Для получения характеристик количества малых атмосферных ионов использовался метод, включающий периодическое чередование ограниченных подвижностей простого конденсатора, через который проходила струя воздуха. Рассчитывалось распределение числа ионов в зависимости от подвижности. Структура функции распределения изменялась со временем. В работе обсуждается идея о том, что те ионы, которые обычно называют малыми атмосферными ионами, разделяются на две группы: малые ионы или кластер-ионы, с подвижностями от 1,5 до 2,5 см*сек-1 / в*см-1, и преобразованные малые ионы, с подвижностями от 0,3-0,5 до 1-1,5 см *сек-1/в*см-1. Эта концепция устраняет затруднения, существовавшие до сих пор относительно подвижности малых ионов. Интересно таким образом исследовать атмосферные малые ионы при тех условиях, которые наблюдаются в атмосфере, то есть, при наличии факторов ,воздействующих на чистые малые ионы. Данное исследование подтвердило результаты полученные ранее, несмотря на трудности измерений, связанных с нерегулярным изменением концентрации исследуемых ионов.
Введение
Ионы, присутствующие в воздухе атмосферы, интересны во многих отношениях. Состояния атмосферы, связанные с характеристикой количества ионов, часто определяют значениями количества ионов в кубическом сантиметре воздуха, а, в большинстве случаев, кроме концентрации указываются и характеристики самих ионов - малые ионы, средние и большие ионы. Однако наши знания о свойствах атмосферных ионов очень ограничены. Одной из характеристик ионов, которую можно измерять, является ихподвижность L. Но измерение подвижности атмосферных ионов связано с некоторыми трудностями. Одна из основных трудностей, с которой встречаются такие измерения, определяется резкими изменениями концентрации ионов атмосферы. Простейшим и наиболее часто используемым методом определения подвижности малых атмосферных ионов является одновременное измерение проводимости и плотности ионов. Предполагая, что ионы имеют определенное дискретное значение подвижности k, эту подвижность можно определить из формулы
L=nke
где e-элементарный заряд. Это уравнение было недавно использовано для вычисления подвижности малых ионов, по данным полученным во время последнего плавания корабля , для обработки результатов измерений проведённых в 1935-37 годах в Пуне (Индия)и для определения средней подвижности по данным измерений в Нью-Йорке и его окрестностях. Очевидно, что получаемое при этом значение подвижности является средней подвижностью, так как свой вклад в проводимость дают ионы, имеющие разные подвижности и присутствующие в разных концентрациях.
Ободрённые результатами исследования распределения подвижностей различных лабораторныхионов, полученные с использованием метода периодического чередования выбранных ограниченных подвижностей для счетчика ионов в струе воздуха, мы попытались использовать тот же метод для изучения малых атмосферных ионов. Было очевидно, что он не может быть использован привсех состояниях атмосферы, вследствие резких изменений концентрации ионов при различных окружающих условиях. Нам казалось, что подходящих для измерений условий можно ожидать во время тихих летних ночей в Упсале, во время которых, как было показано, количество ионов увеличивается, благодаря накоплению радиационных веществ в нижних слоях атмосферы. Мы попытались также применить этот метод при других условиях. В тех случаях, когда дули южный и юго- западный ветра, получить пригодные для обработки результаты не удалось, так как при такой погоде, количество ионов было малым и было подвержено резким изменениям. При северо-западных ветрах, состояние атмосферы в отношении присутствия ионов было довольно постоянным, и на основе измерений были рассчитаны некоторые результаты. Далее мы опишем результаты измерений количества малых атмосферных ионов во время тихих летних ночей в Упсале
Результаты измерений
В течение лета 1952 г. Подходящие погодные условия наблюдались нечасто. В нескольких случаях условия, которые казались подходящими в начале измерений, затем в течение ночи изменялись, и поэтому удалось провести только часть нужных измерений. Далее мы рассмотрим характеристики измерений двух полных серий экспериментов.
7-8 июля 1952 года, Упсала, Швеция
Погодные условия были наиболее подходящими для измерений. Седьмого июля над Скандинавским полуостровом возникла смещенная к северо-востоку область высокого давления. Прекрасная теплая погода установилась на территории практически всей страны. Восьмого июля область высокого давления над Скандинавским полуостровом исчезла, но ожидалось, что сухая и очень тёплая погода будет удерживаться ещё несколько дней.
Результаты исследований представлены на рисунке (графики соответственно для положительных и отрицательных ионов). Существуют и изоляционные потери, выраженные эффективным числом ионов. Как уже упоминалось, эти кривые определённым образом характеризуют концентрацию радиоактивных веществ в воздухе. На графике указано изменение концентрации ионов разных подвижностей в зависимости от времени суток и температуры. Наибольшая концентрация наблюдалась около 3 часов ночи. Одновременно с тем в это время была самая низкая температура - 7 градусов Цельсия, и начался восход Солнца. Различными цветами выделены концентрации различных подвижностей ионов, от легких до тяжелых
Кривые количества ионов
Количества ионов для трёх нижних установленных пределов подвижности K*=0,14, 0,32 и 0,57 одинаковы, за исключением различий в отдельных точках и во время уменьшения концентрации отрицательных ионов после восхода солнца. Этот факт указывает на то, что использованные нижние значения подвижности K* находятся в области насыщения. Диапазон имеющихся подвижностей ионов достаточно широк. Он начинается с 0,4-0,5 см*сек-1 / в*см-1 и достигает значения 2 см*сек-1 / в*сек-1 для положительных ионов. Верхний предел подвижности для отрицательных ионов достигает 2,5, а в некоторых случаях и несколько большего значения. Этот факт на рисунке не зафиксирован, однако столбики соответствующие высшим значениям подвижностей увеличены по высоте так, что включают в себя количество ионов с ещё более высокой подвижностью. Функция распределения может быть распределена на две компоненты. Одна включает ионы с низкой подвижностью, а другая-с высокой подвижностью. В некоторых случаях, такому разделению соответствуют некоторые характеристики функции. Компонента с низкой подвижностью, обычно, превышает компоненту с высокой подвижностью.
7-8 августа 1952 года, Упсала, Швеция
Погодные условия для наблюдений были не очень хорошими. 7-го августа область низкого давления, находившаяся над центральной частью Норланда (Norrland) сдвинулась вместе с сопровождающей её зоной выпадения осадков на северо-восток. Другая область дождей над Нидерландами и северной частью Западной Германии сдвинулась по направлению к югу Швеции. (Восьмого августа холодный северо-западный ветер с ливневым дождём наблюдался над северной частью Норланда и был особенно ощутим во второй половине дня. Локальные погодные условия будут описаны ниже).
В 19 часов наблюдался лёгкий северо-восточный бриз, на западе горизонт был затянут тучами, а солнце было закрыто облаками. Заход солнца был ясным; в 21ч. 20мин наблюдался лёгкий северо-восточный бриз и большие кучевые облака на западе; в 21ч. 45мин. вокруг Луны возникло гало. Восьмого августа в 2ч. 45мин. дул слабый бриз с востока, в долине Фирис (Fyris) наблюдался туман, и вокруг луны имелось яркое гало; в 4ч. 05 мин. туман из долины поднялся в более высокие слои воздуха, и был слабый северный и северо-восточный бриз, восход солнца был скрыт в тумане; в 4ч. 12мин. около земли туман стал сгущаться. В 5 часов вокруг был плотный туман; в 5ч. 10мин. плотность тумана увеличилась, а солнце пробивалось через него. В 5ч. 40мин. туман был уже слабый, а в 5ч. 47мин. - исчез совсем. В 8ч. 28мин. наблюдались большие слоистые облака и облачность постепенно усиливалась. В конце концов небо покрылось облаками.
При сравнении кривых полученных 7-8 июля и 7-8 августа можно видеть их различия по уровню насыщения. В ходе экспериментов, полученных 7-8 августа, насыщение достигнуто не было, и его отсутствие особенно было заметно в последние утренние часы. В эту ночь ионы с низкой подвижностью должны были присутствовать в большей концентрации. Несмотря на некоторые отклонения в отдельных точках, видно, что кривые, проведённые по экспериментальным точкам, дают нам адекватное описание состояние атмосферы в отношении наличия в ней ионов. Упомянутые отклонения можно объяснить, если принять во внимание более сильные изменения в концентрации ионов, какие наблюдались, например, в других сериях измерений, особенно во время неблагоприятных погодных условий. Действительно, в данном случае, условия не были очень спокойными. Поведение температуры и относительной влажности показано на рис. 4. Ночью с седьмого на восьмое августа амплитуда температурной кривой составляла менее, чем половину от амплитуды температурной кривой с седьмого на восьмое июля. Концентрация ионов была тоже примерно вдвое меньшей. Этот факт тоже указывает на трудности проведения экспериментов седьмого восьмого августа.
Обсуждение
Рассмотренные выше измерения показывают, что даже с помощью простых средств можно определять подвижность малых ионов атмосферного воздуха, если имеются подходящие погодные условия. Рассчитанные подвижности не были постоянными, а изменялись со временем в некоторых пределах. Кроме того, можно сделать вывод, что ионы воздуха отличаются по подвижностям, значения которых распределены в некотором диапазоне
Определения и факты
Классификация атмосферных ионов основана на их подвижности, единственной характеристике, которая может быть достоверно измерена. Обычно мы представляем ионы газа как атом или молекулу с недостатком одного или более электронов на внешнем электронном слое или слоях (положительный ион) или с одним и более добавочными электронами на внешних электронных слоях (отрицательный ион), или с одним и более добавочными электронами на внешних электронных слоях (отрицательный ион). Такие ионы, которые могут быть названы атомными или молекулярными ионами, можно наблюдать в чистых газах при низких давлениях, и эти ионы хорошо исследованы. Однако, если эти ионы возникают или попадают в газ при высоком давлении (например, атмосферном давлении), их жизнь длится только доли секунды и их подвижность снижается до 1-2 см*сек-1/в*см-1 Одно из объяснений уменьшения этой подвижности основано на предположении, что с простым молекулярным иономпри попадании его в газ с высоким атмосферным давлением связываются другие молекулы, формируя приэтом кластер-ионы.
Применение результатов
На рисунках 1 и 2 мы видим, что концентрация ионов стала выше ,и стали преобладать ионы с большей подвижностью. Сформировались новые ионы, которые не могли так быстро трансформироваться в преобразованные малые ионы. К концу серии вклад преобразованных малых ионов в функцию распределения подвижности вновь увеличивается. Значительное количество ионов с более высокой подвижностью, возникшее после восхода солнца, может объясняться тем, что, как показано при сходных погодных условиях в наших более ранних экспериментах, в это время можно ожидать увеличения концентрации больших ионов, а концентрация радиоактивных веществ в воздухе может увеличиваться с увеличением концентрации ядер. Сходные тенденции можно видеть на рисунках 3 и 4, но группы первичных и преобразованных малых ионов в этом случае были полностью разделены, так как измерения проводились с большей разрешающей способностью. Здесь, также, наблюдались промежуточные ионы в области более низких подвижностей. Отклонения от общей закономерности могут быть объяснены погодными условиями, которые ухудшали качество измерений. В то же время в целом форма кривой осталась той же самой. Указание на то, что первичные ионы могут преобразовываться, как в нашем случае, были получены из наблюдений ионов, формирующихся при коронном разряде.
Выводы
Как мы видим, с восходом Солнца концентрация ионов начинает понижаться, пик наибольшей концентрации как раз наблюдается до восхода Солнца. Одновременно с восходом Солнца поднимается и температура. В итоге на концентрацию и спектр ионов оказывает влияние много факторов, это температура, влажность, другие погодные условия. Концентрация ионов разных спектров подвижностей не постоянна, так как зависит от внешних воздействий, которые постоянно меняются. Причем количество положительных и отрицательных ионов наблюдается примерно равное количество, но по графикам мы видим, что кривые имеют характерные отличия
НПФ "ЯНТАРЬ"
ПОЛНОЕ ИЛИ ЧАСТИЧНОЕ ЦИТИРОВАНИЕ ДАННОЙ СТАТЬИ ЗАПРЕЩЕНО