Методы искусственной аэроионизации

Для проведения искусственной ионизации воздуха в закрытых помеще­ниях используют аэроионизаторы, которые обеспечивают образование в возду­хе отрицательных АИ кислорода. АИ можно получать несколькими способами: диспергированием жидкостей, электризацией диэлектриков путем трения, при помощи химических реакций, нагреванием металлов, облучением ультрафиоле­товыми, рентгеновскими и гамма-лучами, радиоактивным излучением, термо­электронной и фотоэлектронной эмиссией, а также путем создания электриче­ских разрядов в воздухе.

По мнению А. Л. Чижевского, с точки зрения безопасности аэроионопро-филактики и аэроионотерапии для людей весьма ответственным делом является метод получения отрицательных АИ кислорода.

Приведем требования к аэроионизаторам, разработанные А. Л. Чижев­ским. В одной из своих работ он писал. «Аэроионизатор не должен вырабаты­вать:

а) высокочастотного электромагнитного или постоянного пульсирующего поля с длинной волны, оказывающей вредное действие на организм;

б) радиоактивных излучений, альфа-, бета-, и особенно гамма-лучей, хотя бы даже в самых небольших количествах;

в) эманации радия - радона, превышающего по содержанию его обычную концентрацию;

г) ультрафиолетового излучения, озона и азотистых соединений, сопутст­вующих прохождению ультрафиолетового света через воздух;

д) металлической пыли любой дисперсности (термоионизаторы) или час-гиц углерода (плазменный ионизатор);

е) частиц воды, пара илд влажности, лежащей вне зоны физиологическо­го комфорта (40 - 60 % относительной влажности);

ж) температуры окружающего воздуха большей, чем температура зоны гигиенического комфорта.»

Рассмотрим основные методы искусственного формирования отрица­тельных АИ кислорода в воздухе.

Гидроионизационная аэроионизация. В естественных условиях источ­никами АИ являются водопады и морские прибои. В результате интенсивного распыления воды образуется аэрозоль, в котором мелкие капли воды заряжают­ся отрицательно, а крупные - положительно. Крупные капли под влиянием си­лы тяжести падают на поверхность воды или земли, а мелкие капли при испа­рении отдают свой заряд воздуху, насыщая его отрицательными ионами.

Устройства для искусственной аэроионизации воздуха путем распыления в нем воды называют гидроионизаторами. Ионизация воздуха, основанная на данном эффекте, осуществляется путем распыления жидкости, подающейся в воздух под определенным давлением через специальные форсунки. Концентра­ция АИ в воздухе зависит от параметров создаваемой воздушно-водяной струи: ее мощности, скорости и степени диспергирования, а также от расстояния меж­ду местом формирования аэрозоля и местом потребления, причем концентра­ция аэроионов уже на расстоянии 1-2 метра от форсунки падает на 3 - 4 поряд­ка. Максимальная же концентрация колеблется в пределах от 3 до 100 тысяч ионов/см³.

Гидроионизаторы не нашли широкого применения, во-первых, из-за не­обходимости использования сложной и дорогостоящей компрессорной техни­ки, во-вторых, из-за малого объема ионизируемой зоны воздушного простран­ства и низкого содержания АИ в этой зоне и, в-третьих, из-за сильного увлаж­нения воздуха.

Термоэлектронная аэроионизация. При нагревании металла до 1000 °С - 1200 °С за счет эффекта термоэлектронной эмиссии он выбрасывает в воздух электроны, которые, соединяются с молекулами кислорода и образуют АИ.

Устройства для искусственной аэроионизации воздуха на основе термо­электронной эмиссии электронов нагретыми телами называют термоэмиссион­ными ионизаторами. В данных устройствах для эмиссии электронов применя­ется, в частности, нихромовая проволока, нагреваемая электрическим током. Для создания потока ионов нихромовая спираль обдувается струей воздуха. Концентрация АИ в воздухе не превышает 100 тысяч ионов/см3 при значитель­ных затратах электрической энергии.

Недостатком термоэлектронных аэроионизаторов является низкий коэф­фициент их полезного действия из-за большого потребления электрической энергии при низкой производительности АИ. Это определяет большие эконо­мические затраты, высокую пожароопасность, а также изменение микроклима­та помещений за счет повышения температуры и концентрации металлической пыли в воздухе, изменения его влажности и сгорания кислорода.

Ультрафиолетовая аэроионизация. При прохождении через воздух ультрафиолетовых лучей происходит фотоионизация его молекул.

Для создания в воздухе АИ на основе этого способа применяются мощ­ные источники ультрафиолетового света - кварцевые лампы. Концентрации по­ложительных и отрицательных АИ при этом примерно равны и могут достигать 500 тысяч ионов/см1. Однако ультрафиолетовые аэроионизаторы создают в воз­духе очень высокие концентрации озона и окислов азота, которые обладают онкогенным действием. Поэтому данный метод для лечебных и профилактиче­ских целей применять нельзя.

Радиоизотопная аэроионизация. В естественных условиях ионизация воздуха возникает за счет радиоактивных источников, находящихся в почве и воде. Для искусственной ионизации воздуха применяют различные альфа-радиоактивные вещества, которые обладают высокой ионизирующей способно­стью и низкой проникающей способностью. Подобными свойствами обладают такие чистые радиоизотопы как полоний-210 и шгутоний-239.

Устройства радиоизотопной аэроионизации имеют камеру с источником альфа-излучения. На выходе камеры для регулирования интенсивности аэроио­низации и степени униполярности устанавливаются электроды, на которые по­дается регулируемое постоянное напряжение. Поддерживаемая концентрация АИ не более 100 тысяч ионов/см³. Причем производительноегь АИ из-за низкой проникающей способности альфа-частиц существенно зависит от толщины пы­левого загрязнения поверхности излучателя.

Основным недостатком радиоизотопных аэроионизаторов является по­вышенная радиационная опасность для здоровья людей, поэтому данные аэро­ионизаторы не нашли и не должны найти широкого применения.

Электроэффлювиальная аэроионизация. Этот метод разработал и ап­робировал в 1918 г. А. Л. Чижевский. В настоящее время он является одним из наиболее раснрос граненных способов получения легких отрицательных АИ ки­слорода. В основе метода яежит создание электрических разрядов в воздухе с помощью электродов, выполняемых, например, из металлических игл, имею­щих очень малый радиус кривизны острий и находящихся под отрицательным постоянным напряжением.

Различают дуговой, искровой и коронный электрический разряды.

При дуговом и искровом разряде высокой интенсивности вместе с АИ кислорода в воздухе образуются озон и окись азота, являющиеся сильнейшими ядами. В настоящее время в продаже появились псевдоионизаторы, выпускае­мые нашей и зарубежной промышленностью. Авторами этих «ионизаторов-очистителей воздуха», якобы работающих на принципе электронного ветра», созданы на самом деле маломощные озонаторы, принцип действия которых основан на коронном разряде высокой интенсивности.

При коронном разряде малой интенсивности образования в воздухе вредных соединений не происходит, что и делает коронный электрический раз­ряд такой интенсивности безопасным.

Для формирования коронного разряда в воздухе малой интенсивности необходимо создание постоянного электрического поля между двумя сущест­венно разнесенными электродами, один из которых должен иметь малый ради ус кривизны Расстояние между этими электродами обычно более метра. Если на электрод с малым радиусом кривизны подается отрицательный постоянный потенциал, то у его острия максимально возрастают напряженность электриче­ского поля и поверхностная плотность заряда, что при достаточном напряже­нии вызывает эмиссию электронов из электрода в воздушное просфанство Данный процесс носит название «эффлювия» - «стекания» электронов с элек­трода. Вырванные из электрода свободные электроны и положительные ионы воздуха создают лавину носителей. Это приводит к ионизации молекул возду­ха, образованию вокруг коронирующего электрода слабо светящегося слоя из фотонов и протеканию электрического тока в разрядном промежутке за счет быстрою перемещения свободных электронов во внешнюю область короны. Свобоаные электроны присоединяются к нейтральным молекулам кислорода, образуя отрицательные АИ, которые под влиянием электрического поля двига­ются к положительному некоронирующему электроду. Увеличение напряжения на электродах повышает количество свободных электронов в воздуке и обра­зующихся отрицательных АИ кислорода. Именно на этом физическом явлении основан электроэффлювиальный метод А. Л. Чижевского.

Электроэффлювиальные аэроионизаторы А. Л. Чижевского нашли широ­кое распространение в медицине, быту и производстве. Они отвечают всем не­обходимым требованиям техники безопасности, просты в конструктивном и технологическом исполнении, универсальны в применении, потребляют малое количество электрической энергии и обладают значительными возможностями регулирования концентрации отрицательных АИ кислорода в пределах от не­скольких тысяч до десятков миллионов ионов в см³.