные аэроионы, проникая в легкие человека, заряжают кровь, делают клетки и ткани организма более стойкими, т.е. повышают иммунитет. При вдыхании аэроионов легкие как бы расправляются. Приступы у больных астмой становятся реже и легче переносятся, не так мучает одышка. Нагрузка на сердце снижается, тромбы рассасываются, к тому же аэроионы улучшают сон, дают заряд бодрости, жизнерадостности.
В Институте педиатрии РАМН отмечено быстрое улучшение самочувствия у детей, страдающих респираторной и кожной аллергией, выявлено положительное воздей-
ствие ионизированного воздуха на новорожденных. Дети легче адаптируются к изменяющимся условиям внешней среды, у них снижается уровень тревоги, раздражительности. Если воздух ионизирован, дети дольше не устают, показатели крови у них нормализуются, повышается аппетит, улучшается сон. И главное - для лечения уже не требуется столь много лекарств.
Важные результаты получены в Институте высшей нервной деятельности и нейрофизиологии. В герметичной камере, куда подавался обычный воздух, у подвергшихся жесткому стрессу подопытных животных вскоре образовывались язвы желудка, кровяное давление подпрыгивало от 120 до 160. В другой камере, где воздух ионизировался, давление у животных оставалось стабильным, хотя они подвергались столь же жестокому стрессу. Наша жизнь порой не легче, и теперь есть надежда, что именно аэроионы помогут нам переносить невзгоды.
Ионизатор Чижевского показан для лечения болезней сердечно-сосудистой системы и органов пищеварения, заболеваний органов дыхательных путей и нервной системы, а также при лечении нарушения обмена веществ, эндокринных патологий, ОРЗ, заболеваний кожи, глаз, при травмах и ранениях. Ионизатор Чижевского помог выздороветь 80-90 % пациентов.
Литература
1. Скипетров В.П. Аэроионы и жизнь. Саранск: Красный Октябрь, 1997. 252 с.
2. Чижевский А. Л. Аэронификация в народном хозяйстве. М.: Госпланиздат, 1960. 663 с.
3. Дударев А. А., В.И. Турубаров. Актуальные проблемы гигиенического нормирования ионов в воздухе // Медицина труда и промышленная экология. 2002. № 9. С. 35-39.
