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极光现象与治理雾霾

来源:北极光 【在线投稿】 栏目:期刊导读 时间:2020-07-09

【作者】网站采编

【关键词】

【摘要】当今雾霾已成为人类的公害,对人类赖以生存的环境和人们的身心健康造成极大的伤害。由于雾霾的出现,原本处于维度较高的东北地区所能见到的极光,近几年来也极少见于报端。极

当今雾霾已成为人类的公害,对人类赖以生存的环境和人们的身心健康造成极大的伤害。由于雾霾的出现,原本处于维度较高的东北地区所能见到的极光,近几年来也极少见于报端。极光已淡出人们的视线。 极光是常常出现于纬度靠近地磁极地区上空大气中的彩色发光现象,出现在南极的称为南极光,在北极的称为北极光,而地球的极光是地球周围的一种大规模放电的过程。来自太阳的带电粒子到达地球附近,地球磁场(众所周知,地球有南北两个磁极,分别位于地球的南极和北极附近,但它们与地球的南、北极并不重合。地球北极附近的地磁极叫地磁北极,在地球南极附近的地磁极叫地磁北极。通过两个磁极的假想磁轴与地球的自转轴大约成11.3度的倾斜。地表上的地磁场强度并不均匀,强度因地理位置而有所变化:近地空间地磁场虽然强度较弱,但是它能延伸到很远的空间。)迫使其中一部分沿着磁场线集中到南北两极。当他们进入极地的高层大气时,与大气中的原子和分子碰撞并激发,产生光芒,形成极光(事实上,人们看到的极光,主要是带电粒子流中的电子造成的。而且,极光的颜色和强度也取决于沉降粒子的能量和数量)。极光一般只在南北两极的高纬度地区出现,在大约离磁极25°~30°的范围内常出现极光,这个区域称为极光区。极光产生的条件有三个:大气、磁场、高能带电粒子。这三者缺一不可。由此联想到可不可以根据极光的形成原理来治理雾霾呢? 先来分析一下雾霾的形成原因(二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物是雾霾的主要组成。前两者为气态污染物,它们与雾气结合在一起,就形成雾霾天气)常见的几种因素: 一、现代人类活动所造成的后果。首先是汽车尾气,柴油机车辆是排放细颗粒物的重污染源;汽油机型车排放气态污染物,遇上雾天,很容易转化为二次颗粒污染物,加重雾霾。机动车的尾气是雾霾颗粒组成的最主要的成分,用最新数据说明,北京雾霾颗粒中机动车尾气占22.2%,燃煤占16.7%,扬尘占16.3%,工业占15.7%。其次是北方到了冬季烧煤供暖所产生的废气、工业生产排放的废气、建筑工地和道路交通产生的扬尘等等。 二、气候因素,“‘雾’和‘霾’实际上是有区别的。雾是指大气中因悬浮的水汽凝结、能见度低于1000米的天气现象,雾是一种无毒无害的自然现象;而霾的形成主要是空气中悬浮的大量微粒和气象条件共同作用的结。雾霾常常相伴而生,雾霾同时出现;水汽、静风、逆温、凝结核等条件缺一不可。在城市里大楼越建越高,阻挡和摩擦作用使风流经城区时明显减弱,静风现象增多,不利于大气中悬浮微粒的扩散稀释,容易在城区和近郊区周边积累。再者逆温层使得大气层低空的空气垂直运动受到限制,空气中悬浮微粒难以向高空飘散而被阻滞在低空和近地面。 雾霾的危害是不言而喻的了。现在治理雾霾的方法主要是从源头上抓起,“减少污染源,削减大气污染物,加快清洁能源的发展。但减排绝非一朝一夕之事,单就减排一种手段也很难奏效,必须自上而下采用强有力的综合措施,方能根治雾霾。 在采取现有防治雾霾的各项措施的同时,我受极光成因的启发,结合雾霾形成过程,设想可以利用气体电离和离子与电磁相互作用的原理治理雾霾。具体设想如下:首先要从气体电离方式入手,因为气体在电场或热能的作用下,使中性气体原子中的电子获得足够的能量,克服原子核的约束力而成为自自电子,同时原来是中性的原子由于失去了带负电荷的电子而变成带正电荷的正离子。这样原本中性所谓气体变成带电的气体。 利用激光、高压放电、x射线、y射线照射和高压加热等常用方式可使气体原子、分子发生电离。经过反复查阅资料发现,当前激光技术和特高压技术已经成熟,并且能量大、可控性强、电离气体充分,尤其是特高压放电技术和设备已经具备,如我们常见的特斯拉放电原理,特斯拉放电也称高频高压放电,在屏蔽网的中央有一个头顶是大圆盘的圆柱形设备,称为高频高压发生器,它的发明人是美国著名发明家特斯拉,因此这个设备称为特斯拉变压器。由于它的频率较高,约100kHz,在同等电压和放电间隙情况下,放电电流非常大,电弧非常明亮。电压约有100万伏以上,能够连续放电,它的放电现象犹如雷电放电,一些中学生物理兴趣小组就可以进行特斯拉放电实验,主要设备就是特斯拉线圈,特斯拉线圈的原理是使用变压器使普通电压升压,然后经由两极线圈,从放电终端放电的设备,也就是将初级线圈中的低电压通过震荡回路转变为次级线圈中的高电压,次级回路随之振荡,接收能量,放电顶罩的电压逐渐增高,并电离附近的空气,当次级回路的电压达到一定阀值时空气电离充分而导电,形成大面积的电火花。按此设想我们可以设计生出更大功率的激光发射设备和特高压设备,通过激光照射和特高压设备放电使气体发生电离,形成电子和离子。 电离生成的电子、正离子一般在短时间内又会再结合,又形成中性原子或分子状态。那就需要建立一个强磁场来控制离子和电子的结合,使离子和电子相向移动,不能直接结合城原来的中性原子和分子。 基于以上设想,我们就可以利用大功率的激光设备和高能量的特高压设备向雾霾区域(或有可能即将形成雾霾的区域)发射高能量的激光、电磁波和电火花,使这一区域的废气气体分子电离,产生大量电子和离子;同时利用强电磁设备向这一区域定向产生强磁场,用以吸附带电气体,这些电子和离子在电磁场力的作用下向电极移动并被吸附。另外在带电气体移动过程中碰到气流中的雾霾悬浮颗粒,带电气体与其融合形成带电悬浮颗粒,带电悬浮颗粒在磁场力作用下运动,这样通过带电气体和带电悬浮颗粒的运动形成气流,进而形成风,如此一来在电极吸附和风的流动共同作用下将雾霾清除和驱散掉,还人类一片蓝天。 当然实用性的技术与设备还有待进一步研发,同时在将来的使用过程中对环境有可能带来一些次生影响,如对航空航天器、对信息通信系统、对周边生态环境都会产生或多或少的影响;我想这些在不久的将来都会一一得以解决,我期待这一天的到来,我也会为此努力学习、深入钻研(我的志向就是报考电子信息类专业,将来成为一名科研人员),并将毕生精力投入到科学研究的大潮中,为“中国创造”和“中国梦”的早日实现增砖添瓦。

文章来源:《北极光》 网址: http://www.bjgzzs.cn/qikandaodu/2020/0709/367.html

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