Введение
При рассмотрении работ, посвящённых исследованию ионов воздуха, выполненных с момента их открытия до настоящего времени, обнаруживаются определенные изменения в направлении этого исследования. На первой стадии соответствующие явления наблюдались в атмосферном воздухе, был выполнен ряд экспериментальных исследований в соответствующих условиях. Экспериментальное изучение ионов в смеси газов, называемой воздухом, при атмосферном давлении очень быстро показало, что наблюдаемые явления весьма сложны и часто невоспроизводимы. С другой стороны, при низких давлениях и в чистых газах, соответствующие явления наблюдались без какой-либо суперпозиции, что позволяло успешно их исследовать. Это обстоятельство обусловило следующую стадию изучения ионов воздуха, когда измерения проводились в замкнутых сосудах при низких давлениях и в чистых газах.
При измерениях на открытом воздухе, были обнаружены многочисленные связи между явлениями, вызванными ионами, присутствующими в атмосферном воздухе, и метеорологическими условиями. Однако, ионы, созданные в воздухе искусственным образом, при атмосферном давлении оказались существенными, с точки зрения ряда технических приложений (например, удаление из воздуха частиц пыли, удаление электрических зарядов, создаваемых при некоторых технологических процессах в промышленном производстве), а также ряда биологических явлений (влияния на некоторые биологические процессы и общего влияния на условия жизни человека и его здоровье).
Искусственное создание ионов воздуха
Искусственное создание ионов воздуха необходимо по двум причинам. Во-первых, свойства ионов воздуха могут быть с достоверностью экспериментально исследованы только при условии, что созданные ионы являются ионами чистого воздуха без примеси каких-либо побочных продуктов, обычно возникающих одновременно с интересующими нас ионами. Так что искусственное производство ионов воздуха существенно для исследования их общих физических свойств. Во-вторых, для некоторых целей, особенно для исследования роли ионов воздуха в биологических процессах, необходимо уметь получать ионы воздуха с заданной концентрацией и полярностью в замкнутых сосудах и помещениях.
Как известно, ионы в воздухе можно создавать с помощью многих процессов. К сожалению, большинство из этих процессов приводит к появлению наряду с ионами воздуха различных побочных продуктов. В качестве таковых следует упомянуть озон, различные оксиды азота, незаряженные и заряженные центры конденсации (промежуточные и большие ионы).
Флюктуационный характер плотности ионов в воздухе
За большой период времени всегда наблюдается изменения плотности ионов, как показано, например, на рисунке. Опыты показали, при искусственном создании ионов воздуха в закрытом помещении наблюдаются быстрые флюктуации ионной плотности с большой амплитудой. Таким образом, следует принять, что условия существования ионов в воздухе в общем случае носят флюктуационный характер, независимо от того, имеют эти ионы естественное или искусственное происхождение.
На рисунке ниже кривые подвижностей аэроионов, созданых тритиевым генератором ионов и измеренные визуально с помощью всасывающего конденсатора Вегера и электрометра Линдмана. Фс - поток воздуха через счетчик, Фа - дополнительный поток через распределительную камеру, К - предельная подвижность в ионном счетчике, Р - поляризующий потенциал, приложеный к конденсатору
Подвижность как характеристика ионов воздуха. Свойства подвижности.
Для того, чтобы охарактеризовать состояние ионов в воздухе, недостаточно знать только концентрацию, поскольку ионные свойства воздуха определяются также свойствами самих ионов. В качестве одного из этих свойств следует упомянуть подвижность ионов. Подвижность ионов можно найти, измерялось число ионов в зависимости от поляризующего потенциала, приложенного к конденсатору. Характеристическая кривая для положительных ионов отличается от кривой для отрицательных ионов. Характеристика для отрицательных ионов имеет вид непрерывной кривой, в то время, как отличительной особенностью характеристики положительных ионов является то, что она представляет собой ряд прямых линий с точками излома, при определенных значениях поляризующего потенциала (дискретные подвижности). Можно различать три различные группы положительных ионов с соответствующими подвижностями 0,42, 0,84 и 2,5 см2 /(с*в).
Начальные и возбужденные состояния воздуха.
Аналогичные результаты были получены ранее при исследовании свойств ионов воздуха в нашем Институте. Результаты предшествующих измерений позволяют составить определённое представление о свойствах ионов воздуха. Ион в газообразном состоянии обычно рассматривается как молекула ( или атом), во внешней оболочке которой недостаёт одного или нескольких электронов (положительный ион) или наоборот во внешней оболочке (или оболочках) имеется один или несколько дополнительных электронов (отрицательный ион). Такие ионы, которые могут быть названы атомными или молекулярными ионами, можно наблюдать в чистых газах при низких давлениях, и они достаточно хорошо исследованы. Если такие ионы появляются или создаются в воздухе при высоких давлениях (например при атмосферном), то время их жизни составляет только доли милисекунд, и их подвижность уменьшается. Одно из объяснений этого уменьшения подвижности основывается на предположении, что с простым мономолекулярным ионом, появляющемся в газообразной атмосфере, ассоциируются другие молекулы при достаточно высоких давлениях, образуя тем самым кластерный ион. Атмосферные ионы в воздухе при атмосферном давлении представляют собой такие кластерные ионы. Эти малые атмосферные, малые ионы, как их часто называют, могут быть разделены на две или в некоторых случаях на три группы с различными подвижностями. Было предложено ионы первой группы называть начальными, малыми ионами, а ионы второй и третьей групп - возбуждёнными малыми ионами, поскольку последние можно рассматривать как преобразовавшиеся со временем из первых. Исходя из вышеупомянутых измерений, можно оценить подвижность положительных начальных, малых ионов примерно в 2-2,5 см2/в*с, а подвижность возбуждённых малых ионов в 1 и 0,4-0,5 см2/в*с, соответственно.
Изменение ионной плотности в помещении на первом этаже университета Упсалы.
Наряду с медленными изменениями наблюдались также быстрые флюктуации ионной плотности, область которых указана штриховкой. Сравнительно высокая плотность ионов, зарегистрированная в этом случае, вызвана поступлением воздуха из соседних комнат, загрязненных радоном и продуктами его распада. Избыток отрицательных ионов, наблюдавшийся в течение некоторых интервалов времени, может быть связан с какими то процессами, при которых аннигиляция отрицательных и положительных аэроионов происходит различными способами. Указано также соответствие с температурой (Т) и относительной влажностью (R.H.). Спад примерно в 14-30 обусловлен тем, что двери и окна открыты. Измерения проводились в апреле
НПФ "ЯНТАРЬ" (www.ionization.ru)
ПОЛНОЕ ИЛИ ЧАСТИЧНОЕ ЦИТИРОВАНИЕ ДАННОЙ СТАТЬИ ЗАПРЕЩЕНО