Возможные пути и способы улучшения качества воздушной среды гермообъектов.

Оглавление

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ............................................................................................................................... 1

1.1. Введение...................................................................................................................................... 4

1.2. Аэроионы..................................................................................................................................... 6

1.2.1. История открытия аэроионов................................................................................................... 6

1.2.2. Ионизация............................................................................................................................ 11

1.2.3. Способы искусственной ионизации воздуха............................................................................. 15

1.2.4. Изменение газового состава помещений под действием ионизации............................................. 18

1.2.5. Возможные пути и способы улучшения качества воздушной среды гермообъектов...................... 20

1.2.5.1. Качество воздушной среды пилотируемого космического объекта....................................... 20

1.2.5.2. Основы формирования качественной окружающей среды.................................................... 22

1.2.5.3. Анализ и характеристика биопозитивных природных мест.................................................. 23

1.2.6. Ионизация воздуха обитаемых кабин пилотируемых космических кораблей............ 26

1.2.7. Нормирование ионизованного воздуха......................................................................... 27

1.3. Фотокатализ............................................................................................................................... 29

1.3.1. Принцип действия TiO2 как фотокатализатора......................................................................... 30

1.4. Вентилятор очиститель воздуха «Ветерок».................................................................................... 34

1.4.1 Очиститель воздуха "Tree"...................................................................................................... 34

1.5. Международная космическая станция........................................................................................... 38

1.5.1. Основные характеристики МКС.............................................................................................. 39

1.6. Оборудование для непрерывного контроля качества воздушной среды МКС..................................... 39

1.6.1. Средства мониторинга (табл. 1.6.1 и 1.6.2) и анализа содержания токсичных веществ.................. 39

АНАЛИЗАТОР.................................................................................................................................. 40

АНАЛИЗАТОР.................................................................................................................................. 41

1.6.2. Оборудование для отбора проб воздуха МКС.......................................................................... 42

1.7. Источники загрязнения атмосферы кабин микропримесями и их токсилогическая оценка.................... 44

1.7.1. Продукты метаболизма человека............................................................................................ 44

1.7.2. Газовыделение неметаллических материалов.......................................................................... 47

1.8. Ионы в медицине......................................................................................................................... 49

1.8.1. Влияние ионизированного воздуха на организм....................................................................... 49

1.8.2. Результаты биологических экспериментов............................................................................... 53

1.9. Оксидантная безопасность воздушной среды в термокамере объёмом 50 м3 при работе фотокаталитических систем......................................................................................................................................................... 59

1.10. Аэроионная обстановка в термокамере объемом 50 м3 до и вовремя работы фотокаталитических систем.   61

Список используемой литературы:..................................................................................................... 63

 

Введение.

 

Исследование является первым этапом работ по изучению экологической роли комплекса «аэроионы - оксиданты» (КАО/САО) как постоянного экологического фактора приземного слоя атмосферы и воздушной среды космических кораблей.

Для проблемы в целом - проверка гипотезы о роли окислов азота (в основном, оксида азота - nitric oxide) как биологически активных факторов, в микроконцентрациях оказывающих стимулирующее действие на организм человека и животных и являющихся компонентами «оптимизирующего фактора» воздушной среды.

В атмосфере Земли постоянно содержатся оксиданты: окислы азота, озон и другие оксиданты. Биоэффекты ионизированного воздуха в земных условиях всегда являются следствием сочетанного действия результатом действия комплекса «аэроионы - оксиданты».

По литературным данным, озон в микроконцентрациях - на порядок ниже токсичной концентрации, является фактором, необходимым для оптимального существования человека в помещениях, вентилируемых кондиционированным - фильтрованным воздухом (Ю.Д. Губернский, М.Т. Дмитриев, 1975-1986).

Биоэффекты озона в микроконцентрациях и ионизированного воздуха по ряду показателей сходны. Эти факторы, возможно, являются необходимыми для создания оптимальной воздушной среды (факторы свежести воздуха). Подобное действие в области микроконцентраций (намного ниже уровня токсичного действия) могут оказывать и окислы азота.

В воздушной среде орбитальных станций условия образования оксидантов и аэроионов отличаются от земных. На орбитальных станциях концентрация лёгких аэроионов в 30- 100 раз больше чем в приземном слое атмосферы из-за космического излучения (около 17 тыс. пар ионов/см³ на орбитах ниже радиационных поясов Земли, 55 - 65 тыс. пар ионов/см³ на орбитах выше радиационных поясов - за пределами магнитосферы Земли), а содержание оксидантов в 10 меньше. Таким образом, только в космическом полёте могут существовать условия, когда на организм человека (космонавтов) и всей биоты (в биологических системах жизнеобеспечения) действует ионизированный воздух "сам по себе", т.е. почти без оксидантов. До настоящего времени в лабораторных условиях такие условия не имитировались.

Почти все экспериментальные данные по биоэффектам, возникающим при воздействии на растения ионизированного воздуха (аэроионов) получены при пользовании униполярно отрицательно ионизированного воздуха (т.е. содержащего практически только отрицательно заряженные малые - газовые ионы).

Количественные зависимости биоэффектов от дозы аэроионов (концентрации и времени действия) остаются, в основном, неизученными. Ионизированный воздух, как и все, по-видимому, микрофакторы являются по своей природе эвентуальным, т.е. фактором, действие которого зависит от многих других микро- и макрофакторов, включая функциональное состояние организма. Не исследовано сочетанное действие аэроионизации и микрофакторов, вызывающих биоэффекты, сходные с действием аэроионизации. К таким факторам в относительно чистой атмосфере относятся озон и моноокись азота (nitric oxide) и, быть может, другие оксиданты. В приземном слое воздуха на организмы всегда действует комплекс микрофакторов: оксиданты и аэроионы. Состав комплекса "оксиданты - аэроионы" существенно различается в открытой приземной атмосфере, "земных" помещениях, снабжаемых кондиционированным воздухом, и в кабинах орбитальных станций.

Несмотря на распространённое убеждение в высокой полезности озонирования (в микроконцентрациях) и ионизации воздуха в помещениях, экспериментальные данные по этой проблеме крайне скудны, а результаты плохо воспроизводимы и часто противоречивы. Причина этого заключается, в частности, в том, что не учитывалось сочетанное действие аэроионов и оксидантов (в микроконцентрациях) и таких обстоятельств как возраст и функциональное состояние объектов воздействия (человека, животных, растений, микроорганизмов).

Для объяснения количественных закономерностей действия КАО будут использованы современные результаты исследований явления гормезиса.

Исходя из существующих представлений о зависимости биоэффектов от концентрации в области сверхмалых доз, можно ожидать, что озон и, возможно другие оксиданты, будут оказывать на организм человека и животных стимулирующий благоприятный эффект в определённой области микроконцентраций (закон Арндта -Шульце, или принцип гормезиса). Действие микрофакторов характеризуется сложной зависимостью от величины фактора и времени воздействия. Для микрофакторов (сверхмалых доз) характерна фазность действия (изменение направленности изменений) при изменении концентрации. Поэтому на основании известных фактов в настоящий момент нельзя установить границы благоприятных - стимулирующих концентраций для аэроионов и оксидантов. Возможно, что ионизированный воздух не является ведущим фактором в сочетанном действии комплекса этих микрофакторов.

Аэроионы.

 

1.2.1. История открытия аэроионов.

 

Неблагоприятное действие так называемого "спертого" воздуха при скоплении людей в помещении, вероятно, относится к наиболее древним из человеческих наблюдений. Такие наблюдения возникли вскоре после того, как люди стали строить себе жилье, лишив себя возможности дышать внешним воздухом. [2]

Еще в античной Греции Гиппократ (460-370 г. г. до н.э.) установил, что горный и морской воздух действуют на человека благотворно, исцеляя от многих болезней. Он же первым предложил создавать аэрарии - площадки для прогулок в горах или около моря. Так было положено начало аэротерапии - древнейшему способу врачевания человеческих недугов. В своем труде "О воздухе, воде и местности". Гиппократ писал: "Воздух -пастбище жизни и величайший властитель всего и во всём".

Попытки сказать целебное действие воздуха с его электрическими свойствами относятся к началу 18-ого века. Именно тогда были изобретены первые приборы для получения статического электричества, которое начали использовать для лечения разных болезней.

По имени американского ученого, занимавшегося этим вопросом, Б. Франклина данный способ воздействия на организм был назван франклинизацией. В середине 18-го века влияние атмосферного электричества на человека исследовал М. В. Ломоносов. Он предположил, что все болезни связаны с повреждением в теле нашем, с нарушением их способности воспринимать атмосферное электричество, а выздоровление наступает лишь после восстановления этой связи.

Одним из активных исследователей биологической роли электричества во второй половине 18-ого века был французский медик и физик П. Бертолон (1780). Он первым использовал статическое и атмосферное электричество в лечебных целях. В своей книге «Об электричестве здорового и больного человеческого тела» он утверждал, что воздействие на человека электролизованного воздуха может быть очень эффективным. Он полагал, что человек впитывает из воздуха электрическую субстанцию всеми порами кожи. Однако главным путем поступления атмосферного электричества в организм, по его мнению, служат легкие: "Воздух беспрерывно через легкие подводит к внутренним органам все новые и новые порции электричества. С кровью оно циркулирует по всем частям тела. Через легкие при выдохе воздух уносит из организма избыток его положительного электричества". П. Бертолон использовал электростатические приборы для лечения разных болезней и получил обнадеживающие результаты. В 19-м веке бурное развитие знаний об электричестве стало поводом для многочисленных исследований его влияния на организм. [3]

И. Эльстер и Г. Гейтель (1898) вскрыли природу атмосферного электриества, установив, что его носителями являются ионы газов воздуха. Ионизация воздуха происходит под влиянием радиоактивного излучения почвы и воды, ультрафиолетового излучения Солнца, космических лучей, электрических разрядов в атмосфере (молний). Заряженные частицы воздуха могут иметь отрицательный либо положительный заряд.

Однако разные авторы получали при этом противоположные результаты. А. Л. Чижевский полагает, что основной ошибкой этих исследователей было пренебрежение полярностью электричества. [4]

А. Л. Чижевский (1918) году обнаружил благотворное действие на организм лёгких отрицательно заряженных частиц кислорода воздуха. Эти частицы были названы Чижевским аэроионы (АИ). По его выражению, воздух, лишённый этих ионов, подобен пище без витаминов или воде без минеральных солей. Он же создал, впервые, электроэффлювиальный ионизатор (люстра Чижевского). [5]

В экспериментах на крысах А.Л. Чижевский установил, что воздействие отрицательных АИ увеличивали двигательную и сексуальную активность крыс, их аппетит, улучшали качество шерсти, повышали сопротивляемость к инфекциям и продляли жизнь на 42%. Всё это позволило называть отрицательные АИ оздоровителями или врачевателями. Воздействие положительных АИ в течение месяца приводили к гибели 60% подопытных животных. Уже в первые дни эксперимента у крыс уменьшался аппетит, понижалась двигательная активность, возникали поносы. За такое действие положиелные АИ названы ионами – киллерами (убийцами). Ещё пагубнее влиял наживотных воздух, лишённый всех АИ (и отрицательных и положительных). Воздействиедеионизированных АИ на герметизированную клетку сопровождалось развитием у животных вялости, малоподвижности, безразличию к пище и воде на 6-8 день, погибли на 14-18 день. На вскрытии павших животных во всех внутренних органах обнаружены резкие дистрофические и деструктивные нарушения, характерные для гипоксии.

Эти эксперименты неоспоримо доказывают разрушающее действие профильтрованного воздуха. Данное заключение А. Л. Чижевский проверил еще в одной серии опытов, где животные тоже дышали профильтрованным «мёртвым» воздухом, но в клетки вводилась аппаратура, насыщавшая воздух АИ кислорода. При такой постановке опыта у животных не возникало никаких нарушений, они росли быстрее контрольных и увеличивали свою массу. Необходимо было только несколько раз в сутки включать аэроионизатор. Опыты с оживлением «мертвого» воздуха убедительно подтверждают, что для нормальной жизни необходимы отрицательные АИ кислорода.

А. Л. Чижевский также установил, что АИ увеличивают отрицательный заряд форменных элементов крови и стенок сосудов, что усиливает электрораспор между ними, предупреждая или уменьшая образование тромбов. А. Л. Чижевский предположил, что любая болезнь начинается с уменьшения электрического заряда клеток заболевшего органа. [6]

В 1926 году А. Л. Чижевский предложил методы аэроионотерапии и аэро-ионопрофилактики, которые К. Э. Циолковский - его друг и единомышленник - назвал методами "электронной медицины". Тогда же А. Л. Чижевский выдвинул проблему аэроионификации - проблему искусственного создания в обитаемых помещениях воздуха с оптимальным содержанием АИ кислорода. [5]

В 30-х годах А. Л. Чижевский широко апробировал аэроионизацию в птицеводстве и животноводстве. Аэроионизация птицеферм увеличивала массу цыплят на 30%, уменьшала их падеж в 2,5 раза, снижала потребление кормов на 25% вследствие улучшения их усвоения. [6]

В 20-60 годы А. Л. Чижевский апробировал аэроионотерапию для лечения бронхиальной астмы, хронического бронхита, стенокардии, гипертонической болезни, неврастении, мигрени, бессонницы, ожогов. Положительные результаты получены в 95 % случаев. [5]

Большой интерес представляет влияние аэроионов на нервную систему, вообще, и на психические процессы, в частности. В.М.Файбушевич обнаружил в клинике седативное и снотворное действие при ингаляции гидроаэроионов. [7] О.П. Штамберг уточнил в эксперименте на мышах, что эффект зависит от концентрации гидроаэроионов: при концентрации 10-30 тыс. отрицательных ионов в 1 куб.см воздуха и 2-6 тыс. положительных мыши засыпали, при концентрации 60-70 тыс. отрицательных и 12-14 тыс. положительных ионов - испытывали беспокойство. Считается, что ткань мозга вообще обладает наибольшей чувствительностью к действию аэроионов, при этом отрицательные аэроионы проявляют тенденцию к стимулированию, а положительные - к замедлению психических процессов. Существует мнение, что с помощью аэроионов можно повысить способность к обучению. Форноф и Гильберт отметили, что поведенческие реакции и характеристики познавательной деятельности детей зависели от уровня аэроионов в окружающей их воздушной среде, при том неодинаково у детей разного нервного статуса. [8] Бахман, МакДональд и Лоренц обнаружили выраженное действие относительно низкой концентрации ионов разной полярности (4*104 - 8*104 ионов/смЗ) на моторную активность и другие поведенческие реакции крыс. [9] По данным И.Н.Малышевой аэроионы оказывают благоприятное влияние на выработку силовых качеств и выносливости, активизируют процессы адаптации к холоду, снижают температурную чувствительность кожи. Во всем этом проявляется их неспецифическая общерегулирующая природа влияния. [10]

Немало внимания было уделено действию аэроионов на показатели системы крови, учитывая ее реактивность по отношению к самым разным типам воздействий на организм и ведущую роль в гуморальной интеграции организма. Еще в 30-х годах было показано, что отрицательные аэроионы вызывают увеличение числа эритроцитов и снижение числа лейкоцитов, а положительно заряженные ионы оказывают противоположное влияние. В дальнейшем было уточнено, что указанное влияние зависит от исходного уровня клеток, т.е. всегда направлено в сторону нормализации показателей. Есть сведения, что отрицательные ионы понижают, а положительные повышают свертываемость крови, по-видимому, вследствие изменения заряда фибриногена. Влияние аэроионов на вязкость крови, в свою очередь, связывают с воздействием на уровень сывороточных глобулинов, при этом отрицательные ионы увеличивают, а положительные уменьшают вязкость крови. Что касается влияния аэроионов на СОЭ, то оно - замедляющее у отрицательных и ускоряющее у положительных и очевидно связано с непосредственным воздействием аэроионов на электрический заряд коллоидов кровяной плазмы и эритроцитов. [11]

Существующее мнение о вреде положительных аэроионов имеет довольно большое значение. Прежде всего, когда было сделано открытие о пользе ионизированого воздуха, исследователи решили, что нужны только отрицательные ионы, и последователи Чижевского начали делать свои приборы униполярными, т.е. порождающими ионы только одной полярности. Ионизаторы таких конструкций проще в изготовлении, не надо думать о том, что ионы могут рекомбинироваться.

Люстра Чижевского дает только отрицательные ионы, тем самым образуя сильное электростатическое поле в помещении (заряжаются стены, линолеум, пластиковые поверхности, волосы буквально дыбом встают), что несомненно очень вредно, т.к. пыль летающая в любом помещении получает заряд, в лучшем случае оседает на стены, в худшем - в дыхательных путях, откуда в отличие от просто пыли заряженная пыль не выходит естественным путем. Как раз положительные ионы нужны для того, чтобы не образовывалось электростатическое поле. Несовершенство генераторов выражалось также и в том, что помимо отрицательных ионов, приборы выделяли большое количество озона, поэтому находиться долгое время в помещении, где работает такой генератор, было опасно - озон является сильным окислителем и в незначительных количествах способствует ускоренному старению, а в больших - просто ядовит. Выяснилось также, что озон, в силу своей большой химической активности, способствовал образованию ядовитых азотных соединений. Если Вам говорят, что положительные ионы не нужны - это не правда, просто производители униполярных ионизаторов не утруждают себя изобретениями для получения ионов со знаком плюс. Для профилактики можно использовать биполярные ионизаторы, которые не дают "передозировки" ионов, высоких концентраций озона, электростатического поля. Если нет возможности поставить биполярный ионизатор, лучше обойтись без ионизатора, т.к. побочных эффектов будет больше, чем мнимой пользы.

Поэтому для минимизации всех отрицательных факторов нужно ионизировать воздух биполярным ионизатором, так как в лесу, на море и в горах присутствуют ионы обеих полярностей. Внормах СанПиН Минздрава РФ от 15 июня 2003 г. это записано как обязательное условие. Кроме того:

- не образуется электростатическое поле, а даже если оно было в помещении, оно нейтрализуется биполярным ионизатором

* выделение озона ниже ПДК, сам озон является сильнейшим окислителем, и в больших дозах очень вреден

* в отличие от униполярных ионизаторов не образуются ионы азотных соединений, которые также очень вредны

- если вырабатываются только отрицательные ионы, лицо, одежда, все заряжается отрицательно, и новые вырабатываемые ионы просто не попадают в дыхательные пути, и пользы от таких отрицательных ионов не будет абсолютно никакой [38]

 

1.2.2. Ионизация.

 

Под ионизацией понимают образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул. Термином ионизация обозначают как элементарный акт (ионизация атома, молекулы), так и совокупность множества таких актов (ионизация газа, жидкости). [12]

В газе и жидкости для разделения нейтрального невозбуждённого атома (молекулы) на две или более заряженные частицы, т. е. для его ионизации, необходимо затратить энергию ионизации W (W=Ue, где U - потенциал ионизации, е - заряд электрона). Для всех атомов данного элемента (или молекул данного химического соединения), ионизующихся из основного состояния одинаковым образом (с образованием одинаковых ионов), энергия ионизации одинакова. Простейший акт ионизации - отщепление от атома (молекулы) одного электрона и образование положительного иона. Свойства частицы по отношению к такой ионизации характеризуют её ионизационным потенциалом, представляющим собой энергию ионизации, деленную на заряд электрона. [13]

Присоединение электронов к нейтральным атомам или молекулам (образование отрицательного иона), в отличие от других актов ионизации, может сопровождаться как затратой, так и выделением энергии; в последнем случае говорят, что атомы (молекулы) данного вещества обладают сродством к электрону. [14]

Если энергия ионизации W сообщается ионизуемой частице другой частицей (электроном, атомом или ионом) при их столкновении, то ионизация называется ударной. Вероятность ударной ионизации (характеризуемая эффективным поперечным сечением ионизации) зависит от рода ионизуемых и бомбардирующих частиц и от кинетической энергии последних Ек. До некоторого минимального (порогового) значения Ек эта вероятность равна нулю, при увеличении Ек выше порога она вначале быстро возрастает, достигает максимума, а затем убывает. Если энергии, передаваемые ионизуемым частицам в столкновениях, достаточно велики, возможно образование из них, наряду с однозарядными, и многозарядных ионов (многократная ионизация). При столкновениях атомов и ионов с атомами может происходить ионизация не только бомбардируемых, но и бомбардирующих частиц. Это явление известно под названием "обдирки" пучка частиц; налетающие нейтральные атомы, теряя свои электроны, превращаются в ионы, а у налетающих ионов заряд увеличивается. Обратный процесс - захват электронов от ионизуемых частиц налетающими положительными ионами называется перезарядкой ионов. [15]

В определённых условиях частицы могут ионизоваться и при столкновениях, в которых передаётся энергия, меньшая W: сначала атомы (молекулы) возбуждаются ударами, после чего для их ионизации достаточно сообщить им энергию, равную разности W и энергии возбуждения. Таким образом, "накопление" необходимой для ионизации энергии осуществляется в нескольких последовательных столкновениях. Подобная ионизация называется ступенчатой. Она возможна, если столкновения происходят столь часто, что частица в промежутке между двумя соударениями не успевает потерять энергию, полученную в первом из них (достаточно плотные газы, высокоинтенсивные потоки бомбардирующих частиц). Кроме того, механизм ступенчатой ионизации очень существен в случаях, когда частицы ионизуемого вещества обладают метастабильными состояниями, т. е. способны относительно долгое время сохранять энергию возбуждения.

Ионизация может вызываться не только частицами, налетающими извне. Когда энергия теплового движения атомов (молекул) вещества достаточно велика, они могут ионизовать друг друга при взаимных столкновениях - происходит термическая ионизация. Значительной интенсивности она достигает при температурах -103-104К, например в пламени, в дуговом разряде, ударных волнах, в звёздных атмосферах. Степень термической ионизации газа как функцию его температуры и давления можно оценить из термодинамических соображений. [16]

Процессы, в которых ионизуемые частицы получают энергию ионизации от фотонов (квантов электромагнитного излучения), называют фотоионизацией. Если атом (молекула) невозбуждён, то энергия ионизующего фотона hn (h - Планка постоянная, п -частота излучения) должна быть не меньше энергии ионизации W. Для всех атомов и молекул в газах и жидкостях W такова, что этому условию удовлетворяют лишь ультрафиолетовые и более жёсткие фотоны. Однако фотоионизацию наблюдают и при hn < W, например при облучении видимым светом. Объясняется это тем, что она может иметь характер ступенчатой ионизации - сначала поглощение одного фотона возбуждает частицу, после чего взаимодействие со следующим фотоном приводит к ионизации. В отличие от ударной ионизации, вероятность фотоионизации максимальна именно при пороговой энергии фотона hn < W, а затем с ростом п падает. Максимум сечения фотоионизации в 100-1000 раз меньше, чем при ударной ионизации. Меньшая вероятность компенсируется во многих процессах фотоионизации значительной плотностью потока фотонов, и число актов ионизации может быть очень большим.

Если разность hn - W относительно невелика, то фотон поглощается в акте ионизации. Фотоны больших энергий (рентгеновские, гамма-кванты), затрачивая при ионизации часть энергии DE, изменяют свою частоту на величину Dn = DE/h (эффект Комптона). Такие фотоны, проходя через вещество, могут вызвать большое число актов фотоионизации. Разность DE - W (или hn - W при поглощении фотона) превращается в кинетическую энергию продуктов ионизации, в частности свободных электронов, которые могут совершать вторичные акты ионизации (уже ударной). [17]

Большой интерес представляет ионизация лазерным излучением. Его частота, как правило, недостаточна для того, чтобы поглощение одного фотона вызвало ионизацию, однако чрезвычайно высокая плотность потока фотонов в лазерном пучке делает возможной ионизацию, обусловленную одновременным поглощением нескольких фотонов (многофотонная ионизация). Экспериментально в разреженных парах щелочных металлов наблюдалась ионизация с поглощением 7-9 фотонов. В более плотных газах лазерная ионизация происходит комбинированным образом. Сначала многофотонная ионизация освобождает несколько "затравочных" электронов. Они разгоняются полем световой волны, ударно возбуждают атомы, которые затем ионизуются светом, но с поглощением меньшего числа фотонов.

Фотоионизация играет существенную роль, например, в процессах ионизации верхних слоев атмосферы, в образовании стримеров при пробое электричеством газа и т. д. [18]

Ионизованные газы и жидкости обладают электропроводностью, что, с одной стороны, лежит в основе разнообразных применений процессовионизации, а с другой стороны, даёт возможность измерять степень ионизации этих сред, т. е. отношение концентрации заряженных частиц в них к исходной концентрации нейтральных частиц.

Процессом, обратным ионизации, является рекомбинация ионов и электронов -образование из них нейтральных атомов и молекул. Защищенный от внешних воздействий газ при обычных температурах в результате рекомбинации очень быстро переходит в состояние, в котором степень его ионизации пренебрежимо мала. Поэтому поддержание заметной ионизации в газе возможно лишь при действии внешнего ионизатора (потоки частиц, фотонов, нагревание до высокой температуры). При определённой концентрации заряженных частиц ионизованный газ превращается в плазму, резко отличающуюся по своим свойствам от газа нейтральных частиц. [19]

Таблица 1.2.2. Классификация подвижности аэроионов.

Подвижность,	см2 с-1 В-1	Размер, г 10-8 см
Лёгкие	>0.4	7-8
Средние	0.4-0.01	8-80
Тяжелые	0.01-0.001	80-250
Ионы Ланжевена	0.001-0.0002	250-550
Сверхтяжёлые	0.0002	550-1000

 

Образующиеся при ионизации воздуха частицы - аэроионы подразделяются по подвижности, которая зависит от их размера (массы).

Например, если ионизированная молекула осела на частице жидкости или пылинке, то такой ион называется тяжелым.

Степень ионизации характеризуется количеством ионов в 1 см³ воздуха. [20]

По современной терминологии отрицательные АИ кислорода представляют собой супероксидные анион-радикалы. Положительные АИ представлены углекислым газом и азотом, если они лишаются одного из валентных электронов. Число АИ в воздухе зависит от метеорологических и геофизических условий, времени года, часов суток, от влажности и загрязненности воздуха. В 1 см³ "живого" воздуха в солнечный день находится около 1000 отрицательных АИ кислорода. На горных курортах их число достигает 5-10 тысяч, а рядом с водопадами и у моря в шторм - 100 тысяч. Положительные АИ в таком воздухе почти отсутствуют. В воздухе городов и обитаемых помещений, где человек проводит 90% жизни, количество легких отрицательных АИ до начала рабочего дня не превышает 500, а к его концу падает до 25-50. Число же положительных АИ возрастает до сотен тысяч в 1 см³ за счет «электроотбросов» дыхания, которые делают воздух переполненных помещений «спёртым», вызывая ощущение духоты, а это во многом определяет наступление усталости и снижение работоспособности. Выдыхаемый воздух многократно вдыхается, что приводит к дурному самочувствию присутствующих. В таких помещениях «электроотбросы» дыхания, имеющие преимущественно положительный заряд, нейтрализуют отрицательные АИ. Вентиляция или кондиционирование очень слабо освобождают воздух от положительных АИ и почти не увеличивают содержания в нем АИ кислорода.

Если над сушей, в приземных слоях атмосферы, основная роль в ионизации воздуха принадлежит радиоактивным веществам, то над морем, где радиоактивность атмосферы крайне мала, единственным ионизатором атмосферы, по мнению П.Н.Тверского, являются космические лучи. [21] При сравнении этих двух факторов ионизации атмосферы оказывается, что ионообразующая роль радиоактивности почвы и атмосферы подвержена значительному влиянию геофизических особенностей данной местности и метеорологических условий, в то время как образование ионов за счёт космического излучения отличается постоянством - у земной поверхности за счёт этого фактора образуется 1,5 - 1,7 пары ионов в 1смЗ воздуха в 1 сек.

К другим ионизаторам, имеющим местное и временное значение, относятся такие процессы, как тлеющие разряды, образующиеся в воздухе при больших значениях электрического поля - у кроны высоких деревьях, на вершинах гор, грозовые процессы и т.п. Ионизированные частицы возникают при пылевых и снежных бурях, при горении и других химических реакциях. [22]

Е.А.Чернявский среди ионообразующих факторов особо выделяет распыление и разбрызгивание воды, происходящие у горных рек, водопадов, фонтанов. Это - так называемый баллоэлектрический эффект. В зависимости от растворенных в распыляемой воде химических веществ, баллоэлектрический эффект может привести к образованию противоположных по знаку ионов. При распылении пресной воды - отрицательные, а морской и минеральной - преимущественно положительные ионы. [23]

Эволюция живых организмов на Земле происходила в ионизированном воздухе, и он является одним из существенных условий нормального развития и поддержания жизни. Построив жилища, человек лишился ионизированного воздуха, извратил естественную дыхательную среду и вступил в конфликт с природой своего организма. Жители городов проводят внутри зданий 90 % жизни. Без искусственной ионизации возможно увеличения рисков заболевания, в связи с возможным изменением иммунологического статуса.

 

1.2.3. Способы искусственной ионизации воздуха.

 

Современный человек основную часть жизни проводит в помещениях, где содержание АИ не превышает 5-10 % уровня, необходимого для оптимальной жизнедеятельности организма.

Открытые окна, механическая вентиляция и кондиционирование в присутствии людей не оказывают существенного влияния на аэроионный режим помещений. Единственным способом для устранения из воздуха избытка положительных АИ является его искусственное обогащение АИ кислорода с помощью аэроионизаторов.

Для создания и поддержания ионного комфорта в воздухе помещений производятся ионизаторы различных модификаций, отличающиеся как по конструкционному исполнению и техническим характеристикам, так и по условиям и режимами эксплуатации, а нередко и по способности насыщать воздух ароматическими веществами. [20]

При проведении искусственной ионизации воздуха в закрытых помещениях используют устройства, которые обеспечивают образование в воздухе отрицательных аэроионов (АИ) кислорода. АИ можно получать несколькими способами: диспергированием жидкостей, электризацией диэлектриков путем трения, при помощи химических реакций, нагреванием металлов, облучением ультрафиолетовыми, рентгеновскими и гамма-лучами, радиоактивным излучением, термоэлектронной и фотоэлектронной эмиссией, при помощи лазера, а также путем создания электрических разрядов в воздухе.

По мнению А. Л. Чижевского, с точки зрения безопасности проведения аэроионопрофилактики и аэроионотерапии для людей весьма ответственным делом является выбор метода получения отрицательных АИ кислорода и режимы аэроионизации.

Требования А. Л. Чижевского к аэроионизаторам: "Аэроионизатор не должен вырабатывать:

а) высокочастотного электромагнитного или постоянного пульсирующего поля с
длинной волны, оказывающей вредное действие на организм;

б) радиоактивных излучений, альфа-, бета-, и особенно гамма-лучей, хотя бы даже
в самых небольших количествах;

в) эманации радия - радона, превышающего по содержанию его обычную
концентрацию;

г) ультрафиолетового излучения, озона и азотиствгх соединений, сопутствующих
прохождению ультрафиолетового света через воздух;

д) металлической пыли любой дисперсности (термоионизаторы) или частиц
углерода (плазменный ионизатор);

е) частиц воды, пара или влажности, лежащей вне зоны физиологического
комфорта (40 - 60 % относительной влажности);

ж) температуры окружающего воздуха большей, чем температура зоны
гигиенического комфорта."

Следуя А. Л. Чижевскому и существующим санитарно-гигиеническим нормативам, необходимо предъявлять следующие требования к ионизационной аппаратуре, которая не должна:

- генерировать высокочастотные и пульсирующие электромагнитные поля, электростатическое поле, радиоактивное и ультрафиолетовое излучения, влияющие на живой организм;

* производить при работе озон, азотистые соединения, металлическую и иную пыль в концентрациях превышающих предельно допустимые нормы;

* повышать влажность и температуру воздуха выше значений, соответствующих нормам гигиенического комфорта.

Для насыщения воздуха помещений легкими отрицательными АИ кислорода А. Л. Чижевским предложен и разработан электроэффлювиальный метод искусственной ионизации кислорода.

В основе метода лежит создание электрических разрядов в воздухе с помощью электродов, выполняемых, например, из металлических игл, имеющих очень малый радиус кривизны острий и находящихся под отрицательным постоянным напряжением.

Различают дуговой, искровой и коронный электрический разряды.

При дуговом и искровом разряде высокой интенсивности вместе с АИ кислорода в воздухе образуются озон и окись азота, являющиеся токсикантами.

При коронном разряде малой интенсивности образования в воздухе вредных соединений не происходит, что и делает коронный электрический разряд такой интенсивности безопасным.

Для формир