Конструкция и электрические параметры.

Для получения автоэмиссионного тока требуется создать напряженность поля 3-5*10⁷ В/см. При типичном значении работы выхода электрона из металла Ф = 4,5 эВ теоретически может быть достигнута плотность тока порядка 10¹⁰ А/см². Однако такие значительные поля невозможно создать из-за пробоя (даже в очень высоком вакууме), если область однородного поля будет превышать площадь, большую нескольких квадратных микрон. Именно поэтому автоэлектронная эмиссия реализуется только на катодах в форме острия или лезвия, где у поверхностей с большой кривизной (малым радиусом закругления) напряженность электрического поля возрастает в десятки тысяч раз.

Именно к такой конфигурации множества автокатодов в форме псевдо острий - гвоздей диаметром от 0,5 до 5 мм и пришел Чижевский. Опытным путем ученый определил, что применение тонких гвоздей-автокатодов значительно увеличивает эффективность автоэлектронной эмиссии. В основном в своих конструкциях Чижевский использовал гвозди 2х50 мм. Для люстры с такими остриями пороговым потенциалом, при котором начинала проявляться автоэмиссия, был потенциал 30 кВ. Отсюда распространенное заблуждение, кочующее по статьям о люстре Чижевского, что аэроионы образуются только при потенциалах на электродах более 30 кВ. Это не так (см. табл.1).

Экспериментальная установка Чижевского для изучения зависимости автоэлектронной эмиссии от диаметра автокатода представляла собой полый металлический шар диаметром 12 см на котором укреплялись различные одиночные острия - автокатоды. Под острием размещался приемный экран - анод, соединенный через гальванометр чувствительностью 3,6*10^-9А (3,6 нА) с положительным заземленным полюсом высоковольтного источника тока. На шар и соответственно на исследуемое острие от высоковольтного выпрямителя подавалось отрицательное напряжение 18 - 80 кВ. Отмечалось пороговое напряжение, при котором регистрировалось появление тока в цепи, рис.3.

Рис.3. Экспериментальная установка для исследования автоэмиссионных свойств металлических острий по Чижевскому.

Результаты, полученные Чижевским, приведены в табл.3.

Таблица 3. Зависимость начального тока, при котором появляются

аэроионы, от диаметра острия (по Чижевскому).

Диаметр острия [мм]	Начальное напряжение, при котором начинается автоэлектронная эмиссия, [кВ]
5,2	43
2,0	30
0,5	18

Длина острий составляла 4.5 – 5 см. С двух острий наблюдался ток в два раза больший, если они расположены не ближе 4 – 5 см друг от друга [3].

В лабораторных исследованиях, при постановке опытов в коровниках, свинарниках, теплицах и на птицефермах Чижевский использовал люстры разной конфигурации и размеров. Были многометровые плоские деревянные рамы с натянутой сеткой из медной или железной (Ст3) проволоки диаметром 1-2 мм с шагом 4-5 см. В перекрестия сетки впаивались железные гвозди диаметром 2-3 мм. Были люстры в форме шарового сегмента диаметром до 2.5 м и металлической сетки с впаянными остриями от тонких гвоздей до швейных булавок. Высоковольтное отрицательное напряжение, подаваемое на эти люстры варьировалось в разных опытах от 20 кВ до 120 кВ, рис.4.

В поликлиниках, больницах, профилакториях шахт Карагандинской области Чижевский использовал люстры относительно небольшого размера диаметром от 1 до 1.5м.

Классический вариант излучающего полотна электроэффлювиальной люстры Чижевского послевоенного периода представляет собой натянутую на металлическое кольцо диаметром 1м металлическую сетку в форме шарового сегмента с прогибом 0,1 м

Рис.4. Люстра Чижевского в сельском хозяйстве.

и с размером ячейки 45х45 мм. Выпуклость конструкции диктуется законами электростатики. В перекрестиях сетки впаяны металлические булавки-острия длиной 30 мм в количестве 372 шт. Материал кольца – латунь или сталь. Материал проволоки, из которой изготавливалась сетка – никель или нихром диаметром 0,25…0,3 мм. Вся конструкция подвешивалась к потолку на высоковольтном фарфоровом изоляторе и соединялась рентгеновским высоковольтным кабелем с отрицательным полюсом источника высоковольтного напряжения 40-60 кВ, второй полюс которого был заземлен на металлическую пластину под половым покрытием, рис.5.

Рис.5. Люстра Чижевского в медицине.

Электрическая схема.

Электрическая схема питания люстры Чижевского строилась на основе кенотронного вакуумного выпрямителя со сглаживающим конденсатором, высоковольтного трансформатора и системы защиты по выходному току в высоковольтной цепи, рис.6.

Рис.6. Принципиальная электрическая схема питания люстры Чижевского и схема защиты по току.

Позднее система автоматической защиты по выходному току была заменена на балластный резистор, включенный последовательно и ограничивающий ток короткого замыкания в высоковольтной цепи на уровне 25-30 мА (см. табл.4).

Таблица 4. Рассчитанное сопротивление балластного резистора из [1].

В период становления аэроионотерапии некоторые научные противники идей Чижевского высказывали опасения по поводу возможного негативного влияния высокого электрического поля на организм пациентов. И хотя в электроэффлювиальных установках градиент потенциала электрического поля составлял 8 – 15 кВ/м, что значительно ниже градиента потенциала электрических полей при, например, франклинизации (40 кВ\м), в 1931-1934 гг. в Центральной лаборатории ионификации под руководством Чижевского этот вопрос всесторонне изучался. После многочисленных исследований сравнительного характера не удалось обнаружить биологического и физиологического негативного влияния электрического поля люстр с высоким электрическим потенциалом. Ни один из опытов над ростом животных, реакциями нервной системы и картиной состава крови не показал сколько-нибудь заметных отрицательных результатов.

Результаты, полученные в процессе этих исследований, позволили также утверждать, что аэроионы обладают определенным физиологическим и биологическим действием, в то время как само по себе электрическое поле электроэффлювиальных установок (люстр Чижевского) такого рода свойствами совершенно не обладают. Эти работы позволили в дальнейшем рекомендовать к эксплуатации люстры открытой конструкции.

Следует отдельно отметить малоизвестные опыты К.Головинской (Биологическое отделение Центральной научно-исследовательской лаборатории ионификации при Президиуме ВАСХНИЛ, научный руководитель А.Чижевский). Исследовалось эмбриональное развитие яиц плодовой мушки дрозофилы. Объекты, отложенные на предметных стеклах, помещались в заземленных клетках Фарадея на расстоянии 1 м от электроэффлювиальной люстры. Длительность сеанса 60 мин, концентрация аэроионов 10⁷-10⁸ в см³. Результаты оказались неожиданными. Отрицательные аэроионы вызывали торможение в развитии эмбриональной ткани, а положительные аэроионы – стимулировали скорость развития эмбрионов. Было предположено, что причиной такого обратного эффекта служит ощелачивающее действие отрицательных аэроионов, проявляющееся на разных стадиях вылупливания мушек. Более подробно этот феномен не исследовался.

Рис.7. Распределение концентрации аэроионов с расстоянием от люстры. График построен автором по схеме эквипотенциальных изолиний по А.Чижевскому и Р.Брокшу для люстры диаметром 2м и рабочим напряжением 90 кВ, стр.154 [1].

В рамках этих исследований Чижевским также было изучено влияние экранирующих заземленных и незаземленных металлических сеток на пропускание аэроионов. Оказалось, что металлическая заземленная сетка с размером ячеек 2х2 см пропускает только 1-2% аэроионов. Незаземленная сетка, заряжаясь, пропускает только 2-3% аэроионов.

Также изучался вопрос о пространственном распределении концентрации аэроионов по мере удаления от люстры. Результаты экспериментов показали не совсем однозначные результаты. В среднем уменьшение концентрации аэроионов с расстоянием следует закону показательной функции и на это распределение очень сильно влияет наличие мебели, металлических конструкций, количество людей в помещении, поступление свежего воздуха.

Для люстры Чижевского диаметром 2 м и подведенным напряжением 90 кВ подвешенной в пустом спортивном зале (15х25 м и высотой потолка 6,5 м) на высоте 4,5 м распределение концентрации отрицательных аэроионов показано на рис.7.