Генератор газофазного супероксиду

Генератор газофазного супероксиду, що містить два плоских електроди, з'єднаних з високо 3 сії, та рухаються до підлоги та стін приміщення, що знаходяться під нульовим потенціалом. Недоліком відомого іонізатора є низький вихід іонізованого кисню - супероксиду та дуже велика кількість у повітрі вільних електронів, що не мають біологічної дії і, висідаючи на діелектричних поверхнях, створюють потужні електростатичні поля, які представляють значну небезпеку для сучасної радіоелектронної апаратури. Відомий ще ряд іонізаторів, так званого відкритого типу, де джерелом вільних електронів, що викидаються у повітря, є загострені електроди, або тонкі дроти, приєднані до високовольтного джерела [Пат. России RU 2089984, кл. Н01Т23/00, 1997г., пат. России RU 2135227 С1, кл. F61N1/44, 1999 г.; А.с. СССР SU 529834 кл. A61N1/10, 1976 г. и др.]. Їх спільним недоліком є низький вихід іонізованого кисню - супероксиду - та дуже велика кількість у повітрі вільних електронів. Останні, поперше, не мають біологічної дії. По-друге, висідаючи на діелектричних поверхнях, вони створюють потужні електростатичні поля, які представляють значну небезпеку для сучасної радіоелектронної апаратури. По-третє, електрони швидко заряджають негативно епітелій шкіри лиця, що заважає проникненню однойменно заряджених молекул супероксиду у носову порожнину, та практично зводить нанівець терапевтичний ефект аероіонізатора. Відомий також ряд іонізаторів, в яких вільні електрони створюються у коронному розряді між загостреними негативним та позитивним електродом, який має форму пластини, кільця, решітки, сітки, півкулі та т.п. [Пат. России RU 2103029 С1, кл. A61N1/44, 1998 г.; пат. России RU 2132974 С1 кл. F04D33/00, 1999 г.; А.С. СССР SU 1706645 А1, кл. A61N1/44, 1992 г.]. Недоліком іонізаторів коронного типу є надзвичайно низький (іноді - практично нульовий) вихід супероксиду та велика кількість побічних продуктів іонізації, в тому числі й отруйних - озону, та оксидів азоту. Відомий також спосіб генерації супероксиду в однорідному електричному полі між двома плоскопаралельними електродами та з джерелом електронів на основі фотоефекту. Він використовується в лабораторних умовах для визначення січення іонізації молекул різних газів (прототип) [Бучельникова Н. С. Отрицательные ионы. //Успехи физических наук. - 1958 г. Т. LXV, вып.3. - С.368.]. Такий лабораторній прилад складається з двох плоскопаралельних електродів, між якими існує дрейфовий проміжок завдовжки в декілька сантиметрів. Електроди з'єднані з високовольтним джерелом. Позитивний електрод опромінюється ультрафіолетовим світлом і відіграє роль фотокатоду, тобто - джерела вільних електронів. Шляхом вибору напруги між електродами можливо отримати таку напруженість електричного поля Е, при якій звільнені з поверхні фотокатоду електрони, потрапивши в простір між електродами, отримають енергію, яка відповідає максимальній вірогідності їх захоплення молекулами кисню. 56327 4 Недоліком прототипу є вкрай малий вихід супероксиду в навколишнє середовище, який можливий лише завдяки бокової дифузії супероксида із простору між електродами, необхідність рознесення електродів на відстань в декілька десятків сантиметрів задля забезпечення максимально високого коефіцієнту перетворення електронів у супероксид, а також виникнення побічних продуктів (озону та оксидів азоту) під дією ультрафіолетового опромінювання. Задачею, на рішення якої спрямована корисна модель, що пропонується, є створення іонізатора кисню повітря, який генерує переважно супероксид O2 з мінімальним вмістом побічних продуктів іонізації (озону та оксидів азоту) і нехтовно малим виходом у повітря вільних електронів. Технічним результатом є значне підвищення лікувально-профілактичної ефективності іонізатора і в той же час зменшення ризику пошкодження статичною електрикою сучасної електронної апаратури, що знаходиться біля нього. Поставлена задача і технічний результат досягаються пропонуємим генератором газофазного супероксиду, який містить два плоских електроди, з'єднаних з високовольтним джерелом напруги, який відрізняється тим, що з ціллю підвищення продуктивності газофазного супероксиду O2 та зменшення вмісту в продукті іонізації вільних електронів, площини електродів розташовані під прямим кутом один до одного, джерело електронів виконано у вигляді голчатого автоелектронного емітера, в проміжку між електродами створено магнітне поле, що перпендикулярно траєкторії руху електронів, а для живлення системи електродів використані три послідовно з'єднаних високовольтних джерела негативної напруги U1, U2, U3, приєднані відповідно до автоелектронного емітера, катодного електрода та анодного електрода. Загальними ознаками між прототипом і корисною моделлю, що пропонується, є використання двох плоских електродів, між якими створюється електричне поле необхідної напруженості, та джерела (емітера) вільних електронів, які вприскуються в простір між електродами. Суттєві відмінності від прототипу генератора газофазного супероксиду, який пропонується, полягають в тому, що конфігурація поля між плоскими, але не паралельними пластинами, дає можливість негативним іонам супероксиду покинути міжелектродний дрейфовий проміжок за рахунок бокової дифузії в область поля, де вектор напруженості спрямований в зовнішній простір. Застосування голчатого автоелектронного емітера, що має живлення від не дуже високої (менш ніж 4 кВ) негативної напруги, дає можливість звести до мінімуму генерацію побічних продуктів іонізації повітря - озону та оксидів азоту. Накладення на дрейфовий проміжок магнітного поля викривлює, а відповідно, подовжує траєкторії руху електронів, що підвищує коефіцієнт їх перетворення на супероксид. Живлення електродів та емітера від окремих високовольтних джерел дає можливість досягнути найбільш повного поглинання вільних 5 електронів при достатньому для практичних застосувань виході іонізованого кисню. Зазначені суттєві відмінності необхідні і достатні для здійснення винаходу і досягнення технічного результату. На Фіг.1 приведена структурна схема генератора газофазного супероксиду, що пояснює принцип його роботи. Голчатий автоелектронний емітер 1 через отвір в плоскому електроді 2 введений у дрейфовий проміжок, що створений цим електродом та додатковим електродом 3, площина якого складає прямий кут з площиною електрода 2. Емітер 1 з'єднаний з негативним полюсом високовольтного джерела U1. Позитивний полюс цього джерела з'єднаний із негативним полюсом другого високовольтного джерела U2 та електродом 2. Позитивний полюс джерела U2 приєднаний до негативного полюса високовольтного джерела U3 та електродом 3. Позитивний полюс джерела U3 заземлений. Працює пристрій наступним чином. Автоелектронний емітер 1 знаходиться під напругою трьох з'єднаних послідовно високовольтних джерел U1, U2 і U3. При достатній величині цієї напруги за рахунок ефекту автоелектронної емісії із загострення починають стікати в повітря вільні електрони 5. Потрапивши у проміжок між електродами 2 і 3, електрони починають рухатися в повітрі вздовж силових ліній електричного поля від електрода 2 до електрода 3, оскільки негативний потенціал електрода 1 вище, ніж електрода 2, а останнього вище, ніж електрода 3. Рухаючись в дрейфовому проміжку зі швидкістю Vдр електрони зіштовхуються з молекулами кисню. При цьому частка електронів захоплюється молекулами кисню з утворенням іона супероксиду 6, а частка проходить проміжок та поглинається електродом 3 із мінімальним негативним потенціалом. Оскільки електроди 1, 2 і 3 відносно зовнішніх заземлених предметів 4 (наприклад, стін, підлоги та стелі приміщення, в якому знаходиться генератор) мають негативний потенціал, то частка силових ліній електричного поля між електродами дрейфового проміжку з країв електродів відхиляється на заземлені предмети в приміщенні. Іони супероксиду, маса яких у тисячі разів більше маси електронів, в електричному полі між електродами 1 і 2 дрейфують зі швидкістю, яка в сотні разів менше швидкості їх теплового руху. Це дає їм можливість дифундувати в область поля спрямованого від генератора до стін, підлоги і стелі 4, і в подальшому рухатися по силовим лініям цього поля, і таким чином розсіюватися в приміщенні. Вільні електрони, як легкі елементарні частинки, в електричному полі між електродами рухаються вздовж силових ліній зі швидкостями, що у сотні разів перевищують швидкість теплового руху молекул повітря. Тому вони практично не дифундують в направленнях перпендикулярних вектору напруженості поля між електродами 2 та 3. Переважна більшість електронів, не захоплених молекулами кисню при русі від електрода 2, досягає електрода 3 і не виходить в навколишній простір. 56327 6 На Фіг.2 схематично зображена картина силових ліній електричного поля, що створюється електродами 3 генератора, і траєкторії руху вільних електронів 1 та іонів супероксиду 2. Траєкторія руху вільного електрона між електродами генератора являє собою плавну криву лінію, яку можна характеризувати її довжиною Sтp і усередненим радіусом Rтp. Припустимо у реальному приладі величина Sтp. = 10 см. Тоді при напрузі між електродами 2 і 3, що задана джерелом U2, величиною 4000 В, середня напруженість поля Е складе 0,4 кВ/см. Для такої напруженості поля при атмосферному тиску середня швидкість руху електронів дорівнює 3,2 107 см/с, швидкість дрейфу - 1,4 106 см/с, середня відстань вільного пробігу 0,05 см, а вірогідність захоплення електрону – біля 2,5 10-4. Тоді частота зіткнень електрона складає n = 3,2 107/0,05 = 6,4 108 с-1, а кількість зіткнень N на довжині пробігу 10 см із дрейфовою швидкістю Vдр.= 1,4 106 см/с складе N = 6,4 108 10/1,4 106 = 4600. З них чверть, тобто 1150 - це зіткнення з молекулами кисню. При вірогіднос-4 ті Р = 2,5 10 до захоплення призводить одно з 4000 зіткнень. Тобто у нашому випадку приблизно кожен третій електрон буде перетворений на іон супероксиду і коефіцієнт перетворення складе біля 30 %. Очевидно, що якщо довжину траєкторії руху електрону збільшити до 30-40 см, то коефіцієнт перетворення теоретично досягне 100%. Практично він завжди буде меншим, оскільки частка електронів буде захоплена молекулами водяної пари та частками пилу. Окрім того, час життя іонів супероксиду не дуже великий [Чижевский А.Л. Аэроионификация в народном хозяйстве. -М.: Стройиздат, 1989. - С 61.], тому значна їх частка загубить притягнутий електрон, ще не встигнувши віддалитися від електродів. Збільшення довжини дрейфового проміжку веде до збільшення габаритів приладу, що не завжди зручно на практиці. Подовжити шлях електрона можливо, наклавши на міжелектродний простір постійне магнітне поле, силові лінії якого не паралельні (в ідеальному випадку - перпендикулярні) траєкторії його руху. Відомо, що при русі зарядженої у випадку перпендикулярності магнітного поля траєкторії руху, радіус кривизни визначається формулою: Re = meVch/eB, де mе = 9,11 10-31 кг - маса електрона; e = 1,6 10-19 Кл - заряд електрона; Vch - середня швидкість його руху, В - індукція магнітного поля. В прикладі, що розглядався вище, при Vдр. = 3,2 107 см/с, у магнітному полі з індукцією В = 1 мТл радіус викривлення траєкторії руху електрона складе 0,2 см. Оскільки магнітне поле, що в точності перпендикулярне траєкторії дрейфу створити важко, то реально електрон буде рухатися за спіраллю, радіус якої визначається перпендикулярною полю складовою швидкості, а шаг спіралі - її паралельною складовою [В. Е. Кузьмичѐв. Законы и формулы физики. - Киев.: Наукова думка, 1989. С.337]. В нашому випадку це означає помітне збі 7 56327 льшення довжини траєкторії руху електрона у дрейфовому проміжку, а відповідно, і збільшення коефіцієнта перетворення в супероксид. Зазначимо, що величина індукції в 1 мТл легко досягається на практиці за допомогою невеликих постійних магнітів. Для порівняння, індукція геомагнітного поля біля поверхні Землі складає 0,25 мТл. Лабораторні зразки генератора газофазного супероксиду були виготовлені в Одеському Національному Університеті ім. І.І. Мечникова. Кількість супероксиду, що генерується визначалась хімічними методами - по втраті кольору підкисленого розчину хлорофілу в діметілсульфоксиді, а також методом перманганатометрії - по втраті кольору підкисленого розчину марганцевокислого калію продуктом дісмутації су пероксиду - Н2О2 у збагаченому протонами середовищі. Були здійснені також порівняльні випробування із деякими іоніза Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 8 торами повітря виробництва Росії (Гиппократ-М) та Німеччини (ZENET XJ-888), які показали більш ніж п'ятикратну перевагу пристрою, що заявляється, з продуктивності супероксиду при вкрай малому вмісті такого побічного продукту іонізації, як озон. Виготовлені Приватним виробничо-технічним підприємством «КАРЕ» опитні зразки іонізатора кисню повітря «ЕОЛ», збудовані за принципом пропонуємого газофазного генератора, витримали санітарно-гігієнічні іспити (сертифікат Санітарноепідеміологічної служби Міністерства охорони здоров'я України № 05.03.02-04/28047 від 13/05/2008 г.) та були випробувані на робочих місцях операторів ПК в якості приладів аероіоно профілактики за методом Чижевського. Було підтверджено збільшення працеспроможності, зниження втоми та кількості помилок в роботі операторів. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601