Ионизация воздуха

Сущность этого способа заключается в нейтрализации или компенсации поверхностных электрических зарядов ионами разного знака, которые создают специальные приборы, называемые нейтрализаторами. Ионизация воздуха осуществляется двумя способами: электрическим полем с высокой напряженностью Е и радиоактивным излучением.

Принцип работы нейтрализаторов состоит в том, что они создают вблизи наэлектризованного диэлектрика положительные и отрицательные ионы. Ионы, имеющие полярность, противоположную полярности зарядов наэлектризованного материала, под действием электрического поля оседают на поверхности диэлектрика, нейтрализуя его.

Ионизация воздуха электрическим полем с высокой напряженностью получается от нейтрализаторов двух типов: индукционных и высоковольтных.

Индукционные нейтрализаторы очень просты и давно применяются. Существуют индукционные нейтрализаторы с остриями и проволочные. В нейтрализаторе с остриями (рис. 9.4, а) в деревянном или металлическом стержне укреплены заземленные острия, тонкие проволочки или фольга. У проволочного нейтрализатора (рис. 9.4, б) вместо острия применена тонкая стальная проволочка, натянутая поперек движущегося заряженного материала.

Действие индукционных нейтрализаторов основано на использовании электрического поля наэлектризованного тела, и постороннего источника напряжения для них не требуется. Под действием сильного электрического поля вблизи разрядного электрода происходит ударная ионизация, в результате которой образуются ионы обоих знаков (рис. 9.5). Для увеличения эффективности действия нейтрализаторов следует стремиться к сокращению расстояния между кончиками игл и нейтрализуемой поверхностью до 5-20 мм. Нейтрализаторы монтируются непосредственно перед местом, где заряды создают технологические помехи, или вблизи от места генерации зарядов. Они обладают высокой ионизационной способностью, особенно при высоких потенциалах заряженного тела. Проволочные нейтрализаторы менее эффективны. Основным их недостатком является то, что они действуют, если потенциал наэлектризованного тела достигает нескольких киловольт. Основные преимущества индукционных нейтрализаторов заключаются в простоте конструкции, низкой стоимости, минимальных эксплуатационных затратах и отсутствии источников питания.

Высоковольтные нейтрализаторы работают на переменном, постоянном и токе высокой частоты. Они состоят из трансформатора с высоким выходным напряжением и игольчатого разрядника (рис.9.6). В нейтрализатор на постоянном токе входит и высоковольтный выпрямитель. Принцип действия всех трех типов нейтрализаторов, основанный на ионизации воздуха высоким напряжением, одинаков, но эффективность различна. Максимальное расстояние между разрядным электродом и нейтрализуемым материалом, при котором нейтрализатор еще эффективен, может достигать 600 мм. Обычно рабочее расстояние принимается равным 200-300 мм. Достоинство всех трех типов нейтрализаторов – достаточное ионизирующее действие и при низком потенциале тела. Особенно полезны нейтрализаторы там, где не соблюдаются температурно-влажностные условия и относительная влажность воздуха может быть ниже 50 %. Недостатком высоковольтных нейтрализаторов является большая энергия возникающих искр, способных воспламенять любые взрывоопасные смеси. Поэтому нейтрализаторы для взрывоопасных зон должны иметь только взрывозащищенное исполнение.

Рис. 9.6. Высоковольтный нейтрализатор переменного тока:

1 – трансформатор; 2 – защитное сопротивление; 3 – проходной изолятор;
4 – игольчатый разрядник

При использовании высоковольтных нейтрализаторов должна быть предусмотрена надежная защита обслуживающего персонала от высокого напряжения. В этих целях в высоковольтную цепь нейтрализатора включаются защитные сопротивления (см. рис. 9.6), которые ограничивают ток до величины в 50-100 раз меньше тока, опасного для жизни.

Радиоизотопные нейтрализаторы очень просты по устройству, не требуют источника питания, достаточно эффективны и безопасны при использовании в пожаровзрывоопасных средах. Они широко применяются в химической, резинотехнической, текстильной, бумажной, полиграфической и других отраслях промышленности. При использовании радиоизотопных нейтрализаторов необходимо предусматривать надежную защиту людей, оборудования и выпускаемой продукции от вредного воздействия радиоактивного излучения.

Радиоизотопные нейтрализаторы чаще всего имеют вид длинных плоских пластинок (рис. 9.7) или маленьких дисков. Одна сторона их содержит радиоактивное вещество, создающее радиоактивное излучение, ионизирующее воздух. Чтобы не загрязнять воздух, продукцию и оборудование, радиоактивное вещество покрывают тонким защитным слоем из специальной эмали или фольги. Для защиты от механических повреждений ионизатор помещают в металлический кожух, который создает нужное направление ионизированного воздуха.

Рис. 9.7. Радиоизотопный нейтрализатор в виде полосы:

1 – основание; 2 – радиоизотопная фольга; 3 - защитная алюминиевая фольга;
4 – пластина, удерживающая фольгу

Радиоактивные вещества выбираются с учетом типа энергии, частиц излучения, длины их пробега, действия излучения на людей и т.д. В табл. 9.4 приведены данные о проникающей способности всех трех видов излучений.

Таблица 9.4

Излучение	Число пар ионов, создаваемых в 1 мм3 воздуха	Проникающая способность частиц в воздухе, м
a-частицы или ядра гелия (радий-226, полоний-208, плутоний-238, 239 и 240)		0,1
b-частицы или электроны (гелий-204, стронций-90, криптон-85 и др.)
g-лучи	0,1

Наиболее эффективны и безопасны радиоактивные вещества с
a-частицами. Проникающая способность a-частиц в воздухе составляет до 10 см. В более плотных средах проникающая способность a-частиц еще меньше. Лист обычной писчей бумаги полностью ее поглощает.

Нейтрализаторы с таким излучением пригодны для локальной ионизации воздуха и нейтрализации зарядов в месте их образования. Там, где необходимо нейтрализовать электрические заряды в аппарате с большим объемом, лучше использовать b-излучатели. Среди b-излучателей широко распространены тритиевые источники. Подножки у них изготовляют из молибдена, нержавеющей стали или меди; на подножки наносят слой титана, насыщаемый тритием. Как видно из табл. 9.4, ионизирующая способность b-частиц в 100 раз меньше, чем у a-частиц. Однако они обладают большой проникающей способностью. Длина пробега b-частиц в воздухе исчисляется метрами, но в более плотных средах она поглощается сравнительно легко. Свинцовые защитные экраны толщиной 1,5 мм, стальные толщиной 3 мм или деревянные толщиной 20 мм полностью поглощают
b-лучи. Радиоактивные вещества с g-излучением из-за высокой проникающей способности и опасности для людей при нейтрализации электрических зарядов не применяются. Сравнительные характеристики различных типов нейтрализаторов, выпуск которых налажен в нашей стране, приведены в табл. 9.5.

Таблица 9.5

Нейтрализатор	Принцип действия	Длина рабочей части, мм	Максимальный ионный ток, А, на 1см длины при Е = 200 кВ/м
НР-1	a-излучение, плутоний 239		1,2×10-7
НРИ-1	Радиоактивно-индукционный		5…10-5
НР-3	a-излучение, плутоний 239		1,2×10-7
НРИ-3	Радиоактивно-индукционный		5×10-5
НР-5	a-излучение, плутоний 239		1,2×10-7
НРИ-5	Радиоактивно-индукционный		5×10-5
НР-7	a-излучение, плутоний 239		(0,6-0,9) ×10-7
НР-8 до НР-14	То же		(0,3-0,6) ×10-7 (0,6-1,2) ×10-7
НСЭ-350АТ-1	«		0,6×10-7
НСЭ-200А	«		0,5×10-7
НСЭ-140АТ-1	«		0,6×10-7
НСЭ-1000Б	a-излучение, прометий-147		(0,2-0,4) ×10-7
Тритиевые	b-излучение, тритий	-	(0,5-1,2) ×10-7

Основным недостатком радиоизотопных нейтрализаторов является малый ионизационный ток по сравнению с другими типами нейтрализаторов.

Для нейтрализации электрических зарядов могут использоваться комбинированные нейтрализаторы, например, сочетание высоковольтного и радиоизотопного, и индукционного. Подобные комбинации из двух типов нейтрализаторов позволяют улучшить их рабочие характеристики и увеличить эффективность. Подобные нейтрализаторы (например, типа НРИ) также выпускаются промышленностью (см. табл. 9.5).

Эффективность различных типов нейтрализаторов сравнивают по рабочим характеристикам (рис. 9.8). Рабочие характеристики выражают зависимость разряжающего ионизационного тока от величины потенциала заряженного тела.

Рис. 9.8. Рабочие характеристики
нейтрализаторов различных типов:

1 – высоковольтный; 2 – индукционный;
3 - радиоизотопный