imp_1_20120907

5 кВ и ГНИ с амплитудой 6 кВ. Для облучения больших масс расплавов ис-

пользовался ФИД-генератор с параметрами импульсов: амплитуда 10 кв, дли-

тельность 1 нс, передний фронт 0,1 нс, частота повторения 1 кГц. Отличитель-

ной особенностью используемых генераторов является малая потребляемая мощность 50…100 Вт.

Таблица 3.1

3.2 Излучатели

Конструкции и характеристики большого количества излучателей наносекундных импульсов приведены в работе [37]. При проведении исследо-

ваний по воздействию наносекундных импульсов на химические свойства ве-

щества, условия работы излучателей принципиально отличаются от их тради-

ционного использования. Первое условие – это возможность работы излуча-

теля в жидкой среде водном растворе или в расплаве металлов. Второе – малые габариты излучателя, третье условие – обеспечение безопасности обслужива-

ющего персонала.

Экспериментальные исследования характеристик излучателей погружен-

ных в водные растворы с малой проводимостью показали, что они мало отли-

чаются от соответствующих характеристик в воздухе. Уменьшение габаритов излучателя приводит к двум противоположным эффектам. С одной стороны при уменьшении расстояния между активными элементами излучателя возрас-

тает напряженность поля между ними. С другой стороны происходит умень-

31

шение поверхности излучения, что приводит к снижению КПД излучателя.

Требование обеспечения безопасности обслуживающего персонала очень про-

сто выполнить путем помещения всего экспериментального комплекса в за-

мкнутый металлический экран.

Для экспериментальных исследований жидкостей применялись следую-

щие типы излучателей.

Излучатель 1 представляет собой рупор с раскрывом 60х60 мм длиной

90 мм. Рупор изготовлен из треугольных пластин фольгированного стеклотек-

столита, которые покрыты изолирующим лаком. Питание рупора несиммет-

ричное непосредственно от кабеля. Для проведения облучения жидкости рупор погружается в неё. Это излучатель поверхностного типа.

Излучатель 2 представляет собой рупор с раскрывом 90х120 мм дли-

ной 240 мм. Рупор изготовлен из пластин фольгированного стеклотекстолита.

Питание рупора несимметричное непосредственно от кабеля.

Облучаемые растворы в стеклянных емкостях помещаются внутрь излу-

чателя между его обкладками. Это излучатель поверхностного типа.

Излучатель 3 («стержень в стакане») содержит круглый стержень из меди или стержень с серебряным покрытием. Этот стержень погружается в стакан с жидкостью непосредственно или в изолирующей пробирке. Со стерж-

нем соединяется вывод центральной жилы кабеля. Вывод оплетки кабеля со-

единяется со стаканом, если он изготовлен из металла. Если стакан из стекла,

то он помещается в экран из медной фольги или сетки. С этим экраном соеди-

няется вывод от оплетки кабеля. Для более эффективной работы диаметры стержня и стакана должны находиться в определенной пропорции, которая за-

висит от свойств облучаемой жидкости. Этот излучатель подобен коаксиальной линии.

32

Для больших количеств облучаемой жидкости используется установка проточного типа рис.3.1. Установка работает следующим образом. Перед

Рис.3.1 Схема установки: 1- генератор НЭМИ, 2-излучатель, 3-корпус ре-

актора, 4-блок форсунок, 5- емкость с обрабатываемой жидкостью, 6-манометр,

8, 9, 10, 11 -вентили.

облучением при открытом вентиле 8, через вентиль 9 в емкость 5 заправляется обрабатываемая жидкость. После чего вентили 8 и 9 закрываются. Включается генератор НЭМИ. Сжатый воздух, под давлением 4 атмосферы, через вентиль

11 подается на наддув емкости с обрабатываемой жидкостью 5. Постоянство рабочего давления контролируется манометром 6. Под действием давления,

жидкость через вентиль 7 поступает в блок форсунок 4, и далее распыляется во внутренней полости реактора. При работе генератора, в рабочей зоне реактора возникает импульсное электромагнитное поле, которое воздействует на обра-

батываемое вещество. Облученная жидкость скапливается в нижней части кор-

пуса реактора и через вентиль 10 сливается в свободный резервуар. После за-

вершения цикла прогонки, закрываются вентили 7 и 11. Затем открывается вентиль 8, через который осуществляется стравливание избыточного давления

33

из емкости 5. Отключается генератор НЭМИ и закрывается вентиль 10. В

опытном макете установки скорость обработки жидкостей составила 4 л/мин.

Использование воздушного наддува позволяет избежать контакта обрабатыва-

емой жидкости с деталями насоса.

Для облучения расплавов металлов использовалась установка показан-

ная на рис.3.2. В данной установке тигель должен быть из проводящего мате-

риала - металла или графита. Защитная кварцевая или алундовая трубка пред-

назначена для изоляции излучателя от расплава.

Рис. 3.2 Схема установки: 1 – печь сопротивления; 2 – токопроводящий ти-

гель с расплавом; 3 – защитная трубка; 4 – излучатель; 5 – асбестовая крышка;

6 – подводящий кабель; 7– генератор импульсов.

Излучатель лучше в виде медного стержня. При высоких температурах распла-

ва – из более тугоплавкого металла. Излучатель и защитная трубка вставляются в тигель после расплавления металла.

34

РАЗДЕЛ 4

ОБЛУЧЕНИЕ ВОДЫ И ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

4.1. Облучение дистиллированной воды

При проведении исследований по воздействию наносекундных импульсов на свойства воды в качестве измеряемых параметров были взяты водородный показатель рН и электрические характеристики воды диэлектрическая прони-

цаемость ε и удельное сопротивление ρ. Для измерения рН использовался при-

бор рН–673М, его ошибка измерения 0,02% от измеряемой величины рН.

Измерения электрических параметров воды проводились в электрохими-

ческой ячейке – колбе емкостью 50 мл, которая изготовлена из химически стойкого стекла. Внутрь колбы впаяны два платиновых электрода размером

20х20 мм, которые расположены параллельно на расстоянии l = 2,5 мм. Внутрь колбы заливалась исследуемая вода.

Электрические параметры Rс – сопротивление емкостное, τ – постоянная времени, RL – сопротивление активное и С – емкость измерялись мостом пере-

менного тока Р–5010, погрешность измерений 0,5% от измеряемой величины.

По измеренным значениям Rс и τ вычислялась емкость плоского конденса-

тора С, который образован платиновыми электродами С = τ/ Rс, эквивалентная схема - параллельное соединение R и С). Известно, что емкость плоского кон-

денсатора с диэлектриком С в ε раз больше, чем воздушного. Измеренное зна-

чение емкости при пустой ячейке составило С0 = 3,59 пф. Зная С и С0, можно определить ε раствора, который залит в измерительную ячейку.

Облучение дистиллированной воды двойной перегонки (БД – бидистил-

лят) проводилось в стеклянной колбе Ø80 высота 170 мм. Объём воды 700 мл.

Использовался генератор типа GNP с излучателем 1. Время облучения изменя-

лось.

35

Результаты измерений рН и ε двух серий опытов представлены в таблице

4.1.

Таблица 4.1

Влияние облучения НЭМИ на характеристики воды

Небольшие изменения рН воды (на 0,1…0,15 ед.) происходят при обработ-

ке ее в течение 20 мин, при этом наблюдается увеличение диэлектрической проницаемости ε. Она увеличивается в среднем на 7,8…8,1% после 20 мин об-

работки. Дальнейшее увеличение времени не приводит к значительным изме-

нениям ε,

В табл.4.2 представлены экспериментальные данные измерения удельного электрического сопротивления ρ дистиллированной воды двойной перегонки.

Удельное сопротивление раствора ρ, который залит в измерительную ячейку вычислялось по формуле:

,

где - измеренное значение сопротивления ячейки, S – площадь платиновых пластин.

При времени обработки НЭМИ дистиллированной воды 20 мин ее ρ сни-

жается в среднем на 20…22%. Это уменьшение ρ сохраняется на свету в тече-

нии 24 часов.

Определенный интерес представляют данные о характеристиках воды по-

сле облучения и последующего ее хранения в темноте.

36

Таблица 4.2

Влияние облучения НЭМИ на характеристики воды

Удельное электрическое сопротивление ρ воды (табл.4.2) после обработки НЭМИ и нахождения ее в темноте в течение 96 часов, снижается по сравнению с обработанной водой, но хранящейся на свету за это же время (96 час) на

64,7%. Однако, последующее нахождение воды на свету в течение 24 часов приводит к росту ρ, но эта величина не достигает первоначального значения.

Это свидетельствует о том, что в структуре обработанной НЭМИ воды образо-

вались также ассоциации молекул воды и радикалов, которые значительно снижают ее удельное сопротивление.

Из литературы известно, что воздействие постоянного тока на воду – элек-

тролиз также изменяет свойства воды. В табл.4.3 приведены результаты изме-

рения удельного сопротивления ρ, диэлектрической проницаемости ε и рН ди-

стиллированной воды до и после облучения. Там же для сравнения даны значе-

ния этих параметров при электролизе воды под напряжением 1,2 В. Для облу-

чения и электролиза использовался излучатель третьего типа, изготовленный из графита. Он состоит из графитового сосуда 44 мм, высота 110 мм, объем

140 мл. По центру сосуда расположен графитовый электрод 8 мм и длиной 90

мм. В данной установке полностью исключено влияние материала электродов на характеристики раствора, т.к. углерод не подвергается электролизу. Для об-

лучения использовался генератор GNP. Время облучения и электролиза 30 мин.

Таблица 4.3

37

Свойства воды

Из таблицы видно, что после облучения происходит увеличение рН, уве-

личение ε и значительное уменьшение сопротивления. Результаты воздействия электролиза значительно меньше.

4.2 Облучение водных растворов

Далее под понятием водный раствор будем понимать любой водный рас-

твор, который содержит соли различных металлов и другие химические соеди-

нения. Целесообразно провести деление по количеству содержащихся веществ.

При малой концентрации веществ будем использовать понятие природная (пи-

тьевая) вода, при большой – модельный раствор или сточная вода.

4.2.1. ОБЛУЧЕНИЕ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ

Облучение родниковой воды производилось в пластмассовой ванночке размером 250х140х120 мм, объём воды 3 л. Излучатель выполнен из двух гра-

фитовых электродов 120х100х20 мм, расстояние между электродами 190 мм.

Генератор типа GNP, время облучения 30 мин. В процессе облучения вода пе-

ремешивалась магнитной мешалкой. Содержание некоторых элементов приве-

дено в табл.4.4.

Таблица 4.4

38

Содержание примесей, мг/л

Из таблицы видно, что произошло незначительное снижение содержания кальция и магния, значительно уменьшилось содержание железа.

Облучение воды из артезианской скважины проводилось в стеклянной колбе Ø80 высота 170 мм. Объём воды 700 мл. Использовался генератор типа

GNP с излучателем 1. Время облучения 20 мин. Свойства этой воды представ-

лены в табл.4.5 и 4.6.

Таблица 4.5

Химические свойства воды

Таблица 4.6

Содержание ионов металлов в воде, мг/л

Mg, Na, K. Значительные изменения наблюдаются в содержании нитратов,

ионов металлов Fe, Zn, Ni, Co.

Обработка воды взятой из колодца проводилась на установке проточного типа. Общий объем воды 30 л. Скорость пропускания воды 4 л/мин. Использо-

вался генератор типа ГНИ. Результаты анализа химических свойств воды пред-

ставлены в табл.4.7, 4.8. Проба «Облученная 1» взята после однократного про-

пускания через установку, проба «Облученная 3» после трехкратного пропус-

кания раствора. Отбор проб проводился в средине цикла пропускания.

39