ОБЛЕДЕНЕНИЕ В ТЕХНИКЕ И БОРЬБА С НИМ

ОБЛЕДЕНЕНИЕ В ТЕХНИКЕ И
БОРЬБА С НИМ
Диссертация
Артикул: 358969
Год 2003
Автор Семушин Юрий Дмитриевич
Учёная степень кандидат технических наук
Место защиты диссертации Москва-Новосибирск
Код специальности ВАК 05.13.01
Специальность: Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
Количество cтраниц: 212

ВВЕДЕНИЕ

А). Предмет исследования. Лёд. Обледенение и борьба с ним.

Б). Цель работы.

Научно обобщить данные возникновения льда, разработать теорию процесса льдообразования и таяния льда. На основе обобщённого анализа сделать вывод об эффективной и успешной борьбе со льдом. Разработать и внедрить систему борьбы со льдообразованием конкретно в технике ГПА с возможностью применения в других отраслях (авиа, флот, ЛЭП, ЖКХ).

В).Рамки исследования.

В математическом обеспечении обозначим рамки: от традиционного классического метода в физике до квантовой электроники «вынужденного (индуцированного) излучения», основанной на Теории индуцированного излучения А. Эйнштейна.
Вы́нужденное излуче́ние, индуци́рованное излучение — это генерация нового фотона при переходе квантовой системы (атома, молекулы, ядра и т. д.) из возбуждённого в стабильное состояние (меньший энергетический уровень) под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого была равна разности энергий уровней. Созданный фотон имеет те же энергию, импульс, фазу и поляризацию, что и индуцирующий фотон (который при этом не поглощается). Оба фотона являются когерентными. Большой вклад в разработку вопроса о вынужденном излучении (испускании) внес А. Эйнштейн.

На защиту выносятся:
1. Принцип льдообразования на основе метода квантовой теории излучения А.Эйнштейна применительно к образованию и таянию льда на основе теории квантового генератора (лазера) и квантового усилителя (мазера).
2. Определения фаз льда.
3. Минимально необходимые сведения о воде и построения на их основе набора данных о кристаллах льда по книге Масару Эмото..
4. Метод разработки детектора льда.
5. Метод разработки системы борьбы со льдом в технике ГПА – «Лёд-2»..
6. Метод расчёта экономической эффективности системы «ЛЁД-2».
7. Сравнительного анализа с аналогичными зарубежными и отечественными разработками.
Первый раздел работы из 2-х глав.

Его наименование: АНАЛИЗ ВОЗДУШНО-ВОДНОЙ СРЕДЫ И ОБЗОР СПОСОБОВ БОРЬБЫ С ОБЛЕДЕНЕНИЕМ. ПРИНЦИП ЛЬДООБРАЗОВАНИЯ.
ГЛАВА 1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДУШНО-ВОДНОЙ СРЕДЫ.
ГЛАВА 2. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ БОРЬБЫ С ОБЛЕДЕНЕНИЕМ)

ГЛАВА 1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДУШНО-ВОДНОЙ СРЕДЫ

Анализ состояния воды в трёх фракциях: жидкой, твёрдой и газообразной. Условия появления льда. Формы и фазы льда.
1.1. Вода в природе. Вода — весьма распространенное на Земле вещество. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находитcя вода, пропитывающая почву и горные породы.
Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чи¬стой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха.
Количество примесей в пресных водах обычно лежит в преде¬лах от 0,01 до 0,1%. Морская вода содержит 3,5% растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль).
Вода, содержащая значительное количество солей кальция и магния, называется жесткой в отличие от мягкой воды, на¬пример дождевой. Жесткая вода дает мало пены с мылом, а на стенках котлов образует накипь.
Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, ее фильтруют сквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины и т. п. При фильтровании больших количеств воды пользуются фильтрами из песка и гравия. Фильтры задер¬живают также большую часть бактерий. Кроме того, для обезза¬раживания питьевой воды ее хлорируют; для полной стерилизации воды требуется не более 0,7 г хлора на 1 т воды.
Фильтрованием можно удалить из воды только нерастворимые примеси. Растворенные вещества удаляют из нее путем перегонки (дистилляции) или ионного обмена.
Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.
1.2. Физические свойства воды. Чистая вода представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. Плотность воды при переходе ее из твердого состояния в жидкое не уменьшается, как почти у всех других веществ, а возрастает. При нагревании воды от 0 до 4°С плотность ее также увеличивается. При 4°С вода имеет максимальную плотность, и лишь при дальнейшем нагревании ее плотность уменьшается.
Если бы при понижении температуры и при переходе из жид¬кого состояния в твердое плотность воды изменялась так же, как это происходит у подавляющего большинства веществ, то при приближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались. бы до 0°С и опускались на дно, освобождая место более теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не приобрела бы температуру 0°С. Далее вода начинала бы замерзать, образующиеся льдины погружались бы на дно и водоем промерзал бы на всю его глубину. При этом многие формы жизни в воде были бы невозможны. Но так как наибольшей плотность вода достигает при 4 °С, то перемещение ее слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры. При дальнейшем понижении температуры охлажденный слой, обладающий меньшей плотностью, остается на поверхности, замерзает и тем самым защищает лежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.
Большое значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода. обладает аномально высокой теплоемкостью [4,18 Дж/(г К)], Поэтому .в ночное время, а также при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается, являясь, таким образом, регулято¬ром температуры на земном шаре.
В связи с тем, что при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, давление понижает температуру плавления льда. Эта вытекает из принципа Ле Шателье. Действительно, пусть. лед и жидкая вода находятся в равновесии при О°С. При увеличе¬нии давления равновесие, согласно принципу Ле Шателье, сме¬стится в сторону образования той фазы, которая при той же темпе¬ратуре занимает меньший объем. Этой фазой является в данном случае жидкость. Таким образом, возрастание давления при О°С вызывает превращение льда в жидкость, а это и означает, что тем¬пература плавления льда снижается.
Молекула воды имеет угловое строение; входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине — ядро атома кислорода, Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние ме¬жду ядрами атомов водорода равно примерно 0,15 нм. Из восьми электронов, составляющих внешний электронный слой атома кислорода в молекуле воды


две электронные пары образуют ковалентные связи О—Н, а остальные четыре электрона представляют собой две неподеленных электронных пары.
Атом кислорода в молекуле воды находится в состоянии -гибридизации. Поэтому валентный угол НОН (104,3°) близок к тетраэдрическому (109,5°). Электро¬ны, образующие связи О—Н, смещены к более электроотрицательному атому кислорода. В результате атомы водорода приобретают эффективные положительные заряды, так что на этих атомах создаются два положительных полюса. Центры отрицательных зарядов неподеленных электронных пар атома кислорода, находящиеся на гибридных - орбиталях, смещены относительно ядра атома и создают два отрицательных полюса

Молекулярная масса парообразной воды равна 18 и отвечает ее простейшей формуле. Однако молекулярная масса жидкой воды, определяемая путем изучения ее растворов в других растворителях оказывается более, высокой. Это свидетельствует о том, что в жидкой воде происходит ассоциация молекул, т. е. соединение их в более сложные агрегаты. Такой вывод подтверждается и аномально высокими значениями температур плавления и кипения воды. Ассоциация молекул воды вызвана образованием между ними водородных связей.
В твердой воде (лед) атом кислорода каждой молекулы уча¬ствует в образовании двух водородных связей с соседними молекулами воды согласно схеме,


в которой водородные связи показаны пунктиром. Схема объемной структуры льда изображена на рисунке. Образование водо¬родных связей приводит к такому расположению молекул воды, при котором они соприкасаются друг с другом своими разноимен¬ными полюсами. Молекулы образуют слои, причем каждая из них связана с тремя молекулами, принадлежащими к тому же слою, и с одной — из соседнего слоя. Структура льда принадлежит к наименее плотным структурам, в ней существуют пустоты, раз¬меры наименее плотным структурам, в ней существуют пустоты, раз¬меры которых несколько превышают размеры молекулы .
При плавлении льда его структура разрушается. Но и в жид¬кой воде сохраняются водородные связи между молекулами: обра¬зуются ассоциаты — как бы обломки структуры льда, — состоящих из большего или меньшего числа молекул воды. Однако в отличит от льда каждый ассоциат существует очень короткое время: по¬стоянно происходит разрушение одних и образование других агре¬гатов. В пустотах таких “ледяных” агрегатов могут размещаться одиночные молекулы воды; при этом упаковка молекул воды ста¬новится более плотной. Именно поэтому при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, а ее плотность возрастает.
По мере нагревания воды обломков структуры льда в ней становится все меньше, что приводит к дальнейшему повышению плотности воды. В интервале температур от 0 до 4°С этот эффект преобладает над тепловым расширением, так что плотность воды продолжает возрастать. Однако при нагревании выше 4°С преобладает влияние усиления теплового движения молекул и плотность воды уменьшается. Поэтому при 4°С вода обладает максимальной плотностью.
При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей (энергия разрыва водородной связи в воде составляет примерно 25 кДж/моль). Этим объясняется высокая теплоемкость воды.
Водородные связи между молекулами воды полностью разры¬ваются только при переходе воды в пар.
1.3. Диаграмма состояния воды. Диаграмма состояния (или фазовая диаграмма) представляет собой графическое изображение зависимости между величинами, характеризующими состояние системы, и фазовыми превращениями в системе (переход из твердого состояния в жидкое, из жидкого в газообразной и т. д.). Диаграммы состояния широко применяются в химии. Для однокомпонентных систем обычно используются диаграммы состояния, показывающие зависимость фазовых превращений от температуры и давления; они называются диаграммами состояния в координатах Р—Т.
На рисунке 4 приведена в схематической форме (без строгого соблюдения масштаба) диаграмма состояния воды. Любой точке на диаграмме отвечают определенные значения температуры и давления.
Диаграмма показывает те состояния воды, которые термодинамически устойчивы при определенных значениях температуры и давления. Она состоит из трех кривых, разграничивающих все возможные температуры и давления на три области, отвечающие льду, жидкости и пару.
Рассмотрим каждую из кривых более подробно. Начнем с кривой ОА, отделяющей область пара от области жидкого состояния. Представим себе цилиндр, из которого удален воздух, после чего в него введено некоторое количество чистой, свободной от растворенных веществ, в том числе от газов, воды; цилиндр снабжен поршнем, который закреплен в некотором положении. Через некоторое время часть воды испарится и над ее поверхностью будет находиться насыщенный пар. Можно измерить его давление и убедиться в том, что оно не изменяется с течением времени и не зависит от положения поршня. Если увеличить температуру всей системы и вновь измерить давление насыщенного пара, то окажется, что оно возросло. Повторяя такие измерения при различных температурах, найдем зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры. Кривая ОА представ¬ляет собой график этой зависимости: точки кривой показывают те пары значений температуры и давления, при которых жидкая вода и водяной пар находятся в равновесии друг с другом — сосуществуют. Кривая ОА называется кривой равновесия жидкость—пар или кривой кипения. В таблице приведены значения давления насыщенного водяного пара при нескольких температурах.
Температура Давление насыщенного пара Температура Давление насыщенного пара

кПа мм рт. ст. кПа мм рт. ст.
0 0,61 4,6 50 12,3 92,5
10 1,23 9,2 60 19,9 149
20 2,34 17,5 70 31,2 234
30 4,24 31,8 80 47.4 355
40 7,37 55,3 100 101,3 760
Попытаемся осуществить в цилиндре давление, отличное от равновесного, например, меньшее, чем равновесное. Для этого осво¬бодим поршень и поднимем его. В первый момент давление в ци¬линдре, действительно, упадет, но вскоре равновесие восстановится: испарится добавочно некоторое количество воды и давление вновь достигнет равновесного значения. Только тогда, когда вся вода испарится, можно осуществить давление, меньшее, чем равновес¬ное. Отсюда следует, что точкам, лежащим на диаграмме состояния ниже или правее кривой ОА, отвечает область пара. Если пытаться создать давление, превышающее равновесное, то этого можно достичь, лишь опустив поршень до поверхности воды. Иначе говоря, точкам диаграммы, лежащим выше или левее кривой ОА, отвечает область жидкого состояния.
До каких пор простираются влево области жидкого и парооб¬разного состояния? Наметим по одной точке в обеих областях и будем двигаться от них горизонтально влево. Этому движению точек на диаграмме отвечает охлаждение жидкости или пара при постоянном давлении. Известно, что если охлаждать воду при нормальном атмосферном давлении, то при достижении 0°С вода начнет замерзать. Проводя аналогичные опыты при других давлениях, придем к кривой ОС, отделяющей область жидкой воды от области льда. Эта кривая — кривая равновесия твердое состояние — жидкость, или кривая плавления,— показывает те пары значений температуры и давления, при которых лед и жид¬кая вода находятся в равновесии.
Двигаясь по горизонтали влево в области пара (в нижнею части диаграммы), аналогичным образом придем к кривой 0В. Это—кривая равновесия твердое состояние—пар, или кривая сублимации. Ей отвечают те пары значений температуры к давления, при которых в равновесии находятся лед и водяной пар.
Все три кривые пересекаются в точке О. Координаты этой точки—это единственная пара значений температуры и давления,. при которых в равновесии могут находиться все три фазы: лед, жидкая вода и пар. Она носит название тройной точки.
Кривая плавления исследована до весьма высоких давлений, В этой области обнаружено несколько модификаций льда (на диаграмме не показаны).
Справа кривая кипения оканчивается в критической точке. При температуре, отвечающей этой точке,—критической температуре— величины, характеризующие физические свойства жидкости и пара, становятся одинаковыми, так что различие между жидким и парообразным состоянием исчезает.
Существование критической температуры установил в 1860 г. Д. И. Менделеев, изучая свойства жидкостей. Он показал, что при температурах, лежащих выше критической, вещество не может находиться в жидком состоянии. В 1869 г. Эндрьюс, изучая свойства газов, пришел к аналогичному выводу.
Критические температура и давление для различных веществ различны. Так, для водорода = —239,9 °С, = 1,30 МПа, для хлора =144°С, =7,71 МПа, для воды = 374,2 °С, =22,12 МПа.
Одной из особенностей воды, отличающих ее от других веществ, является понижение температуры плавления льда с ростом давления. Это обстоятельство отражается на диаграм¬ме. Кривая плавления ОС на диаграмме состояния воды идет вверх влево, тогда как почти для всех других веществ она идет вверх вправо.
Превращения, происходящие с водой при атмосферном давле¬нии, отражаются на диаграмме точками или отрезками, располо¬женными на горизонтали, отвечающей 101,3 кПа (760 мм рт. ст.). Так, плавление льда или кристаллизация воды отвечает точке D, кипение воды—точке Е, нагревание или охлаждение воды — отрезку DE и т. п.
Диаграммы состояния изучены для ряда веществ, имеющих научное или практическое значение. В принципе они подобны рассмотренной диаграмме со¬стояния воды. Однако на диаграммах состояния различных веществ могут быть особенности. Так, известны вещества, тройная точка которых лежит при давле¬нии, превышающем атмосферное. В этом случае нагревание кристаллов при ат¬мосферном давлении приводит не к плавлению этого вещества, а к его сублимации - превращению твердой фазы непосредственно в газообразную.

1.4. Химические свойства воды. Молекулы воды отличаются большой устойчивостью к нагреванию. Однако при температурах выше 1000 °С водяной пар начинает разлагаться на водород и кислород:
2Н О 2Н +О
Процесс разложения вещества в результате его нагревания называется термической диссоциацией. Термическая диссоциация воды протекает с поглощением теплоты. Поэтому, согласно принципу Ле Шателье, чем выше температура, тем в большей степени разлагается вода. Однако даже при 2000 °С степень термической диссоциации воды не превышает 2%, т.е. равновесие между газообразной водой и продуктами ее диссоциации — водородом и кислородом — все еще остается сдвинутым в сторону воды. При охлаждении же ниже 1000 °С равновесие практически полностью сдвигается в этом направлении.
Вода — весьма реакционноспособное вещество. Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются с водой, образуя основания и кислоты; некоторые соли образуют с водой кристаллогидраты; наиболее активные металлы взаимодействуют с водой с выделением водорода.
Вода обладает также каталитической способностью. В отсутствие следов влаги практически не протекают некоторые обычные реакции; например, хлор не взаимодействует с металлами, фтороводород не разъедает стекло, натрий не окисляется в атмосферы воздуха.
Вода способна соединяться с рядом веществ, находящихся при обычных условиях в газообразном состоянии, образуя при этом так: называемые гидраты газов. Примерами могут служить соединения Хе 6Н О, CI 8H O, С Н 6Н О, С Н 17Н О, которые выпадают в виде кристаллов при температурах от 0 до 24 °С (обычно при повышенном давлении соответствующего газа). Подобные соединения возникают в результате заполнения молекулами газа (“гостя”) межмолекулярных полостей, имеющихся в структуре воды (“хозяина”); они называются соединениями включения или клатратами.
В клатратных соединениях между молекулами “гостя” и “хозяина” образуются лишь слабые межмолекулярные связи; включенная молекула не может покинуть своего места в полости кристалла преимущественно из-за пространственных затруднений Поэтому клатраты — неустойчивые соединения, которые могут существовать лишь при сравнительно низких температурах.
Клатраты используют для разделения углеводородов и благо¬родных газов. В последнее время образование и разрушение клатратов газов (пропана и некоторых других) успешно применяется для обессоливания воды. Нагнетая в соленую воду при повышенном давлении соответствующий газ, получают льдоподобные кристаллы клатратов, а соли остаются в растворе. Похожую на снег массу кристаллов отделяют от маточного раствора и промывают, Затем при некотором повышении температуры или уменьшении давления клатраты разлагаются, образуя пресную воду и исход¬ный газ, который вновь используется для получения клатрата. Высокая экономичность и сравнительно мягкие условия осуществления этого процесса делают его перспективным в качестве промышленного метода опреснения морской воды.
1.5. Тяжелая вода. При электролизе обычной воды, содержащей наряду с молекулами Н О также незначительное количество молекул D O, образованных тяжелым изотопом водорода, разложению подвергаются преимущественно молекулы Н О. Поэтому при длительном электролизе воды остаток постепенно обогащается молекулами D O. Из такого остатка после многократного повторения электролиза в 1933 г. впервые удалось выделить небольшое количество воды
состоящей почти на 100% из молекул D О и получившей название тяжелой воды.
По своим свойствам тяжелая вода заметно отличается от обычной воды (таблица). Реакции с тяжелой водой протекают медленнее, чем с обычной. Тяжелую воду применяют в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах.

Константа Н О D О
Молекулярная масса 18 20
Температура замерзания, °С, 0 3,8
Температура кипения, °С, 100 101,4
Плотность при 25°С, г/см Температура максимальной плотности, °С 0,9971
4 1,1042 11,6

Происхождение воды в Природе
Мы не можем прожить без воды и нескольких дней. Между тем долгие столетия люди не только не знали, что она собой представляет, но не знали даже, сколько ее на Земле. И уже совсем было неясно, как появилась она на планете. Вода была еще до появления человека: есть все основания полагать, что жизнь возникла в водной среде. А до возникновения жизни?
Вода - активный созидатель нашей планеты, один из ее основных "строительных материалов". Миллиарды лет назад в холодном газопылевом облаке, со временем сгустившемся,
уплотнившемся и ставшем Землей, уже содержалась вода. Скорее всего, она была в виде ледяной пыли. Это подтверждают исследования Вселенной. Установлено, что исходные элементы для образования воды - водород и кислород - в нашей Галактике принадлежат к шести самым распространенным веществам космоса.
Скопления молекул воды и гидроксидных радикалов обнаружены за пределами Солнечной
системы. В созвездиях Кассиопеи и Ориона найдены облака, состоящие из молекул воды.
Размеры облаков колоссальны - их протяженность в 40 раз превышает расстояние от
Солнца до Земли. Нередки случаи падения на Землю остатков кометных ядер - "посланцев" далеких миров. Чаще всего они представляют собой гигантские глыбы льда, смерзшегося с метаном, аммиаком и минеральными частицами. Вес достигших Земли ледяных глыб может достигать сотен килограммов.
Многолетними исследованиями геологических процессов, происходящих на нашей планете, академик АН Украины Н.П. Семененко установил, что именно вода и составляющие ее элементы играли определяющую роль во всей геологической истории Земли. Исследуя содержание кислорода в составе земной коры, ученый сделал вывод, что в образовании
протоземли участвовали громадные количества воды. Помимо этого, ее элементы входили в состав основных компонентов исходного облака: водород - в состав гидридов металлов, кислород - в состав оксидов.
Согласно теории академика А.П. Виноградова, протоземное облако постепенно уплотнялось и саморазогревалось. Источником необходимой энергии служили процессы радиоактивного распада и уплотнения первичного вещества планеты. С незапамятных времен в недрах планеты происходят глубинные физико-химические процессы. Там развиваются чудовищные давления и температуры; исходные вещества при этом испытывают сложные превращения. В результате образуются паро- и газообразные соединения, причем большинство из них состоит из воды или составляющих ее элементов.
Согласно геохимической модели нашей планеты, созданной Н.П. Ремененко, земная кора, состоящая из окисленных пород, является своеобразным кислородным каркасом, а ядро планеты слагают гидриды нескольких металлов и частично карбид железа. В зонах самых
высоких давлений и температур выделяются, преимущественно, водород и углеводороды.
Дальше от центра планеты эти вещества взаимодействуют с окисленными породами - образуются водяной пар и углекислый газ. Эти соединения постоянно выделяются на поверхность через жерла вулканов, через всевозможные наземные и подводные трещины и разломы земной коры.
По подсчетам Н.П. Семененко, за всю историю существования Земли на ее поверхность таким образом выделилось около 3,4 109 км3 воды. Треть этого количества в парообразном состоянии покинула поверхность планеты, а под воздействием Солнца значительная часть диссоциировала на водород и кислород. Остальная масса воды, очевидно, постепенно составила гидросферу. Появившись на поверхности планеты таким сложным путем, вода не стала инертной, пассивной средой. Вместе с парами воды выделялись не только оксиды углерода, но и соединения азота, фосфора, серы, которые вместе с кислородом, углеродом и водородом составляют химическую основу жизни. Наиболее благоприятные условия для появления и развития жизни создались в водной среде. "Именно вода гидросферы явилась той обязательной, незаменимой средой, в которой происходило формирование наиболее сложных органических
соединений, послуживших в дальнейшем материалом для построения тел живых существ. Вода и сейчас является наипростейшим, но количественно преобладающим химическим компонентом "живой материи" - всей совокупности организмов, населяющих нашу планету!", - так оценивает роль воды в возникновении биосферы биохимик А.И. Опарин.
В настоящее время подсчет количества воды на Земле выполнен со всей точностью, доступной современной науке. Эту работу ученые проделали в рамках программы Международного гидрологического десятилетия 1964-1974 гг. Результаты этой работы опубликованы в многотомном труде "Мировые водные ресурсы и водный баланс земного шара".
Установлено, что гидросфера - океаны, моря, реки, озера, болота, атмосферная влага - измеряется внушительной величиной - 1,385*10 9 км³ воды, или 1,4*10 19 т. Три четверти поверхности планеты покрыто водой. Космонавты неоднократно отмечали, что из космоса Земля выглядит голубой планетой с относительно небольшими вкраплениями суши. Голубая планета? Пожалуй, не планета, а только ее тонкая оболочка. Если распределить всю воду равномерно по поверхности земного шара, средний радиус которого 6370 км, получится пленка толщиной менее 3 км. К тому же, основную часть нашего водного потенциала составляет вода, которой не напьешься, не используешь ни в промышленности, ни в сельском хозяйстве, ни в быту. 97,75 % или 1,338*10 9 км³, - это соленые воды океанов и морей. Остальные 2,25% - пресные воды, однако, половина их - 24*10 6 км³ - "законсервирована" в виде ледяных гигантских шапок Антарктиды, Арктики, Гренландии, высоких гор в различных районах
Земли. Примерно столько же воды - 23,4*10 6 км³ - скрыто от людских глаз в толще земной коры. Это подземные воды.
Объем доступной пресной воды исчисляется уже не миллионами, а тысячами кубических
километров. Больше всего пресной воды на земной поверхности накоплено в озерах
-176,4*10 3 км³. Если на мгновение задержать течение всех рек земного шара, то оказалось бы, что в их руслах одновременно находится 2120 км3 воды. Истоки множества рек, больших и малых, находятся в болотах, которые содержат 10300 км³ пресной воды. 13000 т воды содержится в ближайших к земной поверхности слоях атмосферы. На высоте до 1 км концентрация водяного пара в воздухе в среднем составляет 2 %. Вот, пожалуй, и вся вода, на которую может реально рассчитывать человечество теперь и в ближайшем будущем.
3. Определение фаз льда
Невзирая на достижения современной науки, люди и сейчас продолжают задавать вопросы, которыми интересовались тысячи лет назад: почему снежинки симметричны, почему снег белый, правда ли, что среди всех снежинок на свете не найдется двух одинаковых? На наши вопросы ответил профессор физики Калифорнийского технологического института Кеннет Либбрехт. Значительную часть своей жизни он посвятил исследованию снежных кристаллов, при этом научившись выращивать снежинки в лабораторных условиях и даже управлять их формой. Кроме того, профессор Либбрехт известен как автор самой большой и разнообразной коллекции фотографий снежинок.

Морфология снежных кристаллов. Изображение: «Популярная механика»


Фазы льда
Фаза Характеристики[2] [3]

Аморфный лёд
Аморфный лёд не обладает кристаллической структурой. Он существует в трех формах: аморфный лёд низкой плотности (LDA), образующийся при атмосферном давлении и ниже, аморфный лёд высокой плотности (HDA) и аморфный лёд очень высокой плотности (VHDA), образующийся при высоких давлениях. Лёд LDA получают очень быстрым охлаждением жидкой воды («сверхохлажденная стекловидная вода», HGW), или конденсацией водяного пара на очень холодной подложке («аморфная твёрдая вода», ASW), или путем нагрева высокоплотностных форм льда при нормальном давлении («LDA»).
Лёд Ih
Обычный гексагональный кристаллический лёд. Практически весь лёд на Земле относится ко льду Ih, и только очень малая часть — ко льду Ic.
Лёд Ic
Метастабильный кубический кристаллический лёд. Атомы кислорода расположены как в кристаллической решётке алмаза. Его получают при температуре в диапазоне 130—150 K, он остается устойчивым до 200 K, а при дальнейшем нагреве переходит в лёд Ih. Он изредка встречается в верхних слоях атмосферы.

Лёд II
Тригональный кристаллический лёд с высокоупорядоченной структурой. Образуется изо льда Ih при сжатии и температурах 190—210 K. При нагреве он преобразуется в лёд III.
Лёд III
Тетрагональный кристаллический лёд, который возникает при охлаждении воды до 250 K и давлении 300 МПа. Его плотность больше, чем у воды, но он наименее плотный из всех разновидностей льда в зоне высоких давлений.
Лёд IV
Метастабильный тригональный лёд. Его трудно получить без нуклеирующей затравки.
Лёд V
Моноклинный кристаллический лёд. Возникает при охлажении воды до 253 K и давлении 500 МПа. Обладает самой сложной структурой по сравнению со всеми другими модификациями.
Лёд VI
Тетрагональный кристаллический лёд. Образуется при охлажении воды до 270 K и давлении 1,1 ГПа. В нём проявляется дебаевская релаксация.

Лёд VII
Кубическая модификация. Нарушено расположение атомов водорода; в веществе проявляется дебаевская релаксация. Водородные связи образуют две взаимопроникающие решётки.
Лёд VIII
Более упорядоченный вариант льда VII, где атомы водорода занимают, очевидно, фиксированные положения. Образуется изо льда VII при его охлаждении ниже 5 °C.
Лёд IX
Тетрагональная метастабильная модификация. Постепенно образуется изо льда III при его охлаждении от 208 K до 165 K, стабилен при температуре ниже 140 K и давлениях между 200 и 400 МПа. Его плотность 1,16 г/см³, то есть, несколько выше, чем у обычного льда.
Лёд X
Симметричный лёд с упорядоченным расположением протонов. Образуется при давлениях около 70 ГПа.
Лёд XI
Ромбическая низкотемпературная равновесная форма гексагонального льда. Является сегнетоэлектриком.

Лёд XII
Тетрагональная метастабильная плотная кристаллическая модификация. Наблюдается в фазовом пространстве льда V и льда VI. Можно получить нагреванием аморфного льда высокой плотности от 77 K до примерно 183 K и при давлении 810 МПа.
Лёд XIII
Моноклинная кристаллическая разновидность. Получается при охлаждении воды ниже 130 K и давлении 500 МПа. Разновидность льда V с упорядоченным расположением протонов.
Лёд XIV
Ромбическая кристаллическая разновидность. Получается при температуре ниже 118 K и давлении 1,2 ГПа. Разновидность льда XII с упорядоченным расположением протонов.
Лёд XV
Разновидность льда VI с упорядоченным расположением протонов. Можно получить путем медленного охлаждения льда VI примерно до 130 K и давлении 0,8-1,5 ГПа.[4]

Новые исследования формирования водяного льда на ровной поверхности меди при температурах 100—140 K показали, что сначала на поверхности возникают цепочки молекул шириной около 1 нм не гексагональной, а пентагональной структуры.
Лёд – это дискретное выражение материи. Иными словами из определения "Материя - это непрерывная (континуальная) субстанция, основа бытия, обладающая свойством времени, информационно-энергетического возбуждения и дискретного воплощения" следует, что вода, пар, лёд, воздух – это дискреты материи. Разберём подробнее лёд с позиции квантовой теории. Вода содержит в себе программу в форме информационно-энергетического поля. При наличии внешних условий в виде температуры и атмосферного давления влага превращается в лёд соответствующей фазы.

3.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
СЕГРЕГАЦИОННОГО ЛЬДА
Р.И. Гаврильев
Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, 677010, Якутск, Мерзлотная,36, Россия, mpi@ysn.ru
Для оценки коэффициента теплопроводности сегрегационного льда можно использовать модельное представление пористого льда с цилиндрическими капиллярными (сквозными) и замкнутыми порами вдоль теплового потока, а также со сферическими воздушными включениями при учете дополнительного конвективного теплопереноса посредством диффузии водяного пара в пузырьках. Расчеты можно осуществить на основе теории обобщенной проводимости Максвелла–Рэлея. Показано, что рассчитанные значения коэффициента теплопроводности сегрегационного льда оказались гораздо выше, чем экспериментально измеренные, что, возможно, связано с некоторыми методическими упущениями как в расчете, так и в эксперименте. В дальнейшем требуется проведение новых экспериментов на методической основе, свободной от ограничений по отношению к слоистости испытуемой среды, и осуществление рентгенографических исследований по уточнению структуры сегрегационного льда.
Сегрегационный и объемный льды, пузырьки воздуха, коэффициенты тепло и температуропроводности, объемная теплоемкость, диффузия пара
По экспериментальным данным авторов работ [Гречищев и др., 2002, 2003], коэффициент теплопроводности сегрегационного льда, образованного при медленном замораживании супесчаного грунта в лабораторных условиях, при пористости около 10% составляет порядка 1,1Вт/(м К), что почти в два раза меньше теплопроводности чистого льда. Этот факт авторы объясняют наличием в сегрегационном льду пузырьков воздуха и тем, что во время криогенной миграции влаги растворенный в ней воздух может создавать самостоятельный массопоток со своими характеристиками внутри газированного флюида “вода+воздух”, вы деляясь в виде пузырьков при фазовом переходе воды в лед, фиксируясь в последнем. На этом фоне любопытно для сравнения при вести экспериментальные данные ряда авторов: Н.Н. Зубова [1945], Ю.Л. Назинцева [1964] и В.В. Шулейкина [1968], полученные для пористо го объемного (массивного) льда. Согласно этим данным, теплопроводность льда при пористости около 20% составляет 1,5–1,8Вт/(м К), в среднем 1,7Вт/(м К), т. е. величина льда за счет пористости порядка 20% уменьшилась только на 25%. Таким образом, экспериментальные данные исследо вателей по сегрегационному и объемному льду сильно расходятся.
Интересно было бы проанализировать этот вопрос с единых теоретических позиций посредст вом модельного представления пористого льда с учетом специфики формирования состава и струк туры льда и строения пор при замерзании воды в тонкодисперсном грунте и свободном пространстве. СВЕДЕНИЯ О СТРУКТУРЕ И
3.2. СОСТАВЕ СЕГРЕГАЦИОННОГО И ОБЪЕМНОГО ЛЬДА.
ХАРАКТЕРИСТИКА СТРОЕНИЯ ПОР ВО ЛЬДУ
Для льда известно девять полиморфных форм [Эйзенберг, Кауцман, 1975]. В нормальных природных условиях существует ледI с гексагональной кристаллической сингонией – обычный или гексагональный лед. Другие восемь форм по лиморфного льда созданы искусственно при высоком давлении (выше 2кбар). Они характеризуются высокой плотностью и находятся в метастабильном состоянии. При переходе к нормальному давлению при низких температурах они превращаются в обычный гексагональный лед. Описанное относится к объемному льду.
В грунте связанная вода испытывает огромное давление поверхностных сил минеральных частиц. Замерзая, она выходит из сферы влияния поверхностных сил минерального скелета грунта и образует “свободный” лед. При этом основная масса воды кристаллизуется в виде “макроскопичес ких” прослоек льда. Рентгенографические исследования, проведенные Т.П. Костецкой и Г.А. Мартыновым [Основы…, 1959], показали, что даже при образовании “микроскопических” кристалликов льда цемента последние выходят из непосредст венного контакта с поверхностью частиц и, следовательно, также образуют “свободный” лед. То есть можно заключить, что сегрегационный и объем ный льды по структуре одинаковы и относятся ко льдуI с кристаллами гексагональной сингонии (обычный гексагональный лед).
В мерзлых грунтах структура сегрегационного льда тесно связана с составом грунта и условиями промерзания. Согласно исследованиям О.С.Конновой [1957], в тонких шлирах сегрегационного льда мерзлого пылеватого суглинка преобладают кристаллы пластинчатой формы, а в более мощных ледяных прослойках – преимущественно столбчатые кристаллы. Однако независимо от это го чистый лед без пузырьков воздуха имеет постоянный коэффициент теплопроводности, равный 2,25Вт/(м К) при нормальном атмосферном дав лениии температуре 0°С; кроме того, у него не на блюдается анизотропия коэффициента теплопроводности [Вейнберг, 1940]. Это объясняется тем, что теплопроводность льда как кристаллического тела определяется фононной передачей тепловой энергии колеблющейся кристаллической решет кой, независящей от макростроения ледяных крис таллов.
Прослойки сегрегационного льда обычно со держат некоторое количество минеральных при месей. Однако их влияние на коэффициент тепло проводности льда должно быть незначительно. Это можно показать на результатах наших иссле дований (рис. 1), проведенных для влагонасыщен ных мерзлых грунтов в широком диапазоне изме нений влажности [Гаврильев, 1989]. Как видно на рис. 1, с увеличением влажности коэффициент теплопроводности влагонасыщенных мерзлых
Рис.1.Зависимость коэффициента теплопровод ности аллювиальных грунтов от влажности насы щения в мерзлом состоянии:
сплошные кривые – экспериментальные результаты, штри ховые – расчетные; 1 – песок; 2 – супесь, 3 – суглинок.
грунтов стремится к теплопроводности льда. Ска занное тем более соблюдается для льда с мине ральными примесями, содержание которых значи тельно меньше, чем количество минерального ске лета во влагонасыщенных грунтах. Во всяком случае влияние примесей на коэффициент тепло проводности льда вполне можно учесть на основе теории Максвелла–Рэлея. Например, для этой цели можно привести следующее выражение, по строенное по данным рис. 1 [Гаврильев, 2004]:
где Wн 0,15; Wн – влажность полного насыщения грунта. Значения параметров l1, l2 и l3 даны в таб лице.
Между влажностью насыщения (Wн) и объемным содержанием примеси грунта существует следующая связь:
Основным фактором, от которого зависит ве личина коэффициента теплопроводности льда, является его пористость.
Пористость во льду возникает в основном при большой скорости замерзания воды и зависит от условий перемешивания воды в процессе замерза ния и интенсивности потока воздуха в воде. В естественных условиях это может наблюдаться при развитом ветровом перемешивании верхнего слоя воды. Для формирования сегрегационного льда плотностью 0,7–0,8г/см3 скорость потока из пу зырьков воздуха, согласно оценкам [Гречищев и др., 2003], может в 3–5раз превышать скорость криогенного миграционного потока поровой влаги.
Поры в объемном льду могут различаться своей формой, взаимным расположением, величиной, наличием или отсутствием сообщения с верхней и нижней поверхностями ледяного покрова [Савель ев, 1971]. В зависимости от градиентных условий температуры и давления при образовании льда поры могут иметь самую разную вытянутость вдоль теплового потока. Со временем под действи ем диффузионного переноса пара внутри пор в ре зультате различий упругости пара воды в щелях или углублениях и над плоской стенкой происхо дит непрерывный процесс преобразования формы пор [Савельев, 1971]. Вначале удлиненные капил лярные поры в узких перешейках зарастают, обра зуются замкнутые ячейки, расположенные друг за другом в виде цепочек. В конце концов, последние принимают сферическую форму, как наиболее со ответствующую минимуму поверхностной (сво бодной) энергии по условию термодинамического равновесия. Но это процесс длительный и проис ходит за геологическое время.
В результате механических или термических воздействий на ледяной покров во льду образует ся большое количество мелких трещин, придаю щих ему непрозрачный молочный цвет. Однако трещинки довольно быстро, буквально за 10–30ч, исчезают, зарастают, и лед вновь приобретает про зрачность [Савельев, 1971].
При замораживании грунтов в лабораторных условиях чаще всего образуются вытянутые вдоль теплового потока (перпендикулярно к плоскости шлира) поры. Например, в опытах О.С. Конновой с каолином в шлирах содержалось много цилинд рических пор, вытянутых параллельно кристал лам, часть пор располагалась внутри кристаллов [Савельев, 1971].
В результате проведенного обзора приходим к следующему выводу относительно структуры и строения сегрегационного льда. Сегрегационный лед состоит из обычного льдаI, как и в случае объемного льда, содержит некоторое количество минеральных включений и воздушных пор. Форма пор самая различная и со временем меняется, стремясь, в конце концов, к сферической. В начале процесса образования льда, в том числе и в лабораторных опытах, поры являются преимущественно цилиндрически капиллярными вдоль теплового потока, со временем они прерываются в узких пе решейках и становятся замкнутыми. Преобразова ния формы и размеров воздушных включений во льду происходят за длительное геологическое вре мя. Трещинные поры, создающие мутность льда, исчезают быстро.
Для выяснения вопроса о больших отличиях коэффициентов теплопроводности сегрегационно го и объемного льда в зависимости от его порис тости проведем модельный эксперимент с порис тым льдом. За основу модельного представления структуры пористого льда примем сплошное тело из чистого гексагонального льда (остов), содержа щее воздушные поры различной формы, вытянутости и расположения относительно теплового по тока, порой даже отвлекаясь в какой то степени от реальной картины. При этом ставится задача оценки возможных пределов изменения значений коэффициента теплопроводности пористого льда для сравнения с приведенными данными по сегрегационному льду.
Рассмотрим следующие формы пор: сферические, цилиндрические капиллярные (сквозные) и замкнутые, блинчато сплющенные.
3.3. Оценки теплопроводности сегрегационного льда.
Отметим, что на рис. 4 даны теоретически возможные диапазоны изменений значений коэффициента теплопроводности пористого льда в пре делах пористости до 20%. Выше было показано, что сегрегационному льду, созданному в лабора торных условиях, более присущи сквозные капил лярные и (со временем) замкнутые цилиндричес кие поры, поэтому изменение теплопроводности сегрегационного льда в зависимости от пористос ти должно происходить согласно кривым1 и 2 на рис. 4. Сегрегационному льду в природных усло виях лучше соответствует кривая4 на рис.4, впро чем, их отличия незначительные.
На рис. 5 осуществлено сравнение результа тов расчета пл по формуле (3) при t=–5°C с экспериментальными данными различных авторов для объемного и сегрегационного пористого льда. Видно, что модельное представление пористого льда независимо от условий его образования име ет близкое сходство с экспериментальными дан ными авторов, полученными для объемного льда. Данные для сегрегационного льда из работ [Гречищев и др., 2002, 2003] на рис.5 лежат гораздо ниже, чем все остальные. Они оказались даже за пределами теоретически возможных минимальных значений коэффициента теплопроводности пористого льда. Неясно, чем это вызвано.
По видимому, возможны следующие причины этих расхождений:
• –установлена новая закономерность, требующая своего теоретического осмысления;
• –метод температурной волны в однородном полубесконечном пространстве неприменим для обработки результатов опытов со слоистыми тела ми конечных размеров;
• –при проведении экспериментов были допущены погрешности.
Подчеркнем, что изложенное выше является всего лишь нашей позицией в вопросе о коэффициенте теплопроводности сегрегационного льда. В любом случае прояснение в этом вопросе может быть достигнуто только после новых экспериментов, возможно, на другой методической основе, на пример, по принципу стационарного теплового режима, который свободен от каких либо ограничений по отношению к слоистости исследуемой среды.
Частный вывод
1. Обосновано модельное представление сегрегационного льда для расчета его коэффициента теплопроводности. В нем основу (остов) модели составляет обычный гексагональный лед.
2. Проведен модельный эксперимент с порис тым льдом при различных формах и ориентации воздушных пор относительно направления теп лового потока, в котором выяснены теоретически возможные диапазоны изменения коэффициента теплопроводности льда в пределах пористости до20%.
3. Показано, что рассчитанные значения ко эффициента теплопроводности сегрегационного льда оказались гораздо выше, чем экспериментально измеренные [Гречищев и др., 2002, 2003], что, возможно, связано с некоторыми методическими упущениями как в расчете, так и в эксперименте.
Рис.4.Зависимость коэффициента теплопровод ности пористого льда от ориентировки воздушных пор относительно направления теплового потока параллельно (сплошные линии) и перпендикуляр но (штриховые) при различных формах пор:
1, 6 – цилиндрические капиллярные (сквозные); 3, 5 – цилиндрические замкнутые; 2, 7 – блинчато сплющенные; 4 – сферические.
Рис.5.Теплопроводность пористого льда: точки – экспериментальные данные: 1 – Ю.Л. Назинцева [1964], 2 – Н.Н. Зубова [1945], 3 – В.В. Шулейкина [1968], 4 – С.Е.Гречищева и др. [2003]; штриховые линии – расчет ные зависимости для сегрегационного льда при цилиндрических капиллярных (I) и замкнутых (II) порах и пористого льда со сферическими (III) воздушными включениями.
4. Для разрешения возникшего спора о величине коэффициента теплопроводности сегрегационного льда требуется, во первых, проведение новых теплофизических экспериментов на другой методической основе, например, с использованием метода стационарного теплового режима, который свободен от каких либо ограничений по отношению к слоистости исследуемой среды, во вторых, осуществление рентгенографических исследований по уточнению структуры сегрегационного льда.

3.4. Собственное электромагнитное излучение растущего льда
А.А. Шибков, М.А. Желтов, А.А. Королев
Лед и снег, занимая значительную часть поверхности Земли, существенно влияют на ее климат и на нашу жизнь. Ледники, ледяные покровы различных акваторий, вечная мерзлота, содержащие большие массы льда, с течением времени изменяют свое строение и состояние и воздействуют на геофизические процессы. С давних времен лед привлекал внимание исследователей как распространенный природный объект. Достаточно упомянуть, что слово “кристалл” в переводе с греческого языка означает “лед”, понятие “дендрит” (кристалл древовидной формы) впервые появилось для обозначения формы именно ледяного кристалла и т.д. Одной из первых средневековых работ по кристаллизации и симметрии был труд И.Кеплера “О шестиугольных снежинках”, опубликованный в 1611 г. Лед изучали М.Фарадей, лорд Кельвин и многие другие выдающиеся естествоиспытатели. Исследованию свойств природных и искусственных льдов посвящено огромное количество научных работ; например, морскими льдами занимаются океанологи, материковыми - гляциологи и т.д. В 40-е годы из гляциологии выделилась самостоятельная область - физика льда. Она изучает атомно-молекулярную структуру льда, особенности водородных связей, динамику решетки, кинетику фазовых переходов, распространение электромагнитных и акустических волн во льде и ряд других проблем [1].

Что мы знаем о льде
К настоящему времени установлено, что лед обладает уникальными физическими свойствами. Он имеет двенадцать структурных модификаций, переходящие одна в другую за счет полиморфных превращений при изменении давления и температуры (лед XII обнаружен [2] только в 1998 г.). Обычный лед имеет гексагональную решетку, в которой атомы кислорода выстроены упорядочено, образуя правильные шестиугольники, а атомы водорода расположены хаотично. Это весьма нетривиальная ситуация для традиционной физики конденсированных сред - ведь в зависимости от условий получения твердое тело должно находиться либо в кристаллическом (когда атомы упорядочены), либо в аморфном (когда атомы образуют случайную сетку) состоянии. Во льде порядок и хаос сосуществуют вместе!
Необычность свойств “обычного” льда по сравнению с другими твердыми телами проявляется, например, в том, что он легче расплава (воды), имеет на поверхности тончайший, толщиной около микрона, квазижидкий слой, физические характеристики которого отличаются от объемных характеристик и льда, и воды.
Температура плавления льда понижается с ростом давления, поэтому он плавится под действием механической нагрузки (это объясняет явление режеляции - спекание кусков льда или снежинок в монолит).
Лед - полупроводник, носителями заряда в котором служат протоны в водородных связях; протонная проводимость льда возрастает с ростом температуры по экспоненциальному закону, как, например, в германии или кремнии, а поверхность раздела лед-вода выпрямляет переменный ток подобно p-n переходу в полупроводниковом диоде.
Во льде обнаружено уникальное сочетание свойств, характерных для полупроводников и диэлектриков: термоэлектрический, фотопластический, псевдопьезоэлектрический и ряд других эффектов [3].
Большинство исследователей считают, что лед и вода - очень сложные и все еще не до конца изученные объекты, способные преподносить новые сюрпризы. Например, некоторые процессы, связанные с динамикой ледяных масс и протеканием фазовых превращений с участием льда, сопровождаются генерацией электромагнитного излучения в широком диапазоне частот. При сходе ледников, снежных лавин, распространении трещин во льде и даже перед этими катастрофическими событиями возникают всплески радиоизлучения в среднечастотном диапазоне [4].
Импульсное радиоизлучение в полосе частот ~104-106 Гц при кристаллизации воды, водных растворов и некоторых других веществ обнаруживали многие ученые [5]. Эти авторы связывали такие импульсы главным образом с газовыми разрядами в промежутках между краями трещин, которые, как предполагалось, зарождаются в твердой фазе вблизи фронта кристаллизации. Подобные процессы вызывают также криолюминесценцию - свечение, сопутствующее быстрому замораживанию водных растворов и некоторых других жидкостей [6].
Вместе с тем еще в 50-60-е годы было установлено, что при кристаллизации воды и водных растворов (а также ряда диэлектриков) на плоской фазовой границе формируется двойной электрический слой, состоящий из примесных ионов. Он вызывает появление значительной (до сотни вольт) разности потенциалов между твердой и жидкой фазами - так называемого потенциала замерзания (эффект Воркмана-Рейнольдса) [7]. Иначе говоря, фронт кристаллизации оказывается электрически активным. Фазовая граница кристалл-расплав морфологически неустойчива по отношению к образованию выступов и разрастанию их в боковые ветви, которые формируют дендритную поликристаллическую структуру.
Рост кристалла, обусловленный различными проявлениями этой неустойчивости, принято называть неравновесным ростом. Его исследование чрезвычайно важно для различных областей естествознания. В литературе пока нет данных о том, как связаны электромагнитные процессы при затвердевании воды и других диэлектриков с проявлениями морфологической неустойчивости электрически активного фронта кристаллизации. Представляется очевидным, что неравномерное движение морфологически неустойчивой и электрически активной фазовой границы лед-вода способно вызвать собственное электромагнитное излучение - электромагнитную эмиссию (ЭМЭ). В этом случае параметры последней должны нести информацию об эволюции неравновесной структуры твердой фазы.
Имея это в виду, мы и исследовали собственное электромагнитное излучение системы лед-вода при неравновесном росте льда, пытаясь установить связь параметров этого излучения со структурно-кинетическими характеристиками процесса кристаллизации.

3.5. Как замерзает переохлажденная вода
Известно, что форма кристаллов, выращенных из паровой фазы, сильно зависит от степени переохлаждения пара. Снежинки, падающие с неба, могут служить своеобразными атмосферными “морфологическими термометрами”. Классификация форм снежинок в зависимости от температуры воздуха [8], насчитывает девять различных вариантов в интервале от –0.1°С до –30°С. Что касается зависимости от температуры формы ледяных кристаллов, растущих в переохлажденной воде, то она экспериментально исследована лишь в слабо неравновесных условиях, т.е. при относительно небольшом переохлаждении воды DT= Tm – T 1 K (здесь T - температура жидкой фазы, Tm - температура плавления льда). А ведь воду с содержанием примеси до ~10–5 моль/л (сюда входят разбавленные водные растворы электрически активных солей с высоким, более 10 В, потенциалом замерзания и, в частности, дистиллированная вода [9]) можно переохладить приблизительно до –30°С. В этом случае зарождение ледяных кристаллов происходит преимущественно гетерогенно, т.е. на инородных центрах - частицах примеси, стенках кюветы и т.д. Для дальнейшего переохлаждения необходима более высокая степень очистки воды многократной перегонкой, но при этом, во-первых, значительно падает потенциал замерзания, а во-вторых, происходит смена механизма зародышеобразования на гомогенный, чрезвычайно сложный для экспериментального изучения.
Какова же эволюция формы ледяных зерен и образованных ими структур в области гетерогенного зарождения льда в дистиллированной воде? Для детального анализа кинетики и морфологии растущего льда сначала рассмотрим кристаллизацию двумерной пробы воды (используемой в качестве модельного объекта) в виде тонкой (толщиной ~100 мкм) пленки, натянутой на проволочную петлю. Площадь петли (30 мм2) выбиралась с таким расчетом, чтобы пленка не разрывалась за время кристаллизации. В ходе кристаллизации, как известно, выделяется тепло. Для измерения температуры пробы при замерзании петля выполнялась из двух проводников, образующих термопару. Зарождение льда в переохлажденной пленке с наибольшей вероятностью происходило на спае термопары, играющем роль гетерогенного “концентратора” процесса кристаллизации.


Рис. 1. Типичные формы ледяного зерна, свободно растущего в переохлажденной воде (пленке) по данным видеосъемки:
а) DT = 0.3 K; б) DT= 1 K; в) DT= 2 K; г) DT= 3 K; д) DT= 7 K; е) DT= (12-30) K.

На рисунке 1 показано, как развивается зерно в зависимости от исходного переохлаждения воды DT. При DT < 0.5К рост льда характеризуется расщеплением кончиков дендритов (рис. 1,а), а в интервале переохлаждений 0.5 K < DT < 12 K зерно имеет форму дендритов, изображенных на рис. 1,б-д. По мере увеличения степени переохлаждения кончик ствола дендрита обгоняет по скорости роста боковые ветви, и в области 3К < DT < 12К основным элементом поликристаллической структуры льда становится иглообразный кристалл (рис. 1,д). При 12 K < DT< 30 К в пленке спонтанно и взрывообразно зарождается и растет одно зерно в форме тонкой пластины (рис. 1,е), которая за время Dt ~ (70-200) мс покрывает все горизонтальное сечение пленки, причем толщина пластины тем больше, чем сильнее переохлаждена вода и толще пленка.
Перечисленные формы зерна представляют три основные структуры, образующиеся в ходе неравновесного роста в исследованном диапазоне переохлаждений. Рост, сопровождаемый расщеплением кончиков дендритов, приводит к формированию густой ветвистой структуры (dense-branching morphology - DBM). Иглообразные дендриты складываются в блоки, состоящие из десятков параллельных игл; в результате образуется характерная “паркетная” поликристаллическая структура (needle-shaped morphology - NDM, рис. 2,а), которая с увеличением переохлаждения сменяется одним плоским зерном (flate dendrite - FD).
Морфологические переходы между этими структурами происходят в областях 0.5 K < DT1 < 1.5 K для перехода DBM-NDM и 12 K < DT2 < 16 K для перехода NDM-FD соответственно. В этих температурных интервалах наблюдаются одновременно обе структуры (см., например, рис. 2,б), причем относительная объемная доля более “теплой” структуры падает с ростом переохлаждения внутри соответствующего интервала. Характерные скорости роста кончиков дендритов составляли: Vt 0.2 мм/с для DBM, Vt ~ (0.2-10) мм/с для NDM и Vt ~ (3-10) см/с в случае FD-структуры. Из оптических наблюдений и морфологической диаграммы (рис. 3) следует, что переход DBM-NDM носит постепенный, эволюционный характер, в то время как при переходе NDM-FD скачком изменяются все основные структурно-кинетические параметры фазового перехода: скорость кончика дендрита Vt возрастает в 3-4 раза, а количество дендритов (N ~ 102 в NDM структуре) падает (до N = 1 для FD структуры).


Рис. 3.
Кинетическая морфологическая диаграмма: зависимость максимальной скорости кончика nt дендрита в различных структурах от исходного переохлаждения дистиллированной воды DT. I - DBM, II - NDM, III - FD.
Цветными линиями показаны функции, аппроксимирующие эти зависимости: для иглообразного дендрита (элемента структуры NDM) ntII = 0.05DT1.2 см/с; для плоского дендрита ntII = 0.018DT2 см/с.

Следует подчеркнуть, что обнаруженные морфологические переходы при кристаллизации пленки воды не связаны со специально созданными модельными условиями эксперимента, а качественно и количественно воспроизводят переходы при кристаллизации трехмерных проб воды объемом ~10–2-102 мл. Несмотря на более сложную пространственную организацию зерен льда в последнем случае, их форма и кинетика вполне соответствуют морфологической диаграмме, полученной для пленки. Особенность кристаллизации сферической капли (введенной с помощью шприца в минеральное масло) заключается в том, что в области переохлаждений 16 K < DT< 30 K в капле спонтанно и взрывоподобно образовывается ледяная пластина в диаметральной плоскости капли, а оставшийся объем воды затем замерзает со скоростью уже на 3-4 порядка меньше скорости роста пластины (рис. 4).

Рис. 4.
Стадии кристаллизации капли воды радиусом 3 мм, эмульгированной в минеральном масле:
I - стадия зародышеобразования, продолжительность которой (102-103 с) зависит от DT,
II - стадия взрывообразного роста ледяной пластины продолжительностью ~10 мс,
III - стадия замерзания оставшейся воды в течение ~10 с,
IV - образовавшаяся ледяная гранула.

3.6. Растущий лед излучает электромагнитные волны!
Потенциал нестационарного электрического поля вблизи кристаллизующейся пробы воды мы измеряли с помощью плоского емкостного зонда. Наведенный полем сигнал подавался на широкополосный усилитель (полоса пропускания ~ 10–1-107 Гц), а аналого-цифровой преобразователь и соответствующая компьютерная программа позволяли наблюдать сигнал на дисплее компьютера (рис. 5). В ряде случаев использовали также самописец и осциллограф.


Рис. 5.
Схема экспериментальной установки для синхронной регистрации собственного электромагнитного излучения кристаллизующейся пленки воды и видеосъемки процесса роста льда.
1 - пленка воды в виде мембраны,
2 - проволочная петля-термопара,
3 - электронагреватель,
4 - источник света,
5 - поляроиды,
6 - микроскоп,
7 - видеокамера,
8 - емкостный зонд в виде плоского кольца,
9, 10 - предусилители,
11 - коммутатор,
12 - АЦП,
13 - компьютер,
14 - стальной экран,
15 - источник питания электронагревателя,
16 - морозильная камера.

С помощью этой методики мы смогли зарегистрировать и измерить собственную электромагнитную эмиссию, возникающую при росте льда в переохлажденной воде. Типичные сигналы ЭМЭ, зарегистрированные у поверхности дистиллированной воды в температурной области гетерогенного зарождения льда, представлены на рисунках 6 и 7. Их можно разбить на две характерные группы: сигналы типа I в полосе частот ~10–1-102 Гц и сигналы типа II в полосе частот ~103-106 Гц. Чтобы установить связь излучения того или иного типа с разными стадиями фазовых превращений, мы снимали процесс кристаллизации на видеопленку синхронно с регистрацией сигналов ЭМЭ. Так мы убедились, что сигналы типа I (рис. 6) связаны непосредственно с формированием ледяных зерен, их столкновением, образованием боковых ветвей и отражают нестационарный характер динамики кристаллизации в данных тепловых условиях.


Рис. 6.
Типичные сигналы ЭМЭ типа I, сопровождающие эволюцию следующих событий неравновесного роста льда в переохлажденной воде:
а) рост элемента густой ветвистой структуры (рис. 1,а);
б) пульсирующий рост дендрита с развитыми боковыми ветвями (рис. 1,б), в результате каждой пульсации образуется новое “поколение” боковых ветвей;
в) взрывообразный рост пластины в сильно переохлажденной пленке (рис. 1,е);
г) то же в капле воды, эмульгированной в масле (рис. 2);
д) переход между структурами DBM и NDM (рис. 2,б);
е) развитие структуры NDM (рис. 3,а).
Импульсы же типа II (рис. 7) вызваны вторичными процессами, сопровождающими процесс кристаллизации, - развитием ростовых трещин, трением, отслаиванием от стенок кюветы и т.д.; они наблюдались даже после окончания кристаллизации в течение тепловой релаксации ледяного образца (остывания до температуры морозильной камеры).


Рис. 7.
Типичные сигналы ЭМЭ типа II, сопровождающие некоторые вторичные явления при кристаллизации воды:
а) эволюцию ростовой трещины на последних стадиях замерзания небольшого объема ~10 мл воды в жесткой кювете;
б) развитие поперечной трещины в ледяной игле, блокированной другими иглами NDM структуры;
в) разрыв жидкой пленки, вызванный ростом иглообразного дендрита;
г) зарождение и развитие нескольких трещин размером около 1 мм в ледяном образце после окончания кристаллизации в жесткой кювете.
Таким образом, удается разделить вклад в генерирование электрических сигналов различных явлений, связанных как с собственно эволюцией морфологически неустойчивой границы лед-вода, так и с сопутствующими процессами. Более того, оказалось, что по форме и амплитудно-частотным характеристикам импульсов ЭМЭ можно надежно различать отдельные события кристаллизации, такие как эволюция элемента густой ветвистой структуры или дендрита с развитыми боковыми ветвями, иглообразного и плоского кристалла, развитие ростовой трещины, разрыв жидкой пленки, вызванный ростом дендрита, и т.д.
Последовательность импульсов ЭМЭ типа I, со своей стороны, позволяет идентифицировать различные структуры, например DBM и NDM. На основе этих результатов был составлен компьютерный банк “электрических образов” некоторых важных мезоскопических событий кристаллизации. При соответствующем программном обеспечении он позволяет распознавать эти образы и в более сложном процессе (например, при множественной трехмерной кристаллизации), оценивать долю их участия в общей картине фазового перехода, проводить их амплитудно-частотный, статистический и корреляционный анализ и т.д.
Чтобы исследовать связь сигнала ЭМЭ с кинетикой кристаллизации, удобнее всего рассматривать рост отдельного ледяного зерна. В области переохлаждений 16 K < DT< 30 K, как отмечалось выше, в воде спонтанно и взрывоподобно образуется тонкая ледяная пластина; при этом генерируется один импульс ЭМЭ типа I. На рисунке 8,а сопоставлены результаты синхронных регистрации импульса ЭМЭ и киносъемки роста ледяной пластины. Видно, что форма фронта электрического сигнала хорошо коррелирует с временной зависимостью объема твердой фазы - так называемой кинетической кривой фазового перехода.


Рис. 8.
Связь параметров сигнала ЭМЭ типа I с кинетикой роста ледяного зерна в пленке воды при DT= 18 K и потенциалом замерзания:
а) форма фронта сигнала ЭМЭ (1) согласуется с временнOй зависимостью относительного объема (2) ледяной пластины x = V/Vm, где Vm - конечный объем пластины;
б) зависимости амплитуд сигналов ЭМЭ от содержания примесей (NH4)2CO3 (кривая 1) и NaCl (кривая 2) повторяют концентрационные зависимости потенциалов замерзания этих растворов (кривые 3 и 4 соответственно); 5 - средняя амплитуда сигнала ЭМЭ при кристаллизации пленки бидистиллированной воды.
Основные выводы анализа последовательности импульсов ЭМЭ, которая сопровождает множественную кристаллизацию воды, происходящую за счет роста большого числа (больше тысячи) ледяных зерен в форме дендритов и игл, можно сформулировать так:
а) распределение импульсов типа I по амплитудам хорошо согласуется с распределением зерен по размерам;
б) число импульсов, накопленных к данному моменту времени, совпадает с количеством выросших ледяных зерен;
в) суммарная амплитуда импульсов типа I, зарегистрированных к данному моменту времени, пропорциональна объему закристаллизовавшегося льда;
г) совокупность импульсов ЭМЭ типа I состоит из чередующихся “длинных” серий с примерно сотней импульсов в каждой.
Средний коэффициент корреляции между амплитудой и длительностью последующей паузы между импульсами r = 0.4 ± 0.1 (между сериями коэффициент корреляции близок к нулю, а в пределах серии короткие последовательности из 5-7 импульсов имеют очень высокую корреляцию r = 0.8 ± 0.1). Короткие последовательности импульсов обусловлены пульсирующим ростом дендритов, а длинные серии - формированием нового ледяного слоя, состоящего из ~102 зерен; связь между средними значениями амплитуды и паузы между импульсами типа I близка к линейной, что свидетельствует о самоподобности (пространственной и временной) растущей структуры льда. 1 Маэно Н. Наука о льде. М., 1988.
Таким образом, можно сказать, что, измеряя сигнал ЭМЭ, сопровождающий кристаллизацию, мы получаем отображение неравновесно растущей структуры (как правило, фрактальной) на временной ряд - зависимость от времени потенциала нестационарного электрического поля.
Какова же природа генерирования электромагнитного импульса, вызванного ростом ледяного зерна? Хотелось бы получить прямое подтверждение догадкам, что ключ к механизму излучения нужно искать в поведении поверхностного заряженного слоя. С макроскопической точки зрения этот слой характеризуется потенциалом замерзания; на последний же, как известно, существенно влияют даже незначительные примеси электролитов. Поэтому логично проверить, зависит ли амплитуда сигналов ЭМЭ от содержания таких примесей.
Для этого в бидистиллированную воду (суммарное содержание фоновых примесей ~10–7 моль/л), используемую в качестве холостой пробы, вводились микродобавки электролитов (NH4)2CO3 и NaCl в диапазоне концентраций (10–6-10–3) моль/л. Из рисунка 8,б видно, что концентрационная зависимость амплитуды jm(C) импульсов ЭМЭ типа I подобна концентрационной зависимости потенциала замерзания U(C) в этих растворах. Значит, генерация электромагнитного сигнала действительно связана с эффектом Воркмана-Рейнольдса!
Это качественное экспериментальное доказательство подкрепляется и теоретическим анализом. Не вдаваяь в детали, отметим только, что, рассчитав собственное нестационарное электрическое поле кристаллизующегося водного раствора на основе существующей теории эффекта Воркмана-Рейнольдса, мы получили результаты [10], хорошо согласующиеся с экспериментальными данными во всей исследованной области переохлаждений 0.1 K < DТ < 30 К.
Итак, мы изучали электромагнитное излучение, возникающее при кристаллизации переохлажденной воды, в лабораторных условиях. В каких же реальных ситуациях подобные процессы играют роль и в какой мере наши данные могут помочь при их описании?
Тот факт, что при кристаллизации капель воды, эмульгированных в масле, генерируется ЭМЭ, проливает свет на некоторые явления атмосферного электричества. Для типичных размеров капель в облаках (~10–6-10–4 м) интервал характерных частот в спектре ЭМЭ, вызванной кристаллизацией отдельных капель, можно оценить в ~102-105 Гц. Наложение большого числа случайных импульсов ЭМЭ, обусловленных стохастической кинетикой кристаллизации переохлажденных капель в атмосферных условиях, порождает фликкер-шум, способный объяснить атмосферные радиопомехи в области средних и длинных волн. Таким образом, полученные результаты могут быть использованы для моделирования явлений атмосферного электричества на уровне отдельных капель воды.
Далее, неравновесная межфазная разность потенциалов возникает при замерзании широкого класса диэлектриков. Поэтому установленные корреляции сигналов ЭМЭ с кинетикой кристаллизации и некоторыми вторичными процессами скорее всего универсальны и могут стать основой для разработки новых методов: а) дистанционного исследования морфологически неустойчивого фронта кристаллизации; б) бесконтактного контроля роста кристалла диэлектрика и выявления ростовых трещин; в) непрерывного мониторинга геофизических объектов, содержащих большие массы льда и снега, способных к катастрофическим срывам (ледников, снежных лавин и т.д.).
Наконец, самое важное: последние два десятилетия интенсивно изучается динамика диссипативных систем, эволюция которых носит универсальный характер. Принято считать, что неравновесный рост кристалла из расплава - удобная модель морфогенеза таких систем, участвующих во множестве физических, химических, геофизических и биологических процессов. Среди последних наиболее известны разнообразные явления неустойчивости при распространении фронтов диффузионного пламени, несмешиваемых вязких жидкостей, неустойчивости, вызванные химической реакцией и ударной ионизацией на поверхности твердого тела. Сюда же относятся неустойчивости диффузионной агрегации частиц, разрушения аморфных пленок, переупаковки горных пород, роста популяции бактерий и т.д.
Несмотря на большое число работ в области аналитического и компьютерного моделирования, проблема отбора глобальных морфологий неравновесного роста (густой ветвистой, дендритной, водорослеподобной и др.) остается открытой главным образом из-за дефицита экспериментальной информации. Поэтому в дополнение к традиционной задаче кристаллофизики - выращиванию кристаллов с заданными физическими свойствами - сейчас обозначилось новое актуальное направление. Оно состоит в экспериментальном изучении кинетики и морфологии неравновесного роста, особенно в области больших скоростей, и имеет как фундаментальное, так и прикладное значение. Последнее определяется, в частности, интересом к дендритному росту не только в металлургии, но и, например, в медицине, где форма дендритов некоторых кристаллов используется для диагностических целей.
Таким образом, “обычная” в бытовом смысле система лед-вода не только проявляет уникальные свойства, но и служит очень удобной моделью морфогенеза диссипативных систем, с помощью которой можно исследовать эволюцию структур неравновесного роста, морфологические переходы между ними, т.е. экспериментально на мезо- и макроуровне изучать проблему отбора глобальных морфологий в достаточно легко реализуемой области переохлаждений. Весьма тонким физическим инструментом исследования при этом оказывается собственное электромагнитное излучение растущего льда.
ГЛАВА 2. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ БОРЬБЫ С ОБЛЕДЕНЕНИЕМ
Обледенение и методы борьбы с ним. Позитивные и негативные стороны существующих способов

Важность противообледенительной обработки
Важность противообледенительной обработки обусловлена значительным влиянием на свойства поверхностей, покрытых льдом. В частности, находящиеся на верхней поверхности крыла самолёта снег, иней и лёд снижают критический угол атаки, увеличивают скорость сваливания и превращают обтекающий поток из ламинарного в турбулентный. В случае расположения двигателей сзади крыла, на хвосте, массовый вброс снега и льда во входные устройства авиадвигателей при взлёте может привести к помпажу, и самовыключению двигателей. Известно несколько случаев авиакатастроф по этой причине. Менее опасными последствиями являются повреждения передней кромки хвостового оперения слетающими с крыла кусочками льда. Однако образующиеся при этом вмятины вынуждают проводить периодические осмотры повреждений в эксплуатации; а также ремонты, что удорожает техническое обслуживание ВС. Применительно к ГПА образовавщийся лёд на входе турбины приводит к её выходу из строя.

3.7. Противообледенительная жидкость (ПОЖ)
Представляет собой раствор этиленгликоля в воде с различными добавками для улучшения эксплуатационных свойств (загустители, красители и пр.). Из-за наличия этиленгликоля имеет температуру замерзания значительно ниже, чем у воды (до -60°C). Применяется для растапливания замёрзших осадков (в нагретом до +60..+70°C виде) и для защиты от накопления выпадающих осадков поверхностей ВС (в холодном виде). В зависимости от содержания этиленгликоля и добавок, жидкости могут быть I, II, III и IV типа.
Жидкости I (первого) типа предназначены для применения в нагретом виде в основном для удаления снежно-ледяных отложений с поверхностей ВС. ПОЖ этого типа обеспечивают низкий уровень защиты при продолжающемся наземном обледенении и применяются лишь в условиях лёгкого обледенения (например, образующийся иней без выпадения осадков).
Как правило, при наличии выпадающих осадков используются жидкости II, III и IV типа. Они имеют бОльшую вязкость и образуют на поверхности плёнку, принимающую на себя осадки и не допускающую их примерзания к поверхности ВС. ПОЖ этих типов при применении для предотвращения наземного обледенения применяются холодными, то есть имеющими температуру окружающей среды. ПОЖ (вместе с налипшими на неё осадками) должна быть сдута с поверхности ВС во время его разбега по ВПП до достижения скорости примерно 150 км/час. Эта способность ПОЖ является критерием её аэродинамической пригодности.
Жидкости выпускаются под торговыми марками Killfrost, Safewing, Арктика и др.
В технике борьбы со льдообразованием применяют противообледенительную обработку. Противообледенительная обработка — обработка поверхностей воздушного судна (ВС) на земле перед полётом с целью удаления замёрзших осадков и предотвращения их появления на поверхности ВС. Появление замёрзших осадков на поверхностях также называется наземным обледенением.
Концепция «Чистого самолёта» означает, что перед полётом критические поверхности ВС должны быть свободными от всех видов отложений. Это относится к крылу, горизонтальному и вертикальному оперению. Обработка может включать несколько этапов.
Механическое удаление наиболее применимо к недавно выпавшему рыхлому и сухому снегу; производится с помощью щёток, резиновых скребков и мётел. Этот способ наиболее трудоёмок и, как правило, всё равно требует последующего применения противообледенительной жидкости (ПОЖ). К тому же он занимает значительное время и потому малоприменим в условиях интенсивного использования авиатехники. Также для рыхлого снега может применяться его сдувание сильным потоком воздуха.

Физико-химический метод обычно применяется облив поверхностей ВС противообледенительными жидкостями (ПОЖ). Такая обработка обычно производится с применением спецмашин, имеющих баки для содержания и подогрева ПОЖ и устройства для нанесения ПОЖ с регулировкой степени распыла (сплошной струёй или "конусом") и расхода ПОЖ. Машины могут иметь как открытую "люльку" для оператора, так и закрытую кабину с создаваемым комфортным микроклиматом и дистанционным управлением органами распыла ПОЖ. Кабина или "люлька" находится на конце управляемой оператором стрелы для доступа ко всем обрабатываемым участкам поверхностей сверху них. Также могут применяться стационарные установки на оборудованных площадках - как в виде стрел с кабинами операторов, так и в виде больших "ворот", под которыми самолёты проруливают в процессе нанесения ПОЖ.
Как правило, при отсутствии осадков проводится только удаление обледенения нагретой примерно до +60..+70°C ПОЖ. За счёт температуры ПОЖ растапливает осадки, которые далее смываются струёй жидкости. Содержание воды в ПОЖ может изменяться оператором в зависимости от погодных условий, что обеспечивает её экономию (в зависимости от типа жидкости она стоит единицы долларов США за 1 литр, а на самолёт размеров Boeing-737 может потребоваться от 100 л жидкости до тонны и более в неблагоприятных погодных условиях).
При продолжающихся осадках поверхность ВС после первого этапа обработки покрывается тонким слоем ПОЖ другого типа (отличающегося вязкостью), обеспечивающего более долговременную защиту. Время защитного действия зависит от типа ПОЖ и погодных условий и может составлять от нескольких минут (переохлаждённый дождь) до 45 минут (иней).
Остающаяся на поверхности ВС после обработки тонкая плёнка ПОЖ защищает поверхность ВС на время руления к ВПП и разбега, а затем сдувается встречным потоком воздуха при скорости примерно 150 км/час. В настоящее время этот способ обработки наиболее широко распространён.
Тепловой метод.
При нём обледенение удаляется нагревом поверхности инфракрасными излучателями. В связи с большой энергоёмкостью и недостаточной эффективностью этот способ редко используется. Также к тепловым методам можно отнести помещение ВС в тёплый ангар и заправку тёплым топливом.
Решение о необходимости противообледенительной обработки и её способах принимают капитан воздушного судна (КВС) и наземный персонал, обслуживающий ВС. Противообледенительная обработка и, особенно, её контроль до сих пор остаются областью, мало поддающейся механизации и требующей значительного применения ручного труда квалифицированного персонала. Перечисленные способы имеют очевидные недостатки. Трудоёмкость ручного труда. Затрата значительных средств и сил в предварительной подготовке. Низкая эффективность в рабочем процессе или в полёте.
1. Минимально необходимые сведения о воде и построения на их основе набора данных о кристаллах льда.
По книге Масару Эмото
«Послания воды. Тайные коды кристаллов льда»

В фотографиях кристаллов заключена глубокая мудрость, которой мы еще должны научиться. В отличие от воды из-под крана, природная вода обладает способностью образовывать множество превосходных кристаллов, которые становятся еще более прекрасными, если подвергнуть воду воздействию красивой музыки. Удивительно разные кристаллы получаются, если произнести над водой такие несхожие по смыслу фразы, как «спасибо» и «ты дурак». Кристаллы преподадут нам еще много уроков о том, как мы могли бы (и как должны) прожить свою жизнь.
Просто идя по жизни, мы чувствуем себя измученными и усталыми. Газеты и телевидение обрушивают на нас потоки информации, а на работе мы постоянно сталкиваемся с проблемами и недоразумениями. И эти проблемы представляются нам многочисленными и непреодолимыми. Скорее всего, такова сущность жизни везде, куда бы мы ни отправились.
Кто, спросим мы, является причиной всех этих страданий? Мир становится более разобщенным и чуждым, жизнь в нем усложняется. Мы и так уже по шею погрузились в хаос, а мировые проблемы все продолжают углубляться.
Впрочем, у нас есть нечто общее – все мы ищем выход. Каждый из нас ищет ответ, а ответ этот настолько прост и эффектен, что до сих пор он даже не приходил нам в голову.
Итак, в чем причина всего этого беспорядка? В чем корень всех бед? Что бы это ни было, оно уводит мир от гармонии к раздору.
Возможно, это неизбежное явление. Хотя все мы принадлежим к одному биологическому виду, у нас есть национальные и расовые особенности, а следовательно, и мыслим мы по-разному.
Кроме того, большинство людей с трудом принимают вещи, непохожие на те, что их окружают. Результатом этого является непрерывный поток бед и страданий. Кажется, что, пока люди остаются людьми, любое предложенное объяснение неизменно у кого-то будет встречать отпор.
Так человеческое тело в среднем на 70 % состоит из воды.
Мы начинаем нашу жизнь в виде плода, который состоит из воды на 99 %. Когда мы рождаемся, вода составляет 90 % нашего тела, а к тому времени, когда мы достигаем взрослого возраста, содержание воды снижается до 70 %. Если мы умираем в глубокой старости, то наше тело состоит из воды приблизительно на 50 %. Иными словами, на всем протяжении нашей жизни мы существуем главным образом в виде воды.
С физической точки зрения человек – это вода. Современные исследователи показали, что состояние сознания непосредственно влияет на состояние тела. Когда вы живете полной жизнью, получаете от нее удовольствие, вы чувствуете себя лучше и в физическом плане, а когда ваша жизнь наполнена борьбой и сожалениями, ваше тело тоже знает об этом.
Итак, когда ваши эмоции протекают через ваше тело, вы испытываете чувство радости и движетесь навстречу физическому здоровью. Движение, изменение, течение – это и есть жизнь. Если принять как данность, что, прежде чем стать людьми, мы существуем в форме воды, мы ближе подойдем к ответу на основной вопрос: что такое человек. Поняв воду, мы будем лучше понимать человеческое тело и, возможно, даже раскроем великую тайну – почему мы родились и почему существуем именно так, а не иначе.
Итак, что такое вода? Можно было бы смело сказать, что это жизненная сила. Потеряв 50 % воды из тела, мы уже не сможем поддерживать жизнь. Благодаря воде, которая переносится кровью и внутренними жидкостями организма, питательные вещества циркулируют по нашему телу. Этот поток воды дает нам возможность жить активной жизнью. Вода играет в нашем теле роль переносчика энергии.
Сегодня больше, чем когда-либо, медицинское сообщество начинает смотреть на воду как на переносчик энергии и даже использует ее для лечения болезней. Одна из областей медицины, признающих важное значение воды, – гомеопатия.
Гомеопатия появилась в Германии в первой половине XIX века благодаря трудам Самуэля Ханемана (1791-1843), однако корнями она восходит к отцу медицины, Гиппократу (ок. 460-370 гг. до н. э.), который описал множество способов лечения, похожих на те, что применяются в гомеопатии. Коротко говоря, основатели гомеопатической медицины учили «лечить подобное подобным, прописывать яд против яда».
Так, например, симптомы отравления свинцом можно облегчить, если выпить воду, содержащую тот же свинец в очень малой концентрации – в пределах от 1:1012 (один к триллиону) до 1: 1013 При таких концентрациях само вещество уже практически не присутствует в воде, но сама вода сохраняет его свойства; она-то и рождает лекарство для лечения отравления свинцом.
Гомеопатия выдвигает принцип: чем больше разведение, тем больше эффект. Из этого логически следует, что чем выше концентрация яда в организме, тем больше должен быть коэффициент разведения.
Эту мысль можно выразить и по-другому. Для того чтобы избавиться от симптомов, используется не воздействие самого вещества, а информация о нем, скопированная и сохраненная в воде. Именно она и стирает информацию о симптомах, вызванных этим ядом.
Итак, вода обладает способностью копировать и запоминать информацию. Мы даже можем предположить, что вода океана хранит память о созданиях, обитавших в его глубинах. Ледники тоже могут вмещать в себя миллионы лет истории нашей планеты.
Вода циркулирует вокруг земного шара, протекает через наши тела и разносится затем по всему миру. Если бы мы могли прочесть информацию, которая хранится в памяти воды, то узнали бы историю эпических масштабов.
Понять воду – значит понять вселенную, все чудеса природы и саму жизнь. Еще не так давно врачи даже не рассматривали возможность того, что вода сама по себе обладает целебными свойствами. Я был (и остаюсь) абсолютно убежден в том, что вода способна запоминать и передавать информацию, однако это положение натолкнулось на полное неприятие со стороны медицинского сообщества.
В 1988 году французский ученый Жак Бенвенист предпринял эксперимент, целью которого было исследование основных принципов гомеопатии. Он развел лекарство водой настолько, что его уже невозможно было обнаружить клиническими методами, а затем обнаружил, что этот раствор оказывает на больных такое же действие, что и неразведенное лекарство.
Я давно интересовался, можно ли найти физическое обоснование способности воды запоминать информацию. Так, однажды я случайно открыл книгу на словах, которые буквально бросились мне в глаза: «Не существует двух совершенно одинаковых снежных кристаллов».
Конечно, я проходил это еще в средней школе. У каждой из снежинок, которые упали на землю за миллионы лет, своя уникальная форма. И все же я прочел это предложение так, будто оно несло совершенно иной смысл, поскольку мое сердце было открыто и готово воспринять это послание. В следующее мгновение я подумал: если я заморожу воду и посмотрю на кристаллы, возможно, каждый из них тоже будет совершенно уникальным. Это был мой первый шаг на пути в новый и неисследованный мир. Я решил замораживать воду и фотографировать кристаллы.
Первым моим шагом было арендовать очень тонкий микроскоп и смотреть на воду, замороженную в холодильнике. Однако, поскольку фотографии делались при комнатной температуре, лед таял. Нам потребовалось немало времени для того, чтобы мы смогли получить хоть какие-то фотографии кристаллов.
После двух месяцев проб и ошибок нам наконец удалось сделать одну фотографию. Вода подарила нам фотографию прекрасного шестиугольного кристалла. Меня просто переполняло волнение, когда мой сотрудник пришел ко мне с этой новостью.
Мы все делаем возможным нашей собственной волей. То, что мы представляем себе в наших мыслях, становится частью нашего мира. Это лишь одна из многих вещей, которые я узнал от воды.
Фотографии кристаллов воды, которые я начал делать, оказались исключительно выразительными и красноречивыми. В них я обнаружил глубокую философию. Кристаллы появляются лишь на двадцать-тридцать секунд, когда температура повышается и лед начинает таять. Истина вселенной обретает форму и становится видимой лишь на несколько мгновений. И в этот короткий промежуток времени пред нашими глазами приоткрывается окно в поистине волшебный мир.
Позвольте мне рассказать, как я делаю фотографии кристаллов воды.
Я помещаю пятьдесят различных проб воды в пятьдесят чашек Петри. (В первые годы я брал сотню чашек.) Эти пробы я замораживаю в морозильнике при температуре -20°С в течение трех часов. В результате благодаря поверхностному натяжению образуются островки льда диаметром около одного миллиметра. Кристалл виден, когда вы направляете свет на верхушку такого ледяного островка.
Конечно, у меня ни при одном опыте не получалось пятидесяти одинаковых кристаллов, а иногда и вообще никаких кристаллов не образовывалось. Когда мы проанализировали получающиеся кристаллы, то обнаружили, что разная вода образует кристаллы разной формы. Некоторые из них были похожи на правильные снежинки, некоторые получались деформированными, а в некоторых пробах воды, как я уже сказал, вообще никакие кристаллы не образовывались.
Сперва я посмотрел на кристаллы водопроводной воды из различных районов. Вода Токио оказалась просто ужасной – она не могла образовать ни одного законченного кристалла. Для дезинфекции в водопроводную воду добавляют некоторое количество хлора, который полностью разрушает структуру природной воды.
Однако из природной воды, вне зависимости от того, откуда она была взята – будь то родники, подводные реки, ледники или верховья рек, – формировались вполне законченные кристаллы.
Мои исследования кристаллов льда стали продвигаться успешнее. И вот однажды мой компаньон, который был так же захвачен этим проектом, как и я, сказал нечто абсолютно неожиданное: «А давайте посмотрим, что произойдет, если мы подвергнем воду воздействию музыки».
Я знал о том, что музыкальные вибрации могут оказать определенное воздействие на воду. Я сам чрезвычайно люблю музыку и в детстве даже собирался стать профессиональным музыкантом, и поэтому я, естественно, сразу же одобрил этот необычный эксперимент.
Сначала мы не имели ни малейшего представления о том, какую музыку мы будем использовать и при каких условиях будем проводить наш эксперимент. Но после множества проб и ошибок мы пришли к заключению, что лучший способ, он же и самый простой, – поставить бутылку с водой на стол между двух динамиков и включить музыку такой громкости, какую обычно слушает человек. Кроме того, мы должны были использовать ту же воду, что и в предыдущих экспериментах.
Сперва мы попробовали дистиллированную воду, купленную в аптеке.
Результаты поразили нас. Пасторальная симфония Бетховена, с ее яркими и чистыми интонациями, привела к созданию прекрасных и хорошо оформленных кристаллов. Сороковая симфония Моцарта, грациозная молитва красоте, создавала кристаллы, которые были изысканными и изящными. А кристаллы, образованные после прослушивания одного из этюдов Шопена (Е, Ор.10, №3), поразили нас своими восхитительными деталями.
Любая классическая музыка, воздействию которой мы подвергали воду, приводила к образованию правильно сформированных кристаллов с отчетливо выраженными характерными чертами. В противоположность этому вода, на которую действовали неистовой музыкой тяжелого рока, способна была в лучшем случае образовать обломанные и неправильно сформированные кристаллы.
Но на этом наши эксперименты не закончились. Далее мы задались вопросом, что произойдет, если мы напишем слова вроде «спасибо» или «дурак» на кусочках бумаги и обернем эту бумагу вокруг бутылок с водой так, чтобы слова были обращены к ней. Казалось невероятным, чтобы вода могла «прочитать» написанное, понять его значение и в соответствии с этим изменить свою структуру. Однако после экспериментов с музыкой я был готов к самому невероятному. Результаты экспериментов не разочаровали нас. Вода, которой показывали слово «спасибо», образовала красивые шестиугольные кристаллы, в то время как вода, которая подвергалась воздействию слов «ты дурак», создала кристаллы, подобные кристаллам воды, «слушавшей» тяжелый рок, – уродливые обломки.
Дальнейшие эксперименты показали, что вода, которая подвергалась воздействию побудительных призывов («Давай это сделаем»), образовывала привлекательные кристаллы с правильным строением. Вода же, на которую воздействовали фразами в повелительном наклонении («Делай это!»), едва ли вообще могла образовать какие-либо кристаллы.
Урок, который мы можем извлечь из этого эксперимента, заключается в том, что слова обладают силой. Вибрации хороших слов оказывают положительное воздействие на наш мир, в то время как вибрации, исходящие от негативных, жестких слов, обладают способностью разрушать его.
Изучение воды – это, в каком-то смысле, исследование законов мироздания, а кристаллы, которые нам показывает вода, – словно ворота в другое измерение. Когда мы продолжили наши эксперименты по фотографированию кристаллов, нам показалось, будто мы поднимаемся все выше по лестнице, ведущей к пониманию важнейших истин вселенной.
Мне особенно запомнилась одна фотография. Это был самый красивый и изысканный кристалл из всех, что я видел до сих пор, – кристалл, образованный под воздействием слов «любовь и признательность». Казалось, будто вода радовалась и ликовала, создавая пышно распустившийся цветок. Это было настолько прекрасно, что я могу сказать – с этого момента вся моя жизнь переменилась.
Вода научила меня понимать тонкости человеческой души и то влияние, которое «любовь и признательность» могут оказывать на мир.
В Японии говорят, что слова, идущие от души, принадлежат духу, который называется котодама, или «дух слов», а произнося слова, мы получаем способность изменять мир. Мы все знаем, что слова обладают огромным влиянием на то, как мы думаем и чувствуем, и что дела обычно идут более гладко, если использовать ободряющие слова. Однако до сих пор мы не имели возможности воочию увидеть действие позитивных слов.
Стремясь помочь как можно большему количеству людей выздоравливать или оставаться здоровыми, я многие годы ухаживал за больными. И чем больше я видел людей, испытывающих страдания, тем больше убеждался в том, что болезнь – это не только личная проблема, но и результат деформации общества в целом.
Итак, что же это такое – уродство мира? Уродство мира – это уродство души, и подобные уродства могут воздействовать на саму вселенную. Одна капля, упавшая в пруд, порождает круги, которые распространяются бесконечно. Уродство одной лишь души распространяется на весь мир, порождая глобальные уродства.
Но не все потеряно – надежда еще есть. Есть спасение, и оно называется «любовь и признательность».
Земля ищет. Она хочет быть прекрасной. Она хочет быть так прекрасна, как это только возможно. Прежде я сказал о том, что человек – это вода. Я более чем уверен в том, что в тех людях, которые смотрят на фотографии кристаллов, вода претерпевает какие-то изменения.
И я нашел самый прекрасный из всех кристаллов, кристалл, который создан «любовью и признательностью». Пожалуй, именно на этом основаны все религии мира, и, если бы все жили в любви и признательности, законы стали бы не нужны. «Любовь и признательность» – вот те слова, которые должны служить нам проводником в этом мире.
Вода ясно показывает нам, как мы должны прожить нашу жизнь. История воды начинается с каждой отдельной клеточки и охватывает всю вселенную. Я надеюсь, что и вы почувствуете тот же подъем и волнение, которые чувствовал я, наблюдая за развитием этой драмы.
1.1. Глава первая Из чего сделана вселенная?
Понимание того, что мы состоим главным образом из воды, является первым шагом к раскрытию тайн вселенной. Если вы вновь взглянете на мир вокруг вас с этой точки зрения, то начнете видеть вещи так, как никогда прежде не видели.
Разнообразные события, происходящие в течение человеческой жизни, находят свое отражение в воде. И отдельный человек, и все наше общество создают единый громадный океан; добавляя наши собственные капельки к этому океану, мы участвуем в образовании общества.
Я хотел, чтобы как можно больше людей услышали послания, которые вода хранит для нас, и именно поэтому решил опубликовать фотографии кристаллов льда. Этот поступок/ был лишь небольшой каплей, но от него пошли круги, которые породили уже целую волну, повлиявшую и на мою жизнь, и на жизни многих других людей.
Чтобы подготовить фотографии к публикации, я постарался расположить их в определенном порядке, и когда я это сделал, то вдруг начал понимать, что перед моими глазами разворачивается настоящая история, великая и удивительная история, которую каждый отдельный кристалл пытался рассказать мне. Люди ищут способы осмыслить тот мир хаоса, в котором все мы находимся. Этот альбом фотографий стал маленькой, но важной каплей, породившей волну, которая с тех пор катится по всему миру.
Я был изумлен, когда увидел, что воздействие энергии человеческого сознания и слов на образование кристаллов льда произвело впечатление на такое большое количество людей, – хотя сама идея о том, что слова и мысли обладают властью изменять воду и другие субстанции, несомненно, многим может поначалу казаться «сектантской».
В то время как одна вода формировала величественные кристаллы, словно символизирующие красоту этого мира, кристаллы, образуемые другой водой, были уродливыми, будто хотели рассказать нам о темных уголках нашей души.
Выступая с лекциями, я демонстрирую слайды кристаллов льда. Реакция на эти слайды весьма различна. Я часто слышу, как люди вскрикивают от удивления, а иногда даже вижу, как они вытирают слезы. Я обнаружил, что одна и та же капля воды может оказывать различное воздействие на человека.
Вода – это зеркало нашей души. У нее много лиц, которые образуются в результате того, что вода принимает в себя сознание всех людей, живущих на Земле. Что дает воде эту способность отражать все то, что сокрыто в человеческих душах? Перед тем как ответить на этот вопрос, я сперва хотел бы удостовериться в том, что вы понимаете главное: Бытие есть вибрация.
Вся вселенная находится в состоянии вибрации, и каждая, вещь порождает свою собственную уникальную частоту. Все, о чем я хочу рассказать в этой книге, основывается именно на этом факте. Долгие годы исследований воды научили меня тому, что это и есть основополагающий принцип вселенной.
Однако сегодня квантовая механика подтверждает, что материя – это не более чем вибрации. Если мы разделим любой предмет на мельчайшие фрагменты, то попадем в странный мир, в котором все существующее – это лишь частицы и волны.
Наши глаза могут видеть предметы, но они не могут видеть вибраций.
Люди тоже испускают вибрации, или энергетические колебания, и каждый человек вибрирует со своей собственной, уникальной частотой. Более того, каждый из нас обладает «сенсорными способностями» и может улавливать вибрации других.
Человек, который испытывает печаль, будет генерировать частоту печали, а тот, кто всегда доволен и живет полной жизнью, будет излучать энергию на соответствующей радостной частоте. Человек, который любит других, посылает от себя вибрации любви, а совершающий злые поступки – темные и злые вибрации.
Подобный принцип также применим к различным предметам и даже к местам. Есть, например, места, в которых часто происходят несчастные случаи; места, где процветает бизнес; места, которые просто излучают счастье. И вы, наверное, слы-_ шали истории об алмазе, который приносит несчастье всем своим владельцам.
Все сущее находится в состоянии вибрации (колебания), а значит, все сущее рождает звук.
Считается, что человеческое ухо способно различать частоты примерно от 15 до 20 000 Гц (Гц, или герц, – это количество циклов повторяющихся волновых колебаний в секунду).
На самом деле даже хорошо, что наши уши имеют такие ограничения: в противном случае мы, вероятно, не смогли бы спать ночью.
В мире природы все прекрасно продумано и все находится в равновесии. Если звук рождается, то должен существовать тот главный слушатель, для которого этот звук предназначен, и слушатель этот – вода.
Я попросил бы вас задуматься над тем, почему музыка оказывает такое большое влияние на образование кристаллов и почему совершенно разные результаты достигаются в зависимости от того, воздействию каких сказанных или написанных слов подвергается вода. Ответ опять же в том, что все есть вибрация. Вода настолько чувствительна к уникальным частотам, испускаемым всем, что только существует в мире, что фактически вода отражает весь этот внешний мир.
Музыка и изреченные слова – это вибрации; они могут быть легко поняты и истолкованы практически каждым. Так, звуки, подобные монотонным песнопениям на буддийской религиозной церемонии, создают целительную частоту вибраций.
Но как мы можем объяснить тот факт, что на образование кристаллов оказывают влияние слова, написанные на бумаге и показанные воде? На самом деле написанные слова также излучают уникальные вибрации, которые вода в состоянии почувствовать. Вода честно отражает все вибрации, создаваемые в мире, и превращает эти колебания в форму, видимую человеческому глазу. Когда воде показывают написанное слово, она воспринимает его как колебание и выражает это послание особым образом. (Можно представить себе, что буквы – это визуальный код для выражения слов.)
Звук завывающего ветра, звук струящейся воды, звук животного, крадущегося в траве, – умение понимать эти звуки и передавать их другим при помощи голоса требовалось для выживания. Весьма вероятно, что эти первые пробы речи представляли собой простые послания из нескольких слов, однако с развитием культуры и накоплением опыта наш словарь расширялся.
Вода, которой показывали слово «спасибо», образовывала красивые геометрические кристаллы, вне зависимости от того, на каком языке это слово было написано. Но вода, подвергавшаяся воздействию слов «ты дурак» и подобных унизительных выражений, давала в результате явно изломанные и изуродованные кристаллы.
Мы можем предположить, что, когда образуется полный геометрический кристалл, вода находится в согласии с природой и тем феноменом, который мы называем жизнью. Кристаллы не образуются в воде, которая была осквернена результатами нашей неспособности помнить о законах природы. Когда мы попробовали сделать фотографии кристаллов из водопроводной воды Токио, результаты были самыми жалкими, а все потому, что эта вода дезинфицируется хлоркой, которая нарушает ее природную способность образовывать кристаллы.
Когда вода замерзает, частички воды сцепляются вместе, чтобы образовать ядро кристалла. Это ядро постепенно разрастается, и, когда оно приобретает шестиугольную форму, появляется видимый кристалл воды; однако в присутствии такой информации, которая находится в конфликте с самой природой, кристалл формируется незавершенным.
Слова «признательность» и «любовь» представляют собой основополагающие принципы законов природы, да и самой жизни. Поэтому вода, в своей природной форме, обязательно создает кристаллы шестиугольной формы. С другой стороны, такие слова, как «ты дурак», не существуют в природе. Они являются неестественными элементами, созданными людьми. Обидные слова, оскорбления и насмешки – это порождения культуры, сотворенной людьми.
Рассказывая про вибрации и частоты, я использую то, что люблю называть «теорией до-ре-ми-фа-соль-ля-си». Согласно этой простой теории, частота всего, что существует во вселенной, может быть сведена к семи диапазонам – до, ре, ми, фа, соль, ля, си.
Но что это нам даст, если мы будем рассматривать частоту как звук?
Наиболее важное открытие – это существование резонанса. Звуки одной частоты резонируют. Это можно проиллюстрировать с помощью камертона, инструмента, которым пользуются для настройки высоты звучания инструмента или голоса.
Когда мы ударяем камертон специальным молоточком, создавая звук «ля», и певец отвечает нотой «ля», камертон и голос создают звуковую волну одной частоты. Это и называется резонансом. Когда одна сторона создает звук определенной частоты, а другая отвечает тем же звуком, они резонируют.
Мы наблюдаем то же самое и в человеческих отношениях: люди, которые генерируют сходные частоты, притягиваются друг к другу, и в результате возникает дружба. Другие же остаются равнодушными по отношению друг к другу, вне зависимости от того, насколько они близки физически. Впрочем, если кто-то, кто вам не нравится, приближается к вам и вы на это реагируете, это также означает, что вы резонируете каким-то образом с этим человеком.
Мы также можем сказать, что для всякого звука на каждом уровне существует резонирующий звук на каждом другом уровне.
Если задуматься, люди притягиваются к Христу, Будде и всем тем, кто испускает вибрации высокого уровня, но мы также видим, что нас привлекают изгои общества, обладающие исключительно низким уровнем колебаний, такие, например, как Бонни и Клайд. Это кажущееся на первый взгляд противоречие можно объяснить тем, что люди вступают в резонанс друг с другом на разных уровнях. Вполне вероятно, что подобное расщепление – это естественная часть жизни.
Осквернение нашей Земли – это результат бездумного стремления к комфорту и удовлетворению жадности, начало которому положила техническая революция. В результате возникло общество, проповедующее образ жизни, основанный на массовом потреблении, и это представляет реальную угрозу всему, что нас окружает.
Если вы наполните свое сердце любовью и признательностью, вокруг вас появится столько всего, что вы сможете любить и за что сможете чувствовать признательность*. Вы даже сможете приблизиться к жизни, наполненной здоровьем и счастьем, то есть к той жизни, к которой вы всегда подспудно стремитесь. Но что произойдет, если вы испускаете сигналы ненависти, неудовлетворенности и печали? Тогда вы, скорее всего, окажетесь в ситуации, которая действительно сделает вас полным ненависти, неудовлетворенным и печальным.
Жизнь, которую вы проживаете, и мир, в котором вы живете, зависят от вас.
1.2. Глава вторая Врата в иной мир
Вода – это нечто настолько простое, что мы редко останавливаемся для того, чтобы подумать о ней. Несмотря на то что мы пьем ее, моемся ею, готовим на ней пищу каждый день в течение всей жизни, мало кто из людей уделяет время серьезным размышлениям о воде. Но, вероятно, нет ничего более загадочного, чем простая вода.
Одна из самых больших загадок воды заключается в том простом факте, что лед плавает в ней. Когда любое другое вещество переходит из жидкого состояния в твердое, его плотность возрастает и вещество становится сравнительно более тяжелым. Однако во льду частички воды располагаются очень упорядочение, с большим количеством свободного пространства между ними. Когда лед снова превращается в воду, ее частички становятся в сотни тысяч раз более активными, и поэтому свободные пространства заполняются. Это и делает жидкую форму воды более плотной и тяжелой, чем твердая форма.
Вода находится в своем самом тяжелом состоянии при температуре 4°С. При этой температуре активные частички воды заполняют свободные промежутки в молекулярной структуре. По мере того как температура повышается, частички становятся еще более активными, что затем приводит к уменьшению плотности.
Именно поэтому, какая бы холодная зима ни стояла над озером (или другим подобным водным массивом), температура воды у дна остается постоянной – 4°С. В результате все, что живет в озере, может пережить длинные зимы подо льдом.
Если бы вода вела себя как все другие вещества и лед опускался бы на дно, что бы тогда произошло? Ну, во-первых, и нас с вами, возможно, не было бы. Каждый раз, когда температура опускалась бы, дно озер и океанов превращалось бы в сплошной лед и все живые существа погибали.
Благодаря тому, что лед плавает, состояние воды подо льдом дает возможность жизни продолжаться даже тогда, когда поверхность воды покрывается льдом.
Вода также обладает уникальной способностью растворять другие вещества и вымывать их. Только подумайте, как много веществ может раствориться в воде и как трудно вернуть воду к ее исходному чистому состоянию. На полупроводниковых заводах и химических фабриках для того, чтобы получить воду особой чистоты, используют специальные очистители, но как только такая вода помещается в контейнеры, сделанные из пластика (и из многих других материалов), содержащиеся в них примеси начинают быстро растворяться. Поддерживать воду в совершенно чистом состоянии чрезвычайно трудно. Вас, конечно, не удивит, если я вам скажу, что даже вода из-под крана, а также речная вода, которая вроде бы выглядит совершенно чистой, содержит множество загрязнений и минералов.
Способность воды растворять различные вещества приводит к созданию некоего «супа жизни», который снабжает океаны необходимыми питательными веществами, дающими возможность существования в нем живых организмов. Этот-то «суп» и стал местом рождения всех живых существ на земле.
Действительно, вода – это та сила, которая создает и дает жизнь. Без воды различные частички не смогли бы ни смешиваться, ни распространяться. Вода создала на земле хаос, но она же и дала начало порядку, а в результате появилась планета, наполненная жизнью.
Древние говорили: где вода, там жизнь. Вода - мать всего живого и сама энергия жизни, и все благодаря ее уникальным физическим качествам.
Но все это началось еще раньше, с рождением Солнца. Глыбы газа встречались и начинали вращаться, образуя красный шар. Остававшаяся пыль и газы тоже соединились и образовали Землю и другие планеты Солнечной системы. В то время Земля все еще была шаром из горящей магмы, содержащей водород. По мере того как магма остывала, водород испарялся во вновь сформированную атмосферу.
Однако не все ученые соглашаются с таким представлением, и некоторые предлагают совершенно противоположные теории. Один из таких ученых – Луис Франк из Университета Айовы, который высказал предположение о том, что вода прибыла на нашу планету из открытого космоса в виде глыб льда.
Профессор Франк начал свои исследования, когда, озадаченный фотографиями, полученными со спутников, на которых видны были черные пятна, он пришел к заключению, что эти черные точки представляют собой небольшие кометы, падающие на Землю.
Эти мини-кометы в действительности оказались шарами, состоящими из воды и льда, которые весят сотни и более тонн и падают в земную атмосферу с частотой около двадцати в минуту (или десять миллионов в год). Согласно теории Франка, эти ледяные шары бомбардировали Землю четыре миллиарда лет назад, что привело к созданию морей и океанов, и этот процесс продолжается по сей день.
В то время как сила притяжения Земли притягивает эти ледяные кометы из открытого космоса в ее атмосферу, солнечное тепло испаряет их и превращает в газ. Пока они падают сквозь атмосферу, частички газа перемешиваются в ней с воздухом и выпадают на поверхность Земли в виде дождя или снега.
Несколько лет назад в средствах массовой информации широко обсуждалось совместное заявление НАСА и Гавайского университета о том, что теория доктора Франка действительно заслуживает доверия, однако до сих пор многие ученые отказываются принять этот новый взгляд на мир.
Действительно, если этот новый подход заслужит всеобщее признание, то потребуется переписать многие книги в библиотеках всего мира. Это даст новый импульс почти для всех научных теорий, связанных с жизнью на этой планете, таких, например, как теория происхождения человека или дарвиновская теория эволюции.
Общепринято, что без воды не может быть жизни, но если мы примем, что вода, источник всего живого, была послана из открытого космоса, тогда логически придем кзаключению, что все живое, включая и человека, чужеродно по отношению к этой планете.
Но если мы будем придерживаться теории о том, что вода имеет внеземное происхождение, вполне вероятно, что мы сможем лучше понять многие необычные свойства воды.
Почему лед плавает? Почему вода способна растворять так много различных веществ? Почему полотенце способно впитывать воду снизу вверх, явно вопреки законам тяготения? Если предположить, что вода пришла к нам из другого мира, эти и прочие загадки, окружающие воду, возможно, покажутся немного менее сложными для понимания.
Вода из открытого космоса – быть может, это покажется немного притянутым за уши. Но ведь это щекочет ваше воображение, не так ли? После того как вода закончит свое долгое путешествие сквозь космос, для нее начинается следующий период – движение по нашей планете.
Глыбы льда долетают до Земли, становятся облаками и в конце концов падают на поверхность планеты в виде дождя или снега. Эта вода омывает горы, просачивается под землю, обогащается минералами и затем снова поднимается к поверхности. Из рек и океанов солнце испаряет воду и возвращает ее в атмосферу, чтобы из воды вновь образовывались облака.
И вода, и минералы, которые она проносит через этот цикл, – это то, что делает возможной саму жизнь. Атмосферный углекислый газ растворяется в океанах и делает возможным фотосинтез, создавая великолепно уравновешенную экологическую систему. Именно в океане появилась первая крупинка жизни, и произошло это около 3,8 миллиардов лет назад. В процессе эволюции эта крупинка превратилась в водоросль, способную к фотосинтезу, что дало первые запасы кислорода. В свою очередь кислород, взаимодействуя с ультрафиолетовыми лучами Солнца, заключил Землю в защитную оболочку, которая называется озоновым слоем.
Затем, около 420 миллионов лет назад, благодаря кислороду и озоновому слою, жизнь сделала свой первый шаг из воды на сушу.
Предполагают, что зарождение наших человекоподобных предков произошло лишь 20 миллионов лет назад в Африке. Если мы примем всю историю Земли, длиною более четырех миллиардов лет, за один «год», то человек родился в восемь часов вечера последнего дня этого года, и все это стало возможным лишь благодаря образованию кислорода и озонового слоя.
А той силой, которая создала жизнь и позволила жизни эволюционировать, была, конечно же, ВОДА! Вода смогла сделать это потому, что она обладает уникальной способностью растворять необходимые для жизни питательные вещества и нести их от гор и рек в океаны.
И вот теперь мы спрашиваем себя, является ли эта великая драма жизни лишь случайностью. Когда мы задумываемся о сюжете, который начал разворачиваться во времена, настолько отдаленные от нас, что нам даже трудно их вообразить, – о зарождении жизни на этой планете, повлекшем за собой создание совершенной системы, которая сделала возможной эволюцию, – мы не можем избавиться от ощущения, что за всем этим лежал действительно великий замысел!
Какую информацию древняя вода принесла с собой в те времена,.когда она покинула открытый космос и пролилась на Землю? Мы можем предположить, что она принесла программу, необходимую для развития жизни. И я надеюсь, что теперь вы начнете более отчетливо представлять себе, что же на самом деле есть жизнь.
Воде, упавшей с неба, требуется несколько десятков, а иногда даже сотни лет для того, чтобы просочиться под землю и стать грунтовой водой.
Более того, у меня сложилось впечатление, что процесс созерцания кристаллов подобен процессу творения жизни. Это потому, что, когда мы смотрим на кристаллы, вода каждое мгновение меняет свой вид. Ваш взгляд обладает особой энергией, и если взгляд, наполненный добрыми намерениями, придаст храбрости и ободрит, то злой взгляд действительно лишает отваги.
Нам надо заботиться о том, чтобы дарить нашим детям свое внимание, разговаривать с ними, причем говорить им слова доброты и любви мы должны начинать с момента зачатия.
Ласковое обращение с растениями – если смотреть на них с добротой и говорить им слова похвалы, – поможет сделать их здоровыми и цветущими. Это также относится и к домашним животным, и даже к насекомым.
Я надеюсь, что благодаря этой книге многие проникнутся уважением к воде и станут смотреть на воду с большей добротой. В результате вода создаст больше прекрасных кристаллов, и таким образом мы все будем участвовать в создании лучшего мира.
Я не сомневаюсь, что Бог получает огромное удовольствие от своей работы и хочет дать нам такую же способность, которой обладает и Он сам, – способность творить. А потом Он будет смотреть сверху взглядом, полным доброты и ласки, на то, как мы, свободно и сознательно, станем использовать этот дар.
Память обо всем живом прибыла на нашу Землю, принесенная сюда душой воды. Из этой памяти пробудилась жизнь, появился человек и, наконец, родились мы с вами. И теперь мы вновь смотрим на воду и вдыхаем в нее жизнь. Ваше сознание, вашезнание и добрая воля, ваша улыбка,рожденная любовью, – все это дает воде новую жизнь и ведет к созданию новой, чудесной вселенной.
1.3. Глава третья Все создается сознанием
С тех пор как я занялся изучением удивительных способностей воды, мне посчастливилось видеть множество образцов воды со всего мира и проводить на них эксперименты. Вода из любой точки Земли обладает своими уникальными и прекрасными особенностями.
Кроме того, я своими глазами видел, как вода во всем мире становится грязной. Всемирная торговая организация уже заявила: если XX век начался с войн за нефть, то XXI станет свидетелем войн за воду.
В отличие от воды из-под крана, родниковая вода, вода из верховий рек и других природных источников создает прекрасные кристаллы. Однако большая часть воды, которая теперь появляется из-под земли, пролилась с неба более пятидесяти лет назад, примерно в то время, когда в Японии началась индустриализация.
Загрязнение дождевой воды достигло глобальных масштабов. Я пытался сфотографировать кристаллы, образованные водопроводной водой одного японского города, загрязненной диоксином, но не смог получить ни намека на образование кристаллов. Промышленные отходы загрязняют протекающую воду, которая разносит отравляющие вещества по всему миру.
Но надежда есть. Люди, живущие в городе с водой, отравленной диоксином, очень заинтересовались вопросом защиты своей воды, и теперь с каждым годом ей становится все легче и легче образовывать кристаллы.
Загрязнение началось в нашем собственном сознании. Мы начали думать, что хотим изобилия и комфорта любой ценой, но наш эгоизм привел к загрязнению окружающей среды, которое теперь коснулось каждого уголка земного шара.
Благодаря фотографиям кристаллов мы увидели, что вода – это зеркало нашей души. Как выглядят наши души сегодня и как они должны выглядеть? На эти вопросы вода тоже может дать ответ.
Куда мы направляемся? И как нам защитить эту планету? Подобные вопросы можно реально рассматривать, только если мы признаем величие человека. Возможно, наступит время, когда мы перестанем видеть в человеке лишь некий злой фактор, несущий планете одни бедствия. Я думаю, мы недооцениваем врожденные способности, которыми каждый из нас обладает. Наше могущество воистину огромно.
По оценкам ученых, в природе существует от 108 до 111 химических элементов (я полагаю, что на самом деле 108, и ниже объясню почему). На сегодняшний день в человеческом теле подтверждено наличие 90 элементов – из всех живых существ только человек содержит так много. Но я подозреваю, что внутри нас до сих пор остались еще необнаруженные элементы (или же мы приобретем оставшиеся элементы в процессе эволюции, приближаясь к тому, чтобы стать завершенным и совершенным человеком).
Более эволюционно развитые создания содержат большее количество элементов. По сравнению с человеком, растения содержат значительно меньше элементов, и в чем это проявляется? Можно предположить, что меньшее количество элементов означает меньшую способность испытывать эмоции.
Многие животные могут испытывать боль, но, вероятнее всего, только люди (и некоторые животные, эволюционно близкие к людям) способны испытывать высшие эмоции – такие, как печаль и страсть.
Если мы будем рассматривать человеческое тело как целую вселенную в миниатюре, покажется даже естественным, что мы содержим в себе все элементы. Согласно буддизму, человек рождается со 108 земными страстями (такими, например, как смятение, привязанность, ревность и тщеславие), которые мучают нас на протяжении всей нашей жизни. Я думаю, логично предположить, что эти 108 земных страстей имеют свои соответствия в 108 элементах.
По сути, первый же прибор для определения вибраций, который я испытал в Японии, сделал большой шаг к доказательству этого предположения. Прибор мог измерять уникальные вибрации, испускаемые всем, что находится вокруг нас, и затем передавать их воде. Я смог записать вибрации, исходящие от разных людей, и понял, что отрицательные вибрации, которые мы испускаем, соответствуют колебаниям, испускае-. мым различными элементами.
Так, например, вибрации, созданные раздражением, эквивалентны вибрациям ртути, созданные гневом – вибрациям свинца, а вибрации печали и сожаления совпадают с вибрациями алюминия. Сомнения связаны с кадмием, отчаяние с железом, а стресс – с цинком.
В последние годы неоднократно указывалось на то, что использование алюминиевой кухонной посуды может способствовать развитию болезни Альцгеймера. Если это действительно так, возможно, причина кроется в том, что алюминий обладает той же частотой колебаний, что и печаль; поэтому печаль и сожаления пожилого возраста вызывают тягу к алюминию, что и ведет к началу болезни Альцгеймера.,
Вполне вероятно, что отношения между планетами и человеческой личностью, о которых говорят астрологи, могут каким-то образом быть связаны и с металлами [1].
Для меня эта теория содержит глубокий смысл, особенно если учесть, что у меня имеются собственные представления об отношениях между 108 земными страстями и химическими элементами. Количество планет в Солнечной системе – 9. Это число, которое при умножении на 12 дает нам 108. Используя Периодическую систему, мы, вероятно, однажды сможем определить, какая планета соответствует каким элементам.
В течение всей нашей жизни мы будем подвластны 108 земным страстям, но как нам справляться с этими отрицательными эмоциями, которых, кажется, невозможно избежать? Умение побеждать отрицательные эмоции – это то, чему нам просто необходимо научиться, если мы хотим добиваться успеха в этой жизни. Итак, что же мы должны делать, если замечаем, что наше сознание затуманено гневом, печалью, завистью или другими отрицательными эмоциями?
Для начала мы должны понять, что невозможно, да и необязательно стремиться полностью избавить себя от эмоций. Ни один человек не может полностью освободиться от отрицательных мыслей. Все мы несем в себе память наших предков из далекого прошлого, начиная с пробуждения сознания в первом человеке, и всем нам суждено наследовать часть их негативности.
И все же действительно неприятно осознавать, что мы неспособны освободиться от постоянных отрицательных мыслей и эмоций, одолевающих наши души. Как мы можем бороться с ними?
Если основываться на законе вибраций, ответ окажется весьма прост. Нам следует всего лишь начать испускать эмоции, противоположные отрицательным. При совмещении двух противоположных волн отрицательная эмоция исчезает.

Почему, когда яд разведен в воде до такой степени, что его уже невозможно обнаружить физическими методами, первоначально ядовитый раствор становится лечебным? Когда само вещество исчезает, в воде остается лишь память о его вибрациях; тогда-то яд и становится лекарством.
Если рассуждать логически, лекарства не очень-то полезны для тела. Они могут облегчить симптомы заболевания и избавить от боли, но лекарство может также стать и сильным ядом.
По моему глубокому убеждению, врач, занимающийся лечением человеческого тела, должен быть в первую очередь философом. В прошлом роль врача исполнял шаман или жрец племени, который призывал своих соплеменников правильно жить, следовать законам природы и использовать ее целительные силы.
Важность положительного настроя нельзя недооценивать!
Положительное мышление усилит вашу иммунную систему и поможет вам начать движение в сторону выздоровления – и как раз сейчас медицинское сообщество начинает это осознавать. Так, например, есть врач, который лечит раковых больных восхождениями в горы. Когда вы возвращаете человеку смысл жизни, это и поддерживает его дух, и укрепляет иммунную систему.
Времена, когда мы верили лишь в то, что можно увидеть невооруженным глазом, прошли, и теперь мы начинаем все больше задумываться о важности души. Мы движемся в правильном направлении, и я думаю, что в наступившем столетии именно таким станет образ мыслей большинства из нас.
Человеческое тело главным образом состоит из воды, а сознание – это душа. То, что помогает воде плавно протекать по нашему телу, – выше всех прочих медицинских методов, доступных нам. Самое главное – это содержать душу в чистоте. Только представьте, что через ваше тело протекает вода, способная образовывать прекрасные кристаллы! Это может быть, если вы сами позволите этому быть.
Теперь я знаю, что иммунитет создает не одна лишь любовь, но любовь и признательность. И убедился в этом благодаря следующему эксперименту.
Я нагревал воду в микроволновой печи и затем пытался определить влияние магнитного поля на кристаллы. Использовал два типа воды – дистиллированную воду и воду из-под крана, которой предварительно показывал слова «любовь» и «признательность». Кристаллы, образованные дистиллированной водой, были изуродованными и незаконченными, но вода, которая подверглась воздействию слов «любовь» и «признательность», создавала законченные кристаллы. Иными словами, «любовь» и «признательность» смогли сделать воду невосприимчивой к разрушающему влиянию магнитного поля.
Кроме того, я обнаружил, что кристаллы «любви» и «признательности» в действительности больше похожи на кристаллы «признательности», чем «любви». Это указывает на то, что вибрации «признательности» сильнее и оказывают большее влияние на формирование кристалла. Любовь – это более активная сила, действие, связанное с безусловной отдачей себя. В противоположность ей, признательность – это сила более пассивная, чувство, возникающее оттого, что вам дали что-то; вы осознаете, что вам вручают дар жизни, и протягиваете обе руки, чтобы с радостью получить его.
Итак, каковы отношения между любовью и признательностью? Для ответа на этот вопрос мы снова можем обратиться к воде, используя ее как модель. Молекула воды состоит из двух атомов Водорода и одного атома кислорода, представленных в химической формуле как Н;О. Если бы любовь и признательность, подобно кислороду и водороду, были связаны вместе в пропорции 1:2, признательность была бы вдвое больше любви.
Я предполагаю, что вдвое больше признательности, чем любви, – это именно то соотношение, к которому все мы должны стремиться.
Наблюдая за миром природы, мы видим, что пассивная энергия обладает большей силой. Морская рыба откладывает огромное количество икры, но лишь небольшая часть икринок достигает той стадии, когда из них появляются маленькие рыбки. Подавляющее же большинство икринок становится пищей других морских созданий.
Человечество отвернулось от всего, что нельзя было увидеть, и сосредоточило свое внимание на материальном мире. Ради того чтобы извлечь из этого материального мира как можно больше, мы вырубали леса и орошали пустыни, пытаясь тем самым обеспечить верховное господство нашей культуры.
Подобный прогресс человеческого общества действительно может быть результатом любви – к нашим семьям и к нашим странам, – но до тех пор, пока мы не перестанем жить, руководствуясь лишь этими принципами, конца конфликтам не будет. История XX века была историей борьбы и войн.
Главное, в чем сегодня нуждается мир, – это признательность. И первое, что нам необходимо сделать, – это научиться довольствоваться тем, что мы имеем. Мы должны испытывать благодарность за то, что родились на планете с таким богатым природным миром, и быть признательны воде, которая сделала возможной саму нашу жизнь. А в самом деле, знаем ли мы, как это замечательно – иметь возможность вдохнуть полной грудью чистый воздух?
Если вы откроете глаза, то увидите: мир полон того, что заслуживает вашу признательность.
Вы только представьте себе, какой чистой будет вода, наполняющая ваше тело, когда вы станете воплощением этой признательности.
1.4. Глава четвертая Всего лишь мгновение, и мир изменится
Вы знаете"; где можно достать действительно хорошую воду?
Наверное, в швейцарских Альпах? Быть может, на Северном полюсе? Или на Южном? В наши дни нетрудно найти бутылочную воду, изготовители которой утверждают, что она лучшая в мире, но можно ли действительно купить хорошую воду?
Вода – это не просто НгО. Пусть даже вы пьете самую натуральную и качественную воду, без чистой души она не будет иметь хорошего вкуса.
Позвольте мне задать вам вопрос: насколько чиста ваша душа? Вас тяготят неприятности на работе? А как насчет семейных неурядиц? Ваше сознание неспокойно? Если это так, вам может показаться, что вода, которую вы пьете, имеет самый обыкновенный и наскучивший вкус.
Но стоит вам только позаниматься спортом или сделать какие-нибудь другие упражнения, вода, даже простая вода из-под крана, обретает восхитительный вкус и прекрасно освежает. Иными словами, главное – это то, что происходит в вас самих.
Наши эмоции и чувства каждую секунду оказывают влияние на мир. Посылая вовне созидательные слова и образы, вы вносите свой вклад в создание прекрасного мира. Испуская же разрушительные послания, вы участвуете в разрушении вселенной.
Поняв это, вы уже не сможете говорить гневные слова тем, кто находится вокруг вас, или винить других за ваши собственные ошибки и слабости. Вы способны изменить мир за одно мгновение. Для этого надо всего лишь сделать простой выбор. Выбираете ли вы мир, озаренный любовью и признательностью, или мир, полный страдания, неудовлетворенности и убожества? Ответ всегда будет зависеть от вашего настроя в данный момент.
В нашем обществе каждый, кто говорит о том, что сознание способно влиять на материальный мир, рискует подвергнуться остракизму за высказывание лженаучных идей. Впрочем, сама наука настолько продвинулась вперед, что ее неспособность понять сознание и разум уже ограничивает наше понимание очень многого в окружающем нас мире.
Квантовая механика, некоторые психологические теории (такие, например, как теория потока, о которой говорит Юнг) и генная инженерия научили нас тому, что есть иной мир, чем тот, который нам так хорошо знаком. Вы не можете увидеть этот иной мир своими глазами и не можете дотронуться до него. Это мир, в котором само время не существует.
Известный физик-теоретик Дэвид Бом назвал мир, доступный нашим чувствам, «явным порядком», а внутреннее бытие - «подразумеваемым порядком». Согласно Бому, все, что существует в «явном порядке», прежде было свернутым в «подразумеваемом порядке», и каждая часть «явного порядка» включает в себя всю информацию порядка «подразумеваемого».
Быть может, это не так-то просто понять, но, в сущности, Бом говорит, что каждая частичка вселенной содержит информацию обо всех частях вселенной. Иными словами, в каждом отдельном человеке и даже в каждой его клетке хранится информация о вселенной.
Эта информация включает в себя и такую категорию, как время. Иначе говоря, тот факт, что вы существуете здесь и сейчас, включен в информацию вселенной вместе со всей настоящей, прошедшей и будущей информацией. Поэтому возможность изменить весь мир всего лишь за одно мгновение – это не просто фантазия.

1.5. Воде можно показывать слова

Мы обертывали лист бумаги с напечатанными на нем словами вокруг бутылки с водой.


Получился кристалл совершенной формы. Это указывает на то, что любовь и признательность являются основой жизни.
Мы показали воде надписи «спасибо» на разных языках.
Во всех случаях получились красивые, завершенные кристаллы.


Когда мы показывали воде оскорбительные слова, кристаллы не образовывались.


Слова «Я убью тебя!» породили нечто похожее на человека с оружием в руках.


Слово «ангел» породило кольцо маленьких изящных кристалликов, а слово «дьявол» – угрожающего вида вздутие.


Вежливое «Давай это сделаем» создает кристалл красивой формы, а грубое «Делай это!» – нечто очень похожее на кристалл, образовавшийся под воздействием слова «дьявол». Возможно, это сходство указывает на то, что сила принуждения идет вразрез с божественными законами природы.
Возможно, что кристалл размыт потому, что простое «Извини» звучит более искренне, чем многословные оправдания.
Слово «мудрость» на разных языках создало красивые правильные кристаллы.
Возможно, это указание на то, что мудрость универсальна.


Как выглядит лицо космоса?

Все три кристалла хорошо сформировались и похожи. Очевидно, законы космоса выше языковых различий.


Кристалл хорош, но нельзя не заметить, что он слегка деформирован. Что-то не так с нашей Землей?
1.6. Тест, проведенный в начальной школе


Дети говорили разные слова бутылкам с водой. Результат налицо.
Чем больше над водой произносили слова «Ты красивый», тем лучше сформированными получались кристаллы. Вода, над которой не говорили вообще ничего, так и не смогла сформировать ни одного завершенного кристалла.

1.7. Для воды можно исполнять музыку
Эти снимки кристаллов были сделаны после того, как стеклянные бутылки с водой помещали между двух стереоколонок.
Музыка Бетховена породила причудливые кристаллы с большим количеством мелких, тонких деталей.

Кристалл, несомненно, отражает Кристалл хорошо отражает
красоту этого произведения, но также характер баховской мелодии
и безудержный образ жизни Моцарта для скрипки и фортепиано.
Фортепианная музыка создает кристаллы-капельки.


Кристалл слева – явный лебедь, а радужные цвета кристалла справа, возможно, представляют свет надежды.
Мы, честно говоря, не ожидали такой Кристалл разделился на две части,
«ортодоксальной» формы кристалла. Как бы подражая прослушанной
Может, это потому, что песня «Yesterday» песне.
Так любима во всем мире.


Прекрасный кристалл сформировался Вот результат воздействия на воду
под воздействием джаза 1950-х годов. громкой музыки и глупых, агрессивных
Очевидно, у этой музыки есть тексты. Нечто похожее сформировалось
целительный потенциал. Под воздействием слов «Ты дурак». Может
быть, вода больше реагирует на слова, чем на

музыку?

Песня «Нашел немного осени» породила музыкальный кристалл и ледяные крупинки, похожие на опавшую листву. Кристалл справа можно трактовать как шесть стрекоз с расправленными крыльями.


Вивальди, Времена года

В этих кристаллах действительно можно увидеть и весеннее цветение, и осеннее обещание новой жизни, и буйство лета, и спокойствие зимы.




«Мандариновые деревья цветут на холме»

Цвет этого кристалла изменялся каждые десять секунд: вода тоже дышит. Возможно, окрашивание центральной части в красный цвет символизирует созревание мандарина?

1.8. Вредное воздействие электромагнитных волн

Образцы дистиллированной воды (контроль) и воды, которой были показаны слова «Любовь и признательность», помещались рядом с телевизором, компьютером, мобильным телефоном и нагревались в микроволновой печи.


Вода, подвергшаяся воздействию «Любви и признательности» (слева) породила более завершенные кристаллы, чем контрольные пробы (справа). Этот эксперимент подтверждает, что не стоит слишком долго сидеть перед телевизором и за компьютером…


Дистиллированная вода, нагретая в СВЧ-печи, создала кристалл, похожий на кристалл слова «дьявол». Эффект от мобильного телефона не многим лучше…



Этот замечательный кристалл породила вода, которой показали телепрограмму о таинствах жизни. Итак, даже опасность электромагнитных волн зависит от содержания передаваемой информации!

Некоторые необычные кристаллы

На следующих страницах показаны кристаллы, образованные водой, над которой молились; водой, которой показывали имя японской солнечной богини Аматерасу; и водой, которой показывали фотографии «кругов на полях» (примятых таинственной силой стеблей, образующих сложные, видимые только с большой высоты ристунки) и дельфинов; грунтовой водой, собранной до и после землетрясения.


Священник читал целительную молитву, стоя лицом к озеру. Кристалл, полученный до молитвы, походил на изувеченное лицо. Кристалл же, полученный после, напоминал яркую звезду!


Кристалл похож на волшебное зеркало (атрибут богини) или, возможно, на само Солнце. Он не просто красив, но излучает величие и даже святость.

Кристалл, полученный под воздействием «кругов на полях», напоминает «летающую тарелку». Вода из древнейшего святилища Японии создала кристалл, похожий на японский иероглиф «признательность».


Некоторые считают, что дельфины не менее (а то и более разумны), чем люди, и обладают целительными способностями. Этот благородный кристалл словно излучает здоровье.


Грунтовые воды непосредственно до и после землетрясения в префектуре Симанэ (Япония) и несколько позже в том же месте



1.9. Мы показывали воде красивые виды

Мы ставили колбу с водой на фотоснимки красивых объектов природы и древнего зодчества и затем фотографировали образовавшиеся кристаллы.
Вот как вода реагировала на наши снимки.

Кристалл получился большой, яркий Общепризнанный символ Японии. Наверное, и красивый, чем-то похожий на само это случайность, но кристалл выглядит, как будто
солнце. его освещают лучи восходящего солнца.


Вершины Скалистых гор, станового Гигантские водопад в Зимбабве (Африка).
хребта Северной Америки, покрыты Широкие полосы похожи на падающие
ледниками. Кристалл тоже выглядит струи воды.
Так, словно его присыпало снегом.


Кристаллы разные, но все три состоят из более мелких кристалликов. Их формы чем-то неуловимо напоминают вычурные, кишащие жизнью заросли морских кораллов.


Стоухендж, древняя мегалитическая В этом кристалле есть что-то от дарующей
постройка в Англии, стоит на «месте силы», спасительную тень листвы саванны.
и кристалл тоже выглядит полным энергии.

Полный жизни тропический лес миллионы лет обеспечивал сохранность нашей экологической системы. Кристалл демонстрирует устойчивое, но не бесконечное равновесие.

Маленький, но похожий на прекрасный бриллиант кристалл словно напоминает нам о славе древней Империи инков.


Очень красивый пруд с чистейшей голубой Древнейший в Японии храм Хиэтатэ
водой в знаменитом американском заповеднике. был малоизвестен, пока несколько
Кристалл демонстрирует великолепные переливы лет назад не было признано, что
драгоценного камня. именно здесь находились «каменные
врата» из одного японского мифа.
Кристалл действительно похож на
открывающиеся ворота.

Мы играли над водой музыку народов мира

У каждого народа, каждой культуры на Земле – своя музыка, со своими неповторимыми мелодиями и ритмами. Вода улавдивает эти характерные особенности и отражает их в кристаллах льда.


Тибетское буддийское песнопение

Сложные переплетающиеся кристаллы демонстрируют силу, ощущаемую в древних тибетских храмах.


Ариранг – это грустная песня о разлученных возлюбленных, и кристалл похож на разбитое сердце. Кетчак породил причудливый кристалл, который показывает нам, что музыка способна исцелять душу.


Оба кристалла имеют звездообразную форму. Они словно говорят нам о том, что сильные, ритмичные движения всем телом и громкое пение укрепляют иммунную систему.


Оба кристалла имеют уникальную «спаренную» форму и напоминают танцующую пару. На них чрезвычайно интересно смотреть!


Форма этого кристалла символизирует пламенное стремление людей к единению с Богом. По всему миру музыка способна исцелять!

Польки из двух разных стран породили очень похожие кристаллы.

Эти кристаллы – уникальны. Кристалл слева напоминает рот, исполняющий йоделинг (характерные тирольские песни), а в центре кристалла справа мы видим… лицо младенца!
1.10. Водопроводная вода разных городов мира
Получить кристаллы из водопроводной воды удается лишь в очень немногих городах мира. Все дело, по-видимому,мв химической обработке воды. Не пора ли нам всем объединиться и поучить друг друга, как правильно обращаться с водой?

Кристаллы не образуются в результате обработки воды веществами, вредящими ее природной жизнетворной силе.

Даже в Венеции, «городе на воде», водопроводная вода не может породить кристаллов. Вода швейцарского Берна в этом смысле гораздо лучше.


Как это ни удивительно, вода некоторых американских мегаполисов образует прекрасные кристаллы. Возможно, это результат мероприятий по защите воды (например, использование кедровых водяных танков в Манхэттене).


Ванкуверская вода образовала относительно завершенные кристаллы – возможно, благодаря обильному стоку со Скалистых гор. Вода Сиднея смогла породить лишь какой-то кривой «бублик».


Это кристаллы из двух городов Южной Америки. Хорошие кристаллы дала вода аргентинского Буэнос-Айреса. Манаус расположен в Бразилии, на берегах изобильной реки Амазонки.



Похоже, что водопроводная вода Восточной Азии не лучше, чем во многих городах Европы и Америки.

1.11. Непревзойденная красота природной воды


Хорошо сформированные, похожие на ювелирные украшения кристаллы образовались из воды рек, ручьев и ледников.

Этот кристалл похож на изящную серебряную брошь. СайдзЁ славится на всю Японию своей питьевой водой (и сакэ).


Кристалл сияет, как солнце. Этот источник питается талыми водами пиков Яцугатакэ – воплощенной красоты природы.

Кристалл слева образован водой из источника, расположенного на берегу озераТюдзэндэи. Хлорирование воды по требованию местных властей привело к значительному изменению ее свойств, что показывает фотография справа.


Кристалл воды Лурдского источника во Франции очень похож на кристалл воды, которой показали слово «ангел». Кристалл из Фонтана ди Треви в Италии уникален и напоминает монеты, которые туристы бросают в фонтан.


Родниковая вода богатой алмазами Тасмании порождает кристаллы, похожие на маленькие бриллианты. Грунтовые воды экологически чистой Новой Зеландии также образуют очень красивые кристаллы.


На Южном полюсе тысячелетние снега слежались в твердую массу. Кристалл этой воды также выглядит очень твердым. Вода для обеих этих проб была получена из поверхностных слоев снега и льда, поэтому она не совсем девственно чиста.


Пробу воды озера Тендерфут я взял лично. Воду из Северной Кореи мне прислали, и кристалл оказался удивительно красивым.


Это кристаллы из воды, которую я сам собрал в Швейцарии. Неудивительно, что такие красивые кристаллы происходят из «водяного рая» Европы.

Давайте на мгновение задумаемся об этом мгновении. Как мы можем передать его, пользуясь естественнонаучными представлениями? Дэвид Бом объясняет это тем, что какой-о аспект внутренней вселенной проецируется на каждый момент времени, создавая настоящее. Следующий момент во времени – это тоже отражение другого аспекта вселенной, итак далее. Иными словами, в каждое мгновение мы видим другой мир. Но один мгновенный мир будет влиять на следующий мгновенный мир, и поэтому нам кажется, что мы имеем дело с одним непрерывным миром.
Основываясь на этой теории, можно сказать, что мир изменяется каждое мгновение и каждое мгновение заново создается. При этом наше сознание тоже играет свою роль в этом непрерывном создании мира. Я подозреваю, что, если вы это поймете, ваша жизнь никогда уже не будет прежней.
То, что я сейчас рассказал, было немного сложно для понимания и, возможно, вызвало некоторую путаницу. Но если мытеперь вернемся к кристаллам, это поможет ответить на многие вопросы. Наш мир изменяется каждое мгновение, и вода первая улавливает эту перемену.
Я уже упоминал о том, что в свое время создал прибор для измерения вибраций и использовал его для того, чтобы лучше понять воду. В полдень того дня, когда произошло вторжение Ирака в Кувейт и началась первая Война в заливе, я измерял вибрации водопроводной воды Токио и обнаружил резкое увеличение колебательных частот ртути, свинца, алюминия и других веществ, вредных для человека. Казалось, этому не было подходящего объяснения. Сперва я подумал, что что-то случилось с моим оборудованием, однако повторные измерения показали уже другие величины. И лишь на следующий день, прочтя газету, я связал два, казалось бы, ничем не связанных между собой события. Всю первую страницу занимали известия о начале Войны в заливе. Говорилось о том, что общая масса бомб, сброшенных в первый день войны, была равна всем бомбам, сброшенным за время войны во Вьетнаме.
В Японии, на расстоянии тысяч километров от зоны военных действий, я смог замерить вибрации вредных веществ практически одновременно с моментом начала войны. Вы спросите меня: неужели это действительно возможно?
Конечно, вредные побочные продукты бомб, сброшенных над Персидским заливом, не могли быть тотчас же перенесены в Японию. И тем не менее вредные вибрации бомб, сброшенных на одной стороне земного шара, каким-то образом тотчас же достигли всех уголков планеты. Эти вибрации распространяются, не подчиняясь законам времени и пространства.
Я полагаю, что вибрации существуют не в нашем трехмерном мире и не в невидимом для нас мире в другом измерении, но в неком промежуточном месте. Когда что-то происходит на Земле, неважно, на каком именно плане, вода первая улавливает и передает нам эту новую информацию.
Во времена Войны в заливе я еще не начал фотографировать кристаллы, но, уверен, фотографии получились бы весьма занятные.
Позвольте мне привести вам еще один пример того, как вибрации практически мгновенно смогли изменить материальный мир. В данном случае сила молитвы была использована для очищения воды.
На плотине Фудзивара в Центральной Японии священник буддийской школы сингон по имени Хоуки Като по нашей просьбе пропел несколько раз молитвенные песнопения. Вот вкратце предыстория этого события. Когда я познакомился с этим священником, он показал мне две фотографии воды, которые надолго запечатлелись в моей памяти, и я захотел своими глазами увидеть то, что было на них отражено. Один снимок был сделан до молитвенных песнопений, а другой – после. На второй фотографии можно было увидеть поразительную разницу: вода в озере была значительно чище.
Согласно буддийскому учению, сила песнопений исходит от «духа слов», поэтому логично было предположить, что именно эта энергия, исходящая от «духа слов», и очистила озерную воду. Чтобы проверить это предположение, я захотел сфотографировать кристаллы, образованные водой до и после молитвенных песнопений.
Итак, священник около часа стоял на берегу озера и пел свои мантры, а я снимал его на видео. По окончании песнопений я начал беседовать со священником, однако не прошло и пятнадцати минут, как члены моей группы позвали меня.
«Невероятно! Вода становится чище прямо у нас на глазах», – сказал кто-то. И это было абсолютной правдой. Мы смотрели на воду и ясно видели, как она становится все более и более прозрачной. Мы даже смогли разглядеть на дне озера листья, которые прежде были скрыты под мутной водой.
Затем мы сделали фотографии кристаллов. Кристаллы, образовавшиеся из проб воды, взятых перед песнопением, были перекошены и походили на лицо человека, испытывающего сильную боль. Зато кристаллы, созданные водой, взятой после ритуала, были завершенными и просто великолепными! В одном шестиугольнике находился шестиугольник меньших размеров, и оба они были окружены световым узором, похожим на нимб.
Конечно, после молитвенных песнопений воде все же требуется какое-то время, чтобы стать прозрачной, и это указывает на то, что изменения в веществах, которые можно увидеть невооруженным глазом, происходят постепенно. Однако несомненно то, что вибрации молитвы немедленно передаются ближайшим предметам, в том числе и находящейся поблизости воде. Мы наблюдали физический феномен, который невозможно объяснить, если не признать существование иного мира в пределах того мира, который мы называем нашим.
Однако история на этом не заканчивается. Через несколько дней после эксперимента в газетах написали об одном происшествии. В озере было найдено тело женщины, и когда я услышал об этом, то сразу же вспомнил кристаллы, созданные водой, которая была взята перед молитвой. Действительно, они были удивительно похожи на человеческое лицо в предсмертной агонии.
Возможно, через кристаллы воды дух этой женщины пытался сказать нам что-то. Я хотел бы думать, что ее страдания были частично облегчены буддийскими песнопениями.
Существует иной мир кроме того, в котором мы живем. Если смотреть на наш мир из того иного мира, можно увидеть то, что сейчас незримо.
Доктор Руперт Шелдрейк из Англии своей главной задачей ставит углубление нового взгляда на мир, связанного с существованием того мира, который мы не можем увидеть. После получения докторской степени по биохимии в Кембриджском университете он работал преподавателем биологии и биохимии там же, в Кембридже, и стал членом Королевского научного общества.
Теория Шелдрейка в общих чертах изложена в книге, которую он написал более двадцати лет назад [2], однако научный журнал «Нэйчер» раскритиковал эту работу, заявив, что ее надлежит вообще сжечь. Несмотря на такое неприятие, теория Шелдрейка затронула сердца многих людей и исследования в этом направлении продолжаются. Что же в ней привлекает такое большое внимание?
Часто говорят, что, если что-то произошло дважды, это произойдет снова. Возможно, вам казалось странным, что несчастные случаи и преступления часто происходят «сериями». Изучая историю человеческого общества, можно заметить, что за длинные промежутки времени важные события обычно циклически повторяются. Как мы можем объяснить это странное повторение событий? Для того чтобы найти ответ на этот вопрос, доктор Шелдрейк попытался использовать научные методы.
Обычно ученые подходят к объектам и явлениям, которые они не могут увидеть своими глазами, используя редукционизм (то есть метод сведения высшего к низшему). Однако Шелдрейк выбрал совершенно иной подход.
Согласно его теории, повторение какого-то события приводит к образованию «морфогенного поля», и резонанс с этим «морфогенным полем» увеличивает вероятность того, что данное событие произойдет снова. Морфогенное поле – это не информация, основанная на энергии; оно больше похоже на проект строящегося дома.
Мы можем рассматривать это как один из примеров теории резонанса. Доктор Шелдрейк высказал предположение, что события способны резонировать точно так же, как резонируют звуки. Он называет место, в котором происходят подобные события, «морфогенным полем», а само явление повторения сходных событий обозначает термином «морфогенный резонанс».
Несмотря на то что эта теория вскоре была отвергнута журналом «Нэйчер», сообщение о ней было с интересом принято непредубежденными учеными, и в результате теория подверглась серьезному обсуждению. Несомненно, Шелдрейк поначалу двигался по уже существующим тропам, проложенным нашей наукой, но вы должны признать, что его теория идет гораздо дальше в объяснении загадок, с которыми традиционная наука пока неспособна справиться.
При обсуждении подобных тем часто люди вспоминают кристаллы глицерина. В течение первых сорока лет, прошедших с момента открытия глицерина, было принято считать, что он не образует кристаллов. Затем в один прекрасный день, где-то в начале девятнадцатого столетия, глицерин, путешествовавший в бочке из Вены в Лондон, внезапно начал кристаллизоваться.
Вскоре после этого, совершенно в другом месте, другая партия глицерина также кристаллизовалась. Это явление кристаллизации начало распространяться, и сегодня уже общепризнано, что при температуре ниже 17°С глицерин образует кристаллы.
Но какой же вывод мы должны из этого сделать?
Когда кристаллы образовались впервые (неважно, по какой причине), было создано морфогенное поле, и со временем весь глицерин, сообразуясь с этим полем, начал формировать кристаллы. Точно так же случилось и со многими другими веществами. Невзирая на все случайности в мире, если уж вещество однажды начало образовывать кристаллы, впоследствии это явление скорее всего станет для него обычным.
Не так давно один английский телеканал решил провести всенародный эксперимент, чтобы проверить обоснованность шелдрейковской теории морфогенного резонанса. Они приготовили две картины. Обе выглядели как беспорядочные узоры, среди которых на одной картине была спрятана фигура женщины в шляпе, а на другой – фигура усатого мужчины. Фигуры были нарисованы так, что разглядеть их было невозможно.
Эксперимент проходил в три этапа. До начала программы, транслировавшейся в прямом эфире, группе участников было предложено определить, что они видят на картинах. Затем, уже во время программы, секрет картины, изображавшей мужчину с усами, был раскрыт. И наконец после программы другую группу участников, которые не имели возможности видеть ее, также попросили угадать, что изображено на картинах.
Как вы думаете, каковы были результаты? Человека с усами увидели на картине в три раза больше участников из второй группы, чем из первой!
Этот эксперимент показывает: если кто-то узнает о чем-то, другие, скорее всего, тоже об этом узнают. Именно эффект морфогенного поля привел в данном случае к поразительному увеличению количества правильных ответов.
Согласно доктору Шеддрейку, ДНК – не единственная причина сходства черт и характеров членов одной семьи: определенную роль играет и морфогенный резонанс. Кроме того, теория Шелдрейка помогает нам понять так называемые «совпадения» («синхронизмы»), а также феномены группового сознания (коллективной памяти) и архетипов.
Самое важное в шелдрейковской теории заключается в том, что, однажды возникнув, морфогенный резонанс распространяется на все пространства и времена. Иными словами, как только морфогенное поле сформировалось, оно немедленно начинает оказывать влияние повсюду, что приводит к мгновенным изменениям в общемировом масштабе.
Когда я впервые услышал о теории Шелдрейка, то не мог сдержать волнения, поскольку мое изучение кристаллов воды было не чем иным, как попыткой выразить резонанс морфогенного поля так, чтобы его можно было увидеть невооруженным глазом.
Когда я впервые попытался сфотографировать кристаллы, в течение первых двух месяцев у меня совсем ничего не получалось, но едва лишь я сделал первую фотографию, другим исследователям тоже начало это удаваться. Возможно, это тоже результат морфогенного резонанса.
Впервые я узнал о работе доктора Шелдрейка из японского бестселлера под названием «Почему это происходит?», написанного Эити Ходзиро, но настоящий интерес к его исследованиям возник у меня после того, как я увидел Шелдрейка в документальном телефильме «Шесть интересных ученых». Четыре года спустя мне посчастливилось встретить доктора Шелдрейка во время поездки с лекциями по Европе. Оказалось, что один из моих друзей, принимавших участие в семинаре, знакбм с женой Шелдрейка, и таким образом я оказался приглашен в их дом в Лондоне.
Мне было приятно узнать, что доктор Шелдрейк уже знаком с моими исследованиями кристаллов воды. Он сказал: «По крайней мере раз в неделю я получаю письмо от кого-нибудь, кто рассказывает мне о вас». У меня накопилось множество вопросов к Шелдрейку, но и он тоже был чрезвычайно заинтересован моей работой и, как оказалось, имел столько же, а может даже и больше, вопросов ко мне.
Кроме того, он поделился со мной своими размышлениями:
Я изучал живые организмы и их поведение, но не воду, и поэтому я не настолько хорошо знаком с водой. Однаковпол-не вероятно, что в будущем мои исследования и ваши работы по изучению кристаллов воды будут как-то связаны.
Меня больше всего интересует вопрос о том влиянии, которое процесс наблюдения оказывает на наблюдаемое. Есть люди, которые чувствуют, когда кто-то смотрит на них сзади. Я хочу провести исследование и попытаться выразить это статистически.
Существует опасность того, что документальные подтверждения по этому исследованию будут признаны субъективными, поэтому мне интересно, можем ли мы использовать для экспериментов воду. Я собираюсь попробовать фотографировать кристаллы и посмотреть, как вода изменяется при различных условиях, например, когда на нее не обращают внимания, когда за ней наблюдают люди с особыми талантами, обычные люди, и затем - очень злые люди.
Это показалось мне удивительно похожим на те эксперименты, когда рис, который игнорировали, загнивал быстрее, чем тот, которому говорили «спасибо» или даже «ты дурак». Когда я рассказал об этом доктору Шелдрейку, он еще больше заинтересовался и высказал предположение, что, если я попробую оценить воздействие на воду, полученные результаты будет легче интерпретировать, чем результаты опытов с рисом (в которых участвуют сложные процессы роста микробов).
Сейчас доктор Шелдрейк занимается изучением явления телепатии. Он провел ряд экспериментов, чтобы выяснить, реагируют ли собаки на то, что их хозяева направляются домой. Используя для своих наблюдений специальное видеооборудование, он смог подтвердить это явление в более чем двухстах случаях.
Я бы хотел процитировать послание, полученное от доктора Шелдрейка:
Наша жизнь становится возможной благодаря движению невидимой энергии. Ябыхотел надеяться, что мы всегда будем помнить об этом и с вниманием относиться к людям и событиям вокруг нас. Это очень важно. Дело в том, что мы оказываем влияние на то, на что смотрим. Вроде бы все мы знаем об этом, но почему-то совсем не используем это на практике. И родители должны обращать как можно больше внимания на своих детей. Это то же самое.
Все в мире взаимосвязано. Что бы вы ни делали в эту минуту, в это же самое мгновение это делает кто-то еще. В создании какого же морфогенного поля мы должны быть заинтересованы? Создадим ли мы поле боли и злобы или мир, наполненный любовью и признательностью?
Когда вы сидите перед водой и отправляете вовне послания любви и признательности, где-то, возможно в самом отдаленном уголке земного шара, какой-то человек наполняется этой любовью и признательностью. Вам не надо никуда идти. Вода, находящаяся прямо перед вами, связана со всей водой во всем мире. Вода, на которую вы смотрите, вступит в резонанс с водой повсюду, где бы она ни была, и ваше послание любви достигнет душ всех людей.
Мы можем окутать нашу планету любовью и признательностью. Это станет чудесным морфогенным полем, которое изменит весь мир. Не надо ждать или куда-то ехать: здесь и сейчас мы можем совершить нечто чудесное.
1.11. Глава пятая Улыбка, наполняющая весь мир
Стремясь рассказать как можно большему количеству людей об удивительных загадках вселенной, открывающихся нам через кристаллы воды, я издал в Японии коллекцию своих фотографий кристаллов, но, как ни странно, наибольший резонанс этот альбом вызвал не в Японии, а в Европе. То, что произошло, напоминало появление на воде кругов от брошенного камня, только круги эти прокатились по душам людей и распространились со скоростью, значительно большей, чем я мог себе представить.
Что же могло вызвать интерес такого количества людей во многих странах? Я полагаю, что, когда человек смотрит на фотографии кристаллов воды, в воде, которая находится в человеческом теле, происходят какие-то изменения на физическом уровне. Вода несет послание нам всем: Мир держится на любви и признательности.
Любовь и признательность – фундаментальные начала природы. В конце своего долгого путешествия сквозь космос вода прибыла на Землю, неся в себе любовь и признательность. Именно любовь и признательность создали самую первую крупинку жизни, а затем нежно вскормили и взрастили ее. Когда мы смотрим на фотографии кристаллов воды, они будят первобытную память, которая хранится в самых глубинах воды, наполняющей каждую клетку нашего тела.
Послание воды – это любовь и признательность.
Посмотрите еще раз на фотографии кристаллов на вклейке в этой книге. В них отражается весь наш прекрасный мир. На этих фотографиях мы можем увидеть те изменения, которые происходят с водой под влиянием различных пейзажей и музыки, а также сравнить воду из водопровода с природной водой.
Как уже упоминалось в первой главе, мир впервые узнал о моей работе после издания первой коллекции фотографий кристаллов воды. Это стало возможным благодаря усилиям Сидзуко Оувеханд, японки, живущей в Нидерландах, которая теперь работает моим переводчиком.
Сидзуко посетила мой офис по рекомендации одного общего знакомого менее чем через месяц после того, как коллекция фотографий была впервые напечатана в Японии; тогда же я и показал ей экземпляр этой книги.
Как только Сидзуко увидела фотографии, я сразу понял, что они произвели на нее большое впечатление. Она тут же приобрела семьдесят семь экземпляров книги, которые разослала своим друзьям и знакомым в Нидерландах, Швейцарии, Германии, Соединенных Штатах, Австралии и других странах.
Вскоре к ней начали поступать отзывы. Похоже, мои кристаллы были именно тем, что многие люди искали. Они оказались востребованы в наше непростое время. Впоследствии Сидзуко пригласила меня выступить с докладом на небольшом ежегодном семинаре под названием «В поисках человеческих сокровищ», который она организовывала в Цюрихе.
Через неделю после этого события должна была состояться одна важная ежегодная конференция; благодаря Сидзуко я получил возможность выступить перед журналистами и дать интервью для нескольких журналов. Результатом оказалась огромная волна интереса к моей работе и понимание моих исследований.
Среди организаторов этой конференции была Мануэла Ким, еще одна леди, которая, увидев коллекцию фотографий, тотчас же пришла в восторг. От нее я получил следующее послание:
У меня двое детей, и я прекрасно знаю: когда вы говорите с детьми с любовью и когда вы просто приказываете им, эффект получается совершенно различный. Есть разница между «Давай это сделаем» и «Делай это!». Я также ясно понимаю, что эта разница чувствуется каждой из наших клеток.
В повседневной жизни кристаллы воды учат нас очень важным вещам. Каждый день мы находимся в окружении магнитных полей. Мы не представляем свою жизнь без компьютеров. Номы видим, что существует большая разница между человеком, который не подозревает об опасности магнитных полей, и тем, кто отдает себе в этом полный отчет и поэтому осторожен.
Последовавшие за этим статьи в журналах привели к дальнейшему росту интереса за границей, и по мере того как все больше людей проявляло интерес к моей коллекции фотографий, я был завален предложениями выступить с лекциями и докладами.
По мере того как люди, обладающие чуткой душой, узнают о кристаллах воды, послания воды распространяются еще быстрее по всему миру.
Кто знает, быть может, это происходит и потому, что в наше беспокойное время люди ищут ответы на мучающие их вопросы. Я не сомневаюсь, что именно кристаллы воды объединят людей во всем мире – всех тех, кто пытается найти в хаосе смысл.
Вначале меня волновал вопрос, заинтересуется ли проблемами воды Европа и другие страны, но теперь я знаю, что, по сравнению с Японией, другие страны проявляют к воде даже больший интерес. Помню, я как-то услышал о группе японцев, посетивших Цюрихское озеро. Озеро было таким прекрасным, что один из участников группы спросил швейцарского туристического гида: «Почему нет никакого мусора вокруг?» Гид, который считал само собой разумеющимся, что озеро должно быть чистым, растерялся и вместо ответа сам спросил японца: «Почему вы задаете такой вопрос?»
Куда бы я ни поехал, я всегда беру с собой слайды с фотографиями кристаллов воды, а затем показываю своим слушателям кристаллы, образованные из их собственной, местной воды. Европейцы очень удивляются. И мой рассказ, и сами слайды производят всегда на них заметное впечатление. Такая ярко выраженная реакция указывает на то, что все они проявляют высокую сознательность в вопросах, касающихся воды.
Однако мои исследования ограниченны в том смысле, что я могу заниматься кристаллами только в Японии. Поэтому мне предложили открыть исследовательский центр в Европе. Я тотчас же начал обдумывать идею, которая вызревала в моей голове уже давно.
Идея эта грандиозна и уникальна – я хочу создать исследовательский центр, который сам имел бы форму шестиугольного кристалла. Лаборатория, занимающаяся исследованием кристаллов воды, будет располагаться в центре, а вокруг нее – шесть других лабораторий, изучающих другие темы из разных областей науки: физики и математики, биологии и медицины, астрономии и океанографии, философии и религии, химии и инженерии. Каждая лаборатория сконцентрирует свое внимание на 18 предметах исследования, так что в сумме их получится 108.
Я вынашивал эту идею уже давно, с тех самых пор, как начал задумываться о том, почему окружающая среда на нашей планете находится в таком плохом состоянии, почему люди запутались в своих ценностях и вообще почему наша цивилизация такая, какая она есть. Размышляя над этими вопросами, я пришел к следующему заключению: все это результат, во-первых, гордыни и коррупции среди ученых, а во-вторых, действий сильных мира сего, которые сознательно поощряют развитие, именно такого человеческого общества.
Несомненно, еще остались ученые, которые обладают своей собственной волей и работают в соответствии со своим собственным пониманием. Однако, когда мы рассматриваем состояние общества в целом, мы видим, что лишь немногие руководствуются в своей деятельности стремлением сохранить человеческий род и очистить планету, на которой все мы живем, от накопившейся грязи.
Конечно, не только ученые несут ответственность за решение всех проблем. Сами основы общества стали настолько слабы, что горстка ученых уже не в состоянии изменить то неверное направление, в котором все мы движемся.
Но все же: что мы можем сделать для того, чтобы изменить гнетущую атмосферу в нашем научном сообществе? Я полагаю, мы должны начать с изменения той среды, в которой это сообщество функционирует. Иначе говоря, с изменения системы.
В лаборатории, которая представляется моему воображению, ученые будут получать поддержку от местного научного сообщества, а сами смогут всецело сконцентрироваться на своих исследованиях. Кроме того, они будут иметь возможность взаимодействовать с учеными, занимающимися другими проблемами. В результате перед всеми будут постоянно открываться новые горизонты, определяющие направление их исследований. Научное сообщество должно также обеспечивать необходимое финансирование и другую помощь, то есть как раз то, чего ученые-одиночки в настоящее время не способны добиться сами. Я надеюсь, что подобная организация принесет свои плоды в виде открытий и значительного продвижения вперед в решении тех вопросов, которые действительно повлияют на будущее человечества и нашей планеты в целом.
Я живо представляю себе, как ученые собираются в центральной столовой на завтрак или обед и обсуждают свои планы и проблемы, а по вечерам объявляют о результатах своих исследований.
Конечно, чтобы превратить эту мечту в реальность, надо преодолеть еще немало препятствий, но теперь я чувствую, что первый шаг уже сделан.
Каковы бы ни были ваши намерения, обнародовав их, вы уже делаете важный шаг. Я могу сказать это с уверенностью, основанной на многолетнем опыте бизнеса. В детстве я всегда рассказывал обо всем, о чем думал и что собирался сделать, и мне постоянно говорили, что я слишком много болтаю. Однако сказав что-то, вы уже собираете вокруг себя энергию. Если вы рассказываете о чем-то другим людям, энергия начинает течь в нужном вам направлении и помогает вам достичь ваших целей.
Если вы выражаете свои намерения, их исполнение обязательно последует! Конечно, я не предлагаю вам делать безответственные заявления – важно говорить то, что вы действительно чувствуете внутри себя. Ваше слово – это ваше обещание,.лоэтому если вы что-то говорите, то действительно должны иметь решимость принять на себя определенные обязательства. И еще: дав возможность другим людям узнать о ваших намерениях, вы нередко можете рассчитывать на поступление необходимой помощи из совершенно неожиданных источников.
Слова обладают характерными и уникальными частотами вибраций; мы уже видели, что энергия слова может оказывать влияние на вселенную. Слова, сорвавшиеся с ваших уст, обладают своей собственной властью, которая влияет на весь мир. Мы даже можем сказать, что слова, которые рассказывают най о природе, – это слова самого Создателя.
Я знаю человека, который доказал силу и пользу слов, используя свое собственное тело. Нобуо Сиоя – это человек, которого я горжусь называть своим учителем. Ему 101 год, однако его спина пряма, и на каждого, кто его видит, он производит впечатление сильного и здорового человека. Даже сейчас он способен простоять в течение часа-двух, когда несколько раз в году ему приходится выступать с лекциями. Кроме того, он ежедневно отрабатывает удары гольфа и раз в неделю выходит на игровую площадку. Его способность поддерживать свое здоровье по меньшей мере удивительна.
Учитель Сиоя говорит, что его секрет здоровья – в собственном уникальном методе дыхания. Он заключается в том, чтобы вдыхать воздух до тех пор, пока он полностью не заполнит легкие, обеспечивая кислородом все тело, и при этом представлять, как энергия вселенной собирается вокруг него и обеспечивает его бодрящей силой. Этот метод также демонстрирует нам силу аффирмсщии. Учитель Сиоя рекомендует в конце дыхательного упражнения произносить следующую аффирма-цию: «Безграничная сила вселенной будет сконцентрирована и принесет настоящий покой этому миру». Эта аффирмация представляет собой своего рода молитву, но важнее всего в ней сильная решимость, выраженная словом «будет».
Под руководством Учителя, которому в то время было 97 лет, эта большая толпа объединилась в стремлении утвердить мир и спокойствие во всем мире. Это желание соединило наши голоса и сердца. Наши песнопения разносились над озером, и мурашки бежали по спине от какого-то особого, никогда прежде не испытанного чувства.
Всего лишь месяц спустя после этого события нечто странное произошло с озером Бива. Газеты сообщили, что водоросли, которые заполоняли озеро каждый год и вызывали невыносимое зловоние, в этом году не появились.
Другой важный фактор – это то, что 350 человек собрались и молились вместе. Совместная воля такого большого количества людей выступила как сила, способная изменить вселенную.
Иногда для того, чтобы объяснить этот принцип, я пользуюсь эйнштейновской формулой. Она имеет еще одно важное значение. Общепринято, что Е = ṃс2 означает «энергия равна массе, умноженной на скорость света в квадрате». Однако вместо «скорости света» мы можем также интерпретировать с как «сознание». Поскольку m представляет массу, можно принять эту переменную за количество сознательно сконцентрировавшихся людей.
Такой интерпретации научил меня профессор Хоанг Ван Дук, ученый-психоиммунолог, вьетнамец по происхождению. Более десяти лет назад, когда я пригласил его принять участие в семинаре, который организовывал в Японии, он заметил в случайном разговоре, что е в «Е = m с2» относится не к скорости света, но к сознанию. Эта идея произвела на меня глубокое впечатление и запомнилась надолго; много позже, когда я размышлял о вибрациях и вообще о том, как надо жить, мне внезапно вспомнились его слова.
Почти сто лет прошло с тех пор, как Эйнштейн представил миру эту формулу. Нам уже никогда не узнать, рассматривал ли сам Эйнштейн возможность интерпретации с как сознания, но, поскольку все во вселенной относительно, никто не может утверждать, что этот новый вариант прочтения формулы ошибочен.
Говорят, что человек использует в лучшем случае тридцать процентов своих способностей, но если мы сможем увеличить свои способности всего лишь на один процент, тогда, в соответствии с формулой, это количество будет возведено в квадрат, а соответственно, увеличится и количество энергии. Если бы все люди во всем мире увеличили свое сознание в одно и то же время, разница в энергии была бы огромной.
Если мы наполним свою жизнь любовью и признательностью ко всему сущему, сознание превратится в удивительную силу, которая распространится по всему миру. И именно об этом кристаллы воды и пытаются поведать нам.
И вот однажды, случайно открыв газету, я обнаружил как раз то, что давно искал. Заголовок, который привлек мое внимание, говорил о возможности использовать ультразвук для того, чтобы разлагать диоксин, содержащийся в воде. Статья сообщала о развитии новой технологии, заключающейся в том, что воду подвергали воздействию ультразвука с частотой 1100 кГц. Образовывавшиеся при этом крошечные пузырьки воздуха лопались и разрушали диоксин и другие смертельные яды.
Прочтя эту статью, я не мог сдержать волнения. Я понял, что наконец-то нашел способ анализировать энергию духа слов. Когда те 350 человек собрались на берегу озера Бива для того, чтобы возносить молитвы за мир во всем мире, возможно, они при этом генерировали ультразвуковые волны частотой 2000 Гц. Ультразвук находится в пределах частот, которые человеческое ухо неспособно уловить, поэтому понятно, что своими голосами они создать этот ультразвук не могли. И тем не менее, учитывая принцип резонанса звучания одних и тех же звуков в различных октавах, возможно, что условия для возникновения ультразвука все же были созданы.
Например, вода, загрязненная промышленными химикатами, подвергается воздействию ультразвука, а затем, во втором технологическом процессе, действию вибраций. Когда на загрязненную воду воздействуют ультразвуком частотой 1100 Гц, химикаты разлагаются от лопающихся пузырьков воздуха; однако, хотя токсины и разложились, они все еще находятся в воде. Чтобы освободить от них воду, необходимо воздействовать на нее информацией, обладающей противоположной частотой вибраций по сравнению с частотой вибраций этих токсинов.
Использование только одного из этих методов может быть недостаточным, но при их сочетании станет возможным полностью освободить воду от любого вредного загрязнения. А если предположить, что такую двойную технологию можно применять и для избавления от вредных веществ, накопившихся в нашем теле?
Какое будущее ждет исследования кристаллов воды? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны задуматься о том, получат ли они научное признание. Когда я показываю фотографии кристаллов на своих лекциях за границей, меня засыпают самыми разнообразными вопросами. Например: в чем различие кристаллов, образующихся при воздействии на воду цифровой и аналоговой музыкальной записи? А как насчет живой музыки? Для того чтобы ответить на эти вопросы, надо продолжать исследования и провести больше тестов при различных условиях.
Другой важный вопрос – это повторяемость тестов. Много раз мы сталкивались с тем, что образование кристаллов зависит от сознания наблюдателя. Когда пробы воды помещаются в чашки Петри – обычно мы берем по пятьдесят образцов, – получаемые кристаллы явно зависят не только от условий обращения с водой, но и от мыслей самого экспериментатора. Кроме того, состояние пятидесяти образцов воды изменяется каждый момент времени.
Наверное, практически невозможно контролировать все эти факторы настолько, чтобы утверждать, что по сугубо научным критериям все условия абсолютно равны. Однако наш подход заключался в том, чтобы, используя наиболее точные из доступных нам научных методов, по возможности приблизиться к таким условиям.
Один из таких методов – работа «вслепую», что позволяет исключить возможность влияния на воду мыслей исследователя. Мы делаем это потому, что не хотим, чтобы на результаты эксперимента влияли наши мысли о том, что вода, которой говорили «спасибо», образует более красивые кристаллы, чем та, которой говорили «ты дурак». Мы помечаем чашки с образцами буквами алфавита и не расшифровываем, где какая вода, до тех пор, пока не увидим результаты. Мы надеемся, что такой метод исключает влияние мыслей исследователя – насколько его вообще возможно исключить.
Для каждой из пятидесяти чашек Петри мы строим графики, указывая количество кристаллов, которые можно считать красивыми, шестиугольными, незаконченными и так далее. Для каждой из этих характеристик мы устанавливаем определенные коэффициенты и присваиваем кристаллам численные значения. В результате мы получаем ясную картину характеристик кристаллов в каждом конкретном образце, и затем можем классифицировать эти образцы по категориям: красивые, шестиугольные и так далее. Затем мы выбираем и фотографируем один кристалл, в котором лучше всего представлены характерные черты именно этого образца.
Кристаллы воды изменяются в зависимости от мыслей и даже от состояния здоровья наблюдателя. Для того чтобы учесть и это, каждый образец изучают сразу несколько опытных исследователей. Впрочем, все эти методы – лишь инструменты для достижения конечной цели всей нашей работы: раскрыть послания, которые нам приносит этот самый тонкий из всех посланников.
Быть может, область, в которой изучение кристаллов воды окажется наиболее полезным, – это предсказание землетрясений. Полагают, что вода способна уловить предстоящее землетрясение раньше, чем любое другое вещество.
Кроме того, вполне вероятно, что эта технология когда-то сможет быть использована для предсказания других бедствий, таких, как ураганы, наводнения, эпидемии и даже, возможно, войны.
Я также работаю над методикой, которая позволила бы каждому, вне зависимости от того, обладает он научным оборудованием и специальными знаниями или нет, делать фотографии кристаллов. Вполне вероятно, что благодаря использованию новейших материалов в недалеком будущем это станет возможным. Сейчас мы тестируем сверхтеплопроводные материалы, в двадцать раз эффективнее обычных, которые дают возможность замораживать воду при комнатной температуре; благодаря их применению отпадет необходимость делать фотографии кристаллов в специальной комнате, охлажденной до -5°С. В настоящее время наши ученые разрабатывают прибор, основанный на этой технологии, который позволит каждому делать фотографии кристаллов воды практически повсюду.
Я полагаю, что в недалеком будущем все человечество освоит технологии, основанные на применении кристаллов воды. Однако это может оказаться и палкой о двух концах. При правильном использовании потенциал, скрытый в воде, способен принести безграничную славу и счастье всему человечеству, но эта же технология может быть использована в корыстных целях или даже для причинения вреда.
Наши тела в основном состоят из воды, и поэтому без нее жизнь не может продолжаться. Но мы не должны забывать, что вода также способна смывать целые цивилизации и вызывать невиданные разрушения. Все зависит от того, что мы несем в своих душах. Душа человека имеет способность нести в мир как счастье, так и боль. Это как раз то, что ясно отражают кристаллы воды.
Итак, как же нам найти свой путь в жизни? Я постоянно подчеркиваю важность любви и признательности. Признательность создает сердце, наполненное любовью. Любовь ведет чувство признательности в верном направлении. Кристаллы воды показали нам, что признательность и любовь могут заполнить весь мир.
Перед всеми нами стоит важная задача – снова сделать воду чистой и создать мир, в котором легко и радостно жить. Для того чтобы выполнить эту миссию, мы должны быть уверены в том, что наши сердца чисты.
Столетиями человечество постоянно обкрадывало Землю, и каждое новое поколение оставляло ее еще более загрязненной – история эта запечатлена в воде. Теперь вода начинает разговаривать с нами. Через свои кристаллы она дает нам те знания, в которых мы нуждаемся.
Именно сегодня мы должны открыть новую страницу в летописи нашей планеты. Вода заботливо и спокойно наблюдает, в каком направлении мы пойдем – в каком направлении пойдете вы в это самое мгновение. Она наблюдает за всеми нами.
Я прошу вас только об одном: услышьте и примите то, что вода хочет сказать – и всему человечеству, и вам лично.

1.12. Об авторе

Масару Эмото родился в Иокогаме в июле 1943 года. Он закончил факультет гуманитарных наук Иокогамского городского университета и специализировался по международным отношениям. В 1986 году он создал в Токио корпорацию «Ай-Эйч-Эм». В октябре 1992 года Масару Эмото получил сертификат доктора альтернативной медицины в Открытом международном университете. Впоследствии в Соединенных Штатах он познакомился с концепцией микроструктур воды и с технологией анализа магнитного резонанса. Так начались его поиски ключа к тайнам воды.
Доктор Эмото предпринял обширные исследования воды по всей планете, не столько как ученый-исследователь, но скорее как оригинальный мыслитель. Со временем он понял, что именно кристаллы замерзшей воды способны показать нам ее истинную природу. Он до сих пор продолжает эти эксперименты и по их результатам написал уже несколько книг на японском языке, которые были хорошо приняты читателями и переведены на основные европейские языки. Он женат на Кадзуко Эмото, которая разделяет его интересы и возглавляет фирму «Кёикуса», издательскую ветвь его компании. У них трое детей.
4. Метод разработки детектора льда
Борьба со льдообразованием на базе сигнализаторов или датчиков
Широко встречаются два основных значения:
• чувствительный элемент, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе, например — пневматический сигнал;
• законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.
Эти значения соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик это небольшое, обычно монолитное устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т. п., которое используется для создания более сложных электронных приборов. Во втором случае — это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах и др.
Применение датчиков

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но показания этих приборов в основном читаются человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме.
Датчик, сенсор (от англ. sensor) — термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал.
В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления.
В датчиках могут использоваться разные физические принципы, в соответствии с принципом работы датчика различаются несколько видов сигнализаторов.
• Тепломерные сигнализаторы. Измерение энтальпии: [ЭНТАЛЬПИЯ (от греч. enthalpo - нагреваю). Однозначная функция Н состояния термодинамической системы при независимых параметрах энтропии S и давлении p, связана с внутренней энергией U соотношением Н = U + pV, где V - объем системы. При постоянном p изменение энтальпии равно количеству теплоты, подведенной к системе, поэтому энтальпию называют часто тепловой функцией или теплосодержанием. В состоянии термодинамического равновесия (при постоянных p и S) энтальпия системы минимальна].
• Вибрационные сигнализаторы
• Радиоизотопные сигнализаторы
• Оптические (оптоэлектронные) сигнализаторы
• Акустические сигнализаторы
• Конденсаторные сигнализаторы
В качестве датчиков обледенения на отечественных ВС широкое применение нашли радиоизотопные сигнализаторы типа РИО-3. Принцип работы сигнализатора основан на ослаблении бета-излучения радиоактивного изотопа (стронций-90 + иттрий-90) слоем льда, нарастающего на чувствительной поверхности штыря датчика в полёте. Мощность излучения регистрируется галогенным счётчиком типа СТС-5, и при её уменьшении до заранее заданного порога срабатывания электронный блок выдаёт сигнал «ОБЛЕДЕНЕНИЕ». Для уменьшения инерционности схемы штырь датчика при входе в зону обледенения непрерывно подогревается встроенным нагревательным элементом. В связи с относительно высокой радиоактивностью датчика на земле на него одевается красная свинцовая заглушка.
Общие сведения о датчиках
Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.
Исторически и логически датчики связаны с техникой измерений и измерительными приборами, например термометры, расходомеры, барометры, прибор «авиагоризонт» и т. д. Обобщающий термин датчик укрепился в связи с развитием автоматических систем управления, как элемент обобщенной логической концепции датчик — устройство управления — исполнительное устройство — объект управления. Специальный случай представляет использование датчиков в автоматических системах регистрации параметров, например, в системах научных исследований.
Классификация датчиков
• Активные
• Пассивные
Классификация по измеряемому параметру
• Датчики давления
o для измерения абсолютного давления
o для измерения относительного давления
• Датчики расхода
o Механические счетчики расхода
o Перепадомеры
o Ультразвуковые расходомеры
 Ультразвуковые время-импульсные
 Ультразвуковые фазового сдвига
 Ультразвуковые доплеровские
 Ультразвуковые корреляционные
o Электромагнитные расходомеры
o Кориолисовые расходомеры
o Вихревые расходомеры
• Уровня
o Поплавковые
o Ёмкостные
o Радарные
o Ультразвуковые
• Температуры
o Термопара
o Термометр сопротивления
o Пирометр
• Датчик концентрации
o Кондуктометры
• Радиоактивности (также именуются детекторами радиоактивности или излучений)
o Ионизационная камера
o Датчик прямого заряда
• Перемещения
o Абсолютный шифратор
o Относительный шифратор
• Положения
o Контактные
o Бесконтактные
• Фотодатчики
o Фотодиод
o Фотосенсор
• Датчик углового положения
• Датчик вибрации
o Датчик Пьезоэлектрический
o Датчик вихретоковый
• Датчик механических величин
o Датчик относительного расширения ротора
o Датчик абсолютного расширения
• Датчик дуговой защиты
Классификация по принципу действия
• Оптические (фотодатчики)
• Магнитоэлектрические (На основе эффекта Холла)
• Пьезоэлектрические
• Тензо преобразователь
• Ёмкостной датчик
• Потенциометрический датчик
• Индуктивный датчик
Классификация по характеру выходного сигнала
• Дискретные
• Аналоговые
• Цифровые
• Импульсные
Классификация по количеству входных величин
• Одномерные
• Многомерные
Классификация по технологии изготовления
• Элементные
• Интегральные
Датчик, сенсор (от англ. sensor) — термин систем управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал. В настоящее время различные датчики широко используются при построении систем автоматизированного управления. В датчиках могут использоваться разные физические принципы, в соответствии с принципом работы датчика различаются несколько видов сигнализаторов.
• Тепломерные сигнализаторы. Измерение энтальпии: [ЭНТАЛЬПИЯ (от греч. enthalpo - нагреваю). Однозначная функция Н состояния термодинамической системы при независимых параметрах энтропии S и давлении p, связана с внутренней энергией U соотношением Н = U + pV, где V - объем системы. При постоянном p изменение энтальпии равно количеству теплоты, подведенной к системе, поэтому энтальпию называют часто тепловой функцией или теплосодержанием. В состоянии термодинамического равновесия (при постоянных p и S) энтальпия системы минимальна].
• Вибрационные сигнализаторы
• Радиоизотопные сигнализаторы
• Оптические (оптоэлектронные) сигнализаторы
• Акустические сигнализаторы
• Конденсаторные сигнализаторы
В качестве датчиков обледенения на отечественных ВС широкое применение нашли радиоизотопные сигнализаторы типа РИО-3. Принцип работы сигнализатора основан на ослаблении бета-излучения радиоактивного изотопа (стронций-90 + иттрий-90) слоем льда, нарастающего на чувствительной поверхности штыря датчика в полёте. Мощность излучения регистрируется галогенным счётчиком типа СТС-5, и при её уменьшении до заранее заданного порога срабатывания электронный блок выдаёт сигнал «ОБЛЕДЕНЕНИЕ». Для уменьшения инерционности схемы штырь датчика при входе в зону обледенения непрерывно подогревается встроенным нагревательным элементом. В связи с относительно высокой радиоактивностью датчика на земле на него одевается красная свинцовая заглушка.
4.1. Примеры сигнализаторов обледенения.
• РИО-2М — радиоизотопный авиационный
• РИО-3 — радиоизотопный авиационный
• СО-1 — тепломерный промышленный (для газотурбинных установок)
• СО-4А — авиационный (для двигателей)
• СО-121 — вибрационный авиационный
• ИСО-16 — авиационный
Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.
Исторически и логически датчики связаны с техникой измерений и измерительными приборами, например термометры, расходомеры, барометры, прибор «авиагоризонт» и т. д. Обобщающий термин датчик укрепился в связи с развитием автоматических систем управления, как элемент обобщенной логической концепции датчик — устройство управления — исполнительное устройство — объект управления. Специальный случай представляет использование датчиков в автоматических системах регистрации параметров, например, в системах научных исследований.
Широко встречаются два основных значения:
• чувствительный элемент, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе, например — пневматический сигнал;
• законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.
Эти понятия соответствуют практике использования термина производителями датчиков. В первом случае датчик это небольшое, обычно монолитное устройство электронной техники, например, терморезистор, фотодиод и т. п., которое используется для создания более сложных электронных приборов. Во втором случае — это законченный по своей функциональности прибор, подключаемый по одному из известных интерфейсов к системе автоматического управления или регистрации. Например, фотодиоды в матрицах (фото) и др. В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии — на объекты иной природы, например, биологические. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но показания этих приборов в основном читаются человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме.


Перечень мероприятий борьбы со льдом
• Антигололёдные реагенты
• Гранитная крошка против гололёда
• Скандинавский опыт в борьбе с гололёдом
• «Борьба с зимней скользкостью »
• Методы борьбы с зимней скользкостью
• Твёрдые хлориды
• Жидкие хлориды
• Борьба со льдом
• Инспектор по сосулькам
• МЕРОПРИЯТИЯ ПО БОРЬБЕ СО СНЕГОМ И ЛЬДОМ НА ДОРОГАХ

• Ледокол на крыше
• Средства борьбы с гололедом
• Водоотталкивающие наноструктурированные материалы
Борьба с зимней скользкостью
Виды зимней скользкости и условия ее образования. Зимняя скользкость - ледяные образования и снежные отложения на поверхности дороги, приводящие к снижению коэффициента сцепления колеса автомобиля с поверхностью дороги и ухудшению ровности.
Гололедица - слой льда, образовавшийся в результате замерзания воды, которая находилась на тёплом мокром покрытии и превратилась в лёд при понижении температуры воздуха и охлаждении покрытия до 0°С и ниже.
Гололёд - слой льда, образовавшийся при замерзании осадков, выпадающих на сухое охлаждённое покрытие.
Снежный накат - уплотнённый и обледеневший при многократном воздействии колёс автомобилей слой снега со скользкой поверхностью.
Мокрый снег - кашеобразная смесь влажного снега с водой, образовавшаяся при выпадении мокрого снега из облаков или таяния снежного слоя на покрытии при быстром повышении температуры воздуха.
Рыхлый снег - отложения на покрытии свежевыпавшего или принесённого метелью снега.
Гололедицу и гололёд чаше всего объединяют в одно понятие - гололёд. зимнее содержание дорог
Методы борьбы с зимней скользкостью. Все мероприятия по борьбе с зимней скользкостью можно разделить натри группы по их целевой направленности:
- снижение отрицательного воздействия образовавшейся зимней скользкости и повышение коэффициента сцепления колеса с дорогой путём россыпи по обледеневшему покрытию минеральных фрикционных материалов;
- удаление с покрытия образовавшегося ледяного или снежного слоя с применением химических, механических, тепловых и других методов;
- предотвращение образования снежно-ледяного слоя или ослабление его сцепления с покрытием путём профилактической обработки покрытия противогололёдными химическими веществами или введения противогололёдных реагентов в состав покрытия.

В практике зимнего содержания автомобильных дорог для борьбы с зимней скользкостью применяют фрикционный, химический, физико-химический и другие комбинированные методы.

Фрикционный метод состоит в том, что по поверхности ледяного или снежно-ледяного слоя рассыпают песок, мелкий гравий, отходы дробления, шлак или другие абразивные материалы с размером частиц не более 5-6 мм без примесей глинистых частиц. Предельно допустимая доля пылеватых, глинистых и других загрязняющих примесей не более 3 %. Россыпь производится пескоразбрасывателями или другими машинами. На неопасных участках дорог норма расхода песка составляют от 200 до 700 г/м2 или около 0,3-0,4 м3 на 1000 м2 покрытия. На опасных участках - спусках, перекрёстках, кривых малого радиуса норму расхода практически удваивают.

Рассыпанный абразивный материал повышает коэффициент сцепления до 0,3, но задерживается на проезжей части короткое время - не более 0,5 часа, сносится завихрениями после прохода автомобилей, разбрасывается колёсами и сдувается ветром. Для восстановления сцепных свойств требуются частые посыпки и большое количество пескораспределителей. Песок при хранении в больших объёмах зимой может смерзаться в комья. Для повышения эффективности распределяют подогретый абразивный материал, который проникает в ледяную корку и после примерзания придает поверхности некоторую шероховатость. Фрикционный метод не устраняет скользкость, только на некоторое время уменьшает ее отрицательные последствия.

Комбинированный химико-фрикционный метод состоит в том, что на поверхность покрытия рассыпают фрикционные материалы, смешанные с твёрдыми хлоридами NaCl, KaCl, MgCl2, СаС12. Песчано-солевую смесь приготавливают на пескобазах путём смешения фрикционных материалов с кристаллической солью в соотношении 9:1; 8:1; 6:1 или 4:1. Достоинством песчано-солевых смесей является то, что они не смерзаются и не слёживаются.
На неопасных участках дорог нормы расхода песчано-солевых смесей составляют от 100 г/м2 до 400 г/м2, или 0,1-0,2 м3 на 1000 м2 покрытий, а на опасных 0,3-0,4 м3. Песчано-солевые смеси распределяют специальными пескоразбрасывателями или комбинированными дорожными машинами с универсальным оборудованием.
Химический способ борьбы с образовавшейся зимней скользкостью заключается в применении для плавления снега и льда твёрдых или жидких химических веществ, содержащих хлористые соли.
Применение химических реагентов позволяет расплавить и устранить лёд и снег, после чего покрытие становится мокрым, а затем высыхает. Таким образом, химический метод позволяет полностью ликвидировать зимнюю скользкость. борьба со снегом
Плавление льда химическими реагентами представляет собой сложный физико-химический процесс, в результате которого реагенты плавят лёд и образуют водно-соляной раствор, температура замерзания которого значительно более низкая, чем температура замерзания воды.

Твёрдые хлориды.
Техническая поваренная соль NaCl. Это наиболее распространённая в природе соль (каменная соль, самосадочная соль) в виде минералов галита и сильвинита серого и белого цвета. Из сырья поваренной соли выпускают пищевую соль, содержащую более 93-99,7 % NaCl, и техническую соль, содержащую около 93 % NaCl. Для борьбы с зимней скользкостью применяют молотую соль крупностью от 1,2 мм до 4,5 мм. Хлористый натрий действует медленно, его плавящая способность в первый час в три-четыре раза ниже, чем у хлорида кальция. Эвтектическая температура -21°С, эвтектическая концентрация 23 %.
Техническая соль сильвинитовых отвалов NaCl+KCl - кристаллический продукт розового цвета, отход производства калийных удобрений. Этот продукт по своему химическому составу представляет в основном хлористый натрий (от 90 до 95 %), а также содержит 2-3 % хлористого калия и 0,5-1 % хлористого магния. Частицы соли сильвинитовых отвалов имеют крупность до 4 мм при наличии отдельных включений крупностью до 10 мм. Недостатком этого продукта является высокая влажность (8-12 %) и поэтому слёживаемость - при положительной температуре и смерзаемость - при низкой отрицательной температуре.
Хлористый кальций CaCl2 - это побочный продукт содового производства. Частицы его похожи на чешуйки диаметром около 15 мм и толщиной 1 мм. Поэтому он называется чешуированным и содержит 67 % хлористого кальция. Это самый быстродействующий материал, время его полного растворения около 0,5 ч.
Хлористый кальций сильно впитывает влагу, поэтому должен поставляться и храниться в полиэтиленовых мешках, не допускающих протекания влаги. Эвтектика хлористого кальция равна -51°С при 32-35 % концентрации, что позволяет использовать для удаления скользкости при низких температурах воздуха.
Хлористый кальций фосфатированный (ХКФ) - это смесь чешуированного хлористого кальция с ингибитором (фосфатом или суперфосфатом). Добавка ингибитора в количестве 5-7 % от массы соли существенно снижает коррозийное действие хлоридов. ХКФ поставляется в полиэтиленовых мешках.
Смеси NaCl + CaCl2. Плавящая способность кальция выше, чем натрия, поэтому создают смеси оптимального состава, применяемые при более низких температурах, чем чистая соль NaCl. Оптимальными являются смеси состава NaCl:CaCl2 88:12 при условии применения чешуированного хлористого кальция. Отличительной особенностью этих смесей является их неслёживаемость.
Нитрит кальция-мочевина (НКМ) состоит из мочевины CO(NH2)2 в количестве 60 %, нитрита кальция Ca(NO2) 2 в количестве 36 %, карбоната кальция СаСО3 в количестве 0,5 %, влаги 2,5 % и нерастворимого остатка около 1 %.
НКМ представляет собой гранулированный продукт, малогигроскопичный, хорошо растворимый в воде. Его эвтектическая температура при 48 % концентрации раствора равна 21,7°С. НКМ транспортируют и хранят в полиэтиленовых мешках.
Хлористый магний (MgCl2) - это кристаллическая соль в виде гранул и хлопьев. Получается сушкой раствора природного минерала бишофита, который добывается методом выщелачивания (подземного растворения). Представляет собой кристаллическое вещество желтоватого оттенка. Для придания более качественного товарного вида продукту ЗАО «Бишофит Авангард» дополнительно очищает рассол от жёлтого оттенка. В результате на выходе получают чешуйчатый реагент белого цвета.
В отечественной практике эксплуатации дорог применяется под названием бишофит, биомаг, ХММ (хлористый магний модифицированный). Приготавливается как в жидком, так и в твёрдом виде. В твёрдом виде применяется в виде порошка, гранул и чешуек белого цвета. Содержит хлора меньше, чем остальные хлориды. Плавящая способность около 15 г/г. Эвтектическая температура -33°С при эвтектической концентрации 21,6 %.
Реагент ХКНМ. Представляет собой сложную однородную по всему объему смесь солей хлорида натрия (78-83 %) и хлорида кальция (17-21 %). Гранулы белого цвета, неправильной формы, до 5 мм, средний диаметр частиц 2,5-3,7 мм. Действие реагента предполагает поглощение влаги из воздуха хлористым кальцием ввиду его высокой гигроскопичности. В результате адсорбции влаги хлористым кальцием выделяется тепло. Наличие влаги и тепла, в свою очередь, увеличивает скорость растворения хлористого натрия.
Мочевина (карбамид) CO(NH2)3. Белое кристаллическое вещество без запаха, основное назначение - органическое удобрение. Гигроскопическая точка 20°С при влажности 80 %, практически не слеживается. Как противогололёдное средство в чистом виде применяется редко ввиду высокой эвтектической температуры -11°С и невысокой плавящей способности. Ввиду низкой коррозийной активности, малой токсичности, минимального влияния на окружающую среду используется для приготовления противогололёдных материалов на её основе.
НКММ. Состав: нитрат кальция Ca(NО3)2 (20 %), нитрат магния Mg(NО3)2 (18 %) мочевина Ca(NH2)2 (60 %) и ПАВ. Твёрдое вещество светло-коричневого цвета, без запаха. Выпускается в виде гранул 2-5 мм - 92,6 % и 1-2 мм 7 %. Практически не слёживается.
Эвтектическая температура - 15°С при 30 % концентрации. Плавящая способность 7 г/г. Температура применения ограничена до -8°С на магистралях с интенсивным движением транспорта, поскольку реагент медленно плавит снег.
Рекомендуемая объёмная норма распределения на 1 мм стекловидного льда при температуре 0...-2°С составляет 40-50 г/м2.
СМА - гранулированный кальциево-магниевый ацетат. Состоит из кальция, магния, доломитовой извести и уксусной кислоты. Выпускается в США в виде гранул неправильной формы (для снижения рассыпчатости) 90 % гранул до 4 мм. Коррозийная активность принимается равной воде. При добавлении 20 % к NaCl коррозия уменьшается на 70-80 %. Используется как антикоррозийная добавка в хлористый натрий в смеси 20 и 40 %. Жидкий СМА применяется в виде 25 % раствора. Эвтектическая температура -18°С, температура применения до -7°С.
Clear way 2s. Базируется на ацетате натрия, представляет собой белые гранулы неправильной формы. Подвержен биоразложению. Эвтектическая температура -18°С при 39 %-ной концентрации. Плавящая способность 4 г/г (при -5°С).
Кроме перечисленных многие отечественные и зарубежные фирмы поставляют различные противогололёдные реагенты.
Слёживаемость твёрдых хлоридов. Недостатком твердых хлоридов является их слёживаемость. Свойство соли слёживаться объясняется тем, что при определённых влажностно-температурных условиях она адсорбирует (поглощает) своей поверхностью влагу из воздуха. Способность соли впитывать воду называется гигроскопичностью. Увлажнение соли происходит, когда влажность воздуха выше гигроскопического порога для данной соли. Этот порог составляет для хлористого натрия 75 % относительной влажности воздуха, а для хлористого кальция и ХКФ - 22 %. Это означает, что СаС1, и ХКФ практически всегда впитывают воду из воздуха. На поверхности каждой частицы образуются новые кристаллы соли, которые служат как бы спайками между зернами соли, что приводит к её омоноличиванию.
Слёживаемость солей можно снизить введением специальных добавок, которые называют реогенами. Одним из реогенов является кровяная соль, добавкой которой слёживаемость можно существенно снизить. Однако эти добавки стоят очень дорого. Поэтому СаС12 и ХКФ можно перевозить только в полиэтиленовых мешках и другой закрытой таре и хранить в закрытых складах.

Жидкие хлориды.
Кроме твёрдых хлоридов для борьбы с зимней скользкостью применяют жидкие хлориды в виде естественных и промышленных рассолов, а также искусственно приготавливаемых растворов.
Жидкие хлориды пригодны только с концентрацией солей более 150 г/л, т.е. с содержанием основного вещества более 15 %. Использовать растворы с меньшим содержанием солей нельзя, поскольку при плавлении льда и снега концентрация раствора будет уменьшаться. Слабоконцентрированный раствор перестаёт расплавлять лёд и при небольшом понижении температуры сам превратится в лёд.
Нельзя проводить работы по борьбе со скользкостью с применением растворов при температуре воздуха ниже значения температуры замерзания применяемого жидкого хлорида, которая составляет от -10 до -17°С для рассолов различного вида и концентрации.
Достоинство применения жидких хлоридов состоит в простоте приготовления и распределения. Недостаток в том, что при доставке раствора к месту его распределения затрачивается лишняя энергия на перевозку воды, количество составляет от 50 до 80 % от общей массы.
Жидкие искусственные противогололёдные материалы - это растворы различных твёрдых химических реагентов в воде с концентрацией от 150 до 500 г/л, то есть это крепкие и очень крепкие растворы.
Растворы готовятся в специальных смесительных установках, в которых соль растворяется в воде с перемешиванием лопастями мешалки или при перекачивании воды насосами. Затем раствор закачивается в ёмкости для хранения, откуда самотёком или с помощью насоса поступает в распределители. Растворы могут быть однокомпонентными и многокомпонентными. При приготовлении растворов в них, как правило, вводятся антикоррозийные ингибиторы.
Антиснег-1 (АС-1). Жидкий противогололёдный реагент, представляет 30 %-ный водный раствор ацетата аммония (CH3COONH4). Прозрачный, бесцветный с запахом уксуса и аммиака. Для снижения запаха в него вводится отдушка в количестве 0,25 % по массе. Реагент не содержит хлора, позитивно влияет на почву, не оказывает вредного воздействия на зеленые насаждения. Эвтектическая температура -44°С при 30 %-ной концентрации. Для удержания раствора на поверхности в него вводятся добавки водорастворимых эфиров целлюлозы (карбоксиметилцеллюлозы) в количестве 1, 3 и 5 % по массе. Плавящая способность реагента 4,8 г/г (при -5°С).
Нордикс. Жидкий противогололёдный реагент, представляет собой 50 %-ный раствор ацетата калия (CH3COOK). Прозрачный, бесцветный, со слабым запахом уксуса. Реагент не содержит хлора, не оказывает вредного воздействия на зелёные насаждения. Нордикс имеет в своем составе присадку, которая не вызывает коррозию металлов, сплавов и материалов, применяемых при автомобилестроении. Эвтектическая температура -60°С при 50 %-ной концентрации.
Естественные рассолы широко распространены на многих территориях России. Они залегают на глубине 800-1000 м в артезианских бассейнах (пластовые вода), а также содержатся в солёных озёрах, лиманах. Естественные рассолы многокомпонентны с преобладанием ионов кальция, натрия, магния. Добычу рассолов производят по скважинам, которые могут эксплуатировать сами дорожные организации. Содержание солей в естественных рассолах может достигать 200-300 г/л и более.
Пластовые воды с высоким содержанием хлоридов часто получают на нефтяных месторождениях как отходы при добыче нефти. Кроме того, жидкие хлориды получают как отходы химического и других промышленных производств.
Помимо перечисленных материалов для борьбы с зимней скользкостью применяют многие природные материалы, а также твердые или жидкие отходы промышленности, содержащие хлориды натрия, кальция и магния в количестве не менее 25 %. На применение местных материалов нужно получить разрешение санитарно-эпидемиологической службы.

Ингибиторы - это химические вещества, которые вводят в состав солей для снижения их корродирующего действия на металлические части автомобилей, дорожных машин, металлических ограждений, опор знаков, пролётных строений мостов и других элементов из металла. Ингибиторы вводят во все применяемые соли и растворы, которые не содержат их в своём составе.
Комбинированный химико-механический метод борьбы с зимней скользкостью состоит в распределении по снежному накату твёрдых или жидких хлоридов, которые расплавляют и ослабляют снежно-ледяной слой, после чего рыхлую массу убирают плужным или плужно-щёточными очистителями, а при их отсутствии - автогрейдерами.
Расход твёрдых хлоридов на 1 мм слоя замерзшей воды колеблется от 15 до 90 г/м2, а жидких хлоридов от 0,08 до 0,15 л/м2 в зависимости от вида хлорида и температуры воздуха. Для повышения эффективности и уменьшения расхода хлоридов предварительно устраивают продольные канавки в снежном накате глубиной до 2-5 см и шириной 2 см на расстоянии одна от другой 6 см. Их устраивают автогрейдером, к ножу которого приварены зубья. Распределенные твердые или жидкие хлориды в основном собираются в канавках и быстро разрушают снежный накат, который затем убирается плужно-щёточными машинами. Расход хлоридов сокращается на 30-40 %.
При образовании на дорожном покрытии стекловидного льда (наиболее опасного вида зимней скользкости) работы по его ликвидации состоят в распределении повышенных норм противогололёдных материалов и установке временных знаков, предупреждающих водителей транспортных средств об опасности (знак 1.15 «Скользкая дорога» в соответствии с действующими Правилами дорожного движения).

Не допускается использование химических материалов для борьбы с зимней скользкостью при температурах ниже температуры замерзания растворов солей, образующихся при плавлении льда или снега применяемыми химическим материалами. В этом случае необходимо применять пескосоляную смесь. Распределение пескосоляной смеси производится в количестве 350 г/м2 при соотношении компонентов песка и соли соответственно 90:10 и 175 г/м2 при соотношении 80:20.
На гравийных, щебеночных и грунтовых дорогах, а также на дорогах, уровень содержания которых допускает образование снежного наката, в качестве фрикционных материалов необходимо применять песок, каменные высевки, щебень и шлак. Используемые материалы не должны содержать примесей в виде глины и золы. Размер фрикционного материала не должен превышать 5 мм.
С целью снижения коррозийного воздействия на транспортные средства на дорогах, а также на элементах искусственных сооружений предпочтительнее использовать химические вещества, не вызывающие коррозию (НКМ, карбамид), или ингибированные материалы (ХКФ - хлористый кальций фосфатированный).
Для борьбы с зимней скользкостью на цементобетонных покрытиях, хлориды допускается применять не ранее чем через год после завершения строительства, если эти покрытия построены из смеси с воздухововлекающими добавками, и спустя три года, если без них.

Разработаны и реализуются следующие методы снижения расхода хлоридов для борьбы с зимней скользкостью:
- профилактический способ борьбы с зимней скользкостью;
- распределение увлажнённой соли;
- распределение хлоридов только по полосам наката.

Профилактический метод борьбы со скользкостью заключается в распределении противогололёдных материалов до образования на проезжей части дороги гололёда или наката. Он подразделяется на предупреждение образования гололеда и предупреждение образования снежного наката. В первом случае за 30-60 минут до начала образования гололёда на поверхность покрытия распределяют твёрдые или жидкие хлориды с расходом от 5 до 20 г/м2. Соединяясь с влагой из воздуха, хлориды образуют соляной раствор, который препятствует образованию гололёда. Реализация этого метода требует точного прогноза о возможном образовании гололёда за 1-2 часа до начала образования, чтобы успеть обработать поверхность хлоридами. Для такого прогноза разработаны различные приборы и сигнализаторы гололёда. Большинство этих приборов и датчиков служат только для раннего обнаружения гололёда, но некоторые системы позволяют получать прогноз наступления гололёда за 1-2 часа до момента его появления, что намного важнее, чем обнаружение уже образовавшегося гололеда.
В настоящее время системы ранней регистрации гололеда выпускают фирмы: Enator (Швеция), Vaisala (Финляндия), Odin System (США), Boschung Megatronic (Швейцария), Национальная индустриально-торговая палата (Россия) и др.

Важным условием эффективного применения профилактического метода борьбы с гололедом является наличие машин, способных распределять хлориды очень малыми дозами порядка 5-10 г/м2. При таком малом расходе хлориды не оказывают отрицательного влияния на окружающую природу, дорогу и автомобили, но позволяют не допустить образования гололёда или гололедицы на покрытии.
На принципе раннего обнаружения гололёда работают системы автоматического разбрызгивания раствора хлоридов для предупреждения образования гололёда на мостах (рис. 15.33). После получения сигнала об образовании гололёда автоматически включаются насосы, которые под большим давлением подают раствор к разбрызгивающим устройствам (тарелкам), которые установлены на обочинах у кромки проезжей части. Тарелки имеют отверстия, через которые струи раствора разбрызгиваются на всю проезжую часть, колёсами автомобилей раствор разносится равномерно по полосам движения. Это позволяет предупредить образование гололёда или ликвидировать его на ранней стадии с небольшим расходом хлоридов.
Автоматизированные системы распределения противогололёдных материалов по данным сигнализаторов гололёда применяются на сложных развязках, отдельных мостах и на опасных участках дорог.
Предупреждение (профилактика) образования снежного наката. В этом случае задача состоит в том, чтобы не допустить уплотнения колесами автомобилей снега на поверхности дороги во время снегопада или метели. Такая технология применяется в городских условиях на улицах городов и автомобильных магистралях с интенсивностью движения более 100-200 авт/час на полосу движения. Чтобы не допустить уплотнения рыхлого снега, в него вводят небольшое количество химического реагента в виде пескосоляной смеси, твёрдых хлоридов или растворов соли.
Технология работ состоит в следующем. Первый этап - это выдержка - период от начала снегопада до начала работ по распределению хлоридов. Продолжительность выдержки зависит от интенсивности снегопада и колеблется от 15 до 40 минут. Второй этап - обработка химическими реагентами. После накопления небольшого количества снега на поверхности дороги распределяется реагент (хлорид) по норме от 15 до 25 г/м2 в пересчёте на твёрдое вещество при температуре снега от -6°С до -18°С.
Следующий этап - интервал, продолжительность которого колеблется от 0,25 до 3 ч в зависимости от интенсивности снегопада и температуры снега. Чем выше интенсивность снегопада, тем меньше интервал. В этот период распределенный хлорид колесами автомобилей перемешивается со снегом, образуя рыхлую, сыпучую массу, которая не уплотняется. Это объясняется тем, что химический реагент значительно уменьшает силы внутреннего трения и сцепления между частицами снега. После этого мокрый снег удаляют с поверхности покрытия или сгребают в валы при помощи плужно-щёточных снегоочистителей, грузят в транспортные средства и производят вывоз снега на заранее подготовленные снегосплавные или снегоплавильные пункты.
Распределение увлажнённой соли. Способ распределения увлажнённой соли состоит в том, что хлорид натрия (NaCl) подается на распределительную тарелку солеразбрасывателя в сухом виде и здесь увлажняется раствором кальция (СаС12). Увлажнённая соль, попадая на поверхность гололёда или покрытия, приклеивается к поверхности, сразу вступает в работу и не сметается с поверхности ветром и проходящими машинами. Для солевого раствора обычно применяют хлорид кальция или магния.
Солевой раствор готовят на базе в смесительной установке и хранят в резервуарах. Для распределения применяют специальную машину, которая имеет бункер для сухой соли, резервуар для солевого раствора, дозирующее устройство и рассыпающую тарелку.

Норма расхода увлажнённой смеси составляет около 10 г/м2, то есть 7 г/м2 сухой соли. Этого достаточно, чтобы ликвидировать гололёд, гололедицу и иней при небольшой отрицательной температуре.

При более низких температурах расход соли соответственно увеличивается, но все равно меньше на 20-40 %, чем при россыпи сухой соли.

Распределение хлоридов только по полосам наката. На дорогах с невысокой интенсивностью движения расход хлоридов можно существенно уменьшить за счёт распределения их не на всю ширину проезжей части. Для этого выпускают солеразбрасыватели с двумя тарелками, расположенными низко над проезжей частью. Каждая тарелка разбрасывает хлорид на ширину полос наката около 0,8-1,0 м. Соответственно уменьшается расход хлоридов.

Создание гололёдобезопасных (гидрофобных) покрытий. В состав материала верхнего слоя покрытия или слоя износа вводится химический реагент, состоящий из хлорида и ингибитора. Одним из первых таких реагентов является верглимит, разработанный швейцарской фирмой «Пластироут», который содержит хлористый кальций. Частицы верглимита в виде мелких зёрен покрыты тонкой синтетической плёнкой. В таком виде они вводятся в состав асфальтобетонной смеси при ее приготовлении. Затем эта смесь укладывается тонким слоем и уплотняется.

В процессе движения колесами автомобиля снимается пленка с гранул хлористого кальция в самом верхнем слое покрытия и они становятся открытыми. При попадании снега на покрытие хлористый кальций расплавляет его, превращая в солевой раствор, который не замерзает при понижении температуры.

В Росдорнии разработан новый материал, который называется «Грикол» и применяется для устройства противогололёдных покрытий.
Грикол - это гидрофобная соль в виде тонкодисперсного порошка, имеет размер менее 0,06 мм. Порошок состоит из хлористого натрия и кальция с добавлением сакора (алкиласиликонат щелочного металла). Он вводится в асфальтобетонную смесь в количестве до 5 % от массы асфальтобетонной смеси, заменяя минеральный наполнитель или его часть. Асфальтобетонная смесь приготавливается и укладывается по традиционной технологии.
Грикол позволяет полностью предотвратить образование льда на покрытии при переходе температур воздуха через 0 от положительных к отрицательным до -6°С. При более низких температурах образование льда на поверхности покрытия возможно, но силы примерзания (адгезии) льда и снега к такому покрытию весьма незначительны, что позволяет легко очистить поверхность от снежно-ледяных отложений плужно-щёточными снегоочистителями.
Перспективным способом является гидрофобизация покрытия, которая заключается в нанесении водоотталкивающих веществ на покрытие. На гидрофобной поверхности вода, растекаясь, замерзает в виде сплошного слоя льда, который прочно скрепляется с поверхностью покрытия. Это сцепление увеличивается за счёт образования льда в микротрещинах. На гидрофильной поверхности угол растекания жидкости значительно больше, вода быстро стекает с покрытия, и лёд вообще не образуется или образуется в виде отдельных капелек. Сцепление такого льда в 3-4 раза меньше, чем на гидрофильной поверхности, и его легко удалить щёточным механизмом.
Для гидрофобизации асфальтобетонных покрытий используют специальные составы, которые готовят на основе кремнейорганических веществ с добавлением растворителя. Работы в этом направлении находятся в стадии развития.

4.2. Организационно-методический вывод

Для организации ведения борьбы со льдом к настоящему времени разработано большое количество путей (способов, методов, приемов, средств). Их анализ показал, что если эти пути исследованы и оценены достаточно глубоко различными авторами, то способ, относительно недавно предложенный, на использовании тепла, исследован явно недостаточно. Между тем, в условиях такой северной страны, как Россия, именно этот способ представляется наиболее приемлемым и эффективным. Предлагаемая автором теория теплового излучения на базе теории индуцированного излучения А. Эйнштейна подводит теоретическую базу для дальнейшего совершенствования тепловых способов борьбы со льдом.


Преимущества и недостатки приведённых вариантов борьбы со льдом

Позитив:

• Тепловые способы имеют место применения в практике,

• Экономически затраты оправдывают себя,

• Растёт успешность в решении задачи борьбы со льдом,

• Внедряется наукоёмкая технология производства устройства.

• Негатив:

• Отсутствие теоретической базы не определяет перспективы развития.

• Велик человеческий фактор риска.

• Слабая автоматизация процесса.

• Низкая технологическая производительность.

Задача диссертационного исследования требует разработать:

1). Теоретическую базу льдообразования.

2). Способ борьбы со льдом, исключающий человеческий фактор.

3). Датчик льда, работающий с упреждением и обеспечивающий автоматизацию процесса.

4). Устройство борьбы со льдом на ГПА с высокой технологической производительностью.

Второй раздел работы из одной главы.

Его наименование: РАЗРАБОТКА ТЕОРИИ ЛЬДООБРАЗРВАНИЯ И ТАЯНИЯ ЛЬДА
ГЛАВА 3. ТЕПЛОВАЯ ТЕОРИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ОСНОВ ОБРАЗОВАНИЯ ЛЬДА)

ГЛАВА 3.
Метод квантовой теории излучения Эйнштейна применительно к образовнию и таянию льда на основе теории квантового генератора (лазера) и квантового усилителя (мазера)
Разработка теории образования-таяния льда на базе теории индуцированного или вынужденного излучения А. Эйнштейна.
Применение
На вынужденном излучении основан принцип работы квантовых усилителей, лазеров.
Лазер - опти́ческий ква́нтовый генера́тор — устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.
Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим экстремально больших пиковых мощностей.
и мазеров.
Ма́зер (англ. maser) — квантовый усилитель, усиливающий когерентные радиоволны. Его название — сокращение фразы «Усиление микроволн с помощью вынужденного излучения» (microwave amplification by stimulated emission of radiation — было предложено в 1954 году американцем Ч. Таунсом, одним из его создателей. Кроме Таунса к открытию непосредственного принципа работы квантового генератора причастны советские учёные А. М. Прохоров, Н. Г. Басов, а также американцы Дж. Вебер, Д. Гордон и Х. Цейгер. В 1964 г Прохорову, Басову и Таунсу была присуждена Нобелевская премия по физике «за фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию осцилляторов и усилителей, основанных на принципе лазера — мазера». Изначально, после изобретения, считалось, что мазер — чисто человеческое творение, однако позже астрономы обнаружили, что некоторые из далёких галактик работают как исполинские мазеры. В огромных газовых облаках, размером в миллиарды километров, возникают условия для генерации, а источником накачки служит космическое излучение. Мазеры используются в технике (в частности, в космической связи), в физических исследованиях, а также как квантовые усилители стандартной частоты)
В рабочем теле лазера путём накачки создаётся избыточное (по сравнению с термодинамическим ожиданием) количество атомов в верхнем энергетическом состоянии. Рабочее тело газового лазера находится в резонаторе (в простейшем случае — пара зеркал), создающем условия для накапливания фотонов с определённым направлением импульса. Первоначальные фотоны возникают за счёт спонтанного излучения, затем их поток лавинообразно усиливается благодаря вынужденному излучению. Лазеры обычно используются для генерации излучения, тогда как мазеры, работающие в области радиочастот, применяются также и для усиления.


1.1. Льдообразование с точки зрения квантовой электроники. Метод изучения с помощью процедуры контрастирования

В тепловой теории льдообразования мы исходим из той точки зрения, что процесс проходит на частоте инфракрасного диапазона в отличие от теории квантового генератора, где он проходит на частоте диапазона монохромного излучения.
Монохромное излучение, Мо́нохромати́ческое излуче́ние (от греч. μόνο — один, χρώμα — цвет) — электромагнитное излучение, обладающее очень малым разбросом частот, в идеале — одной длиной волны.
Монохроматическое излучение формируется в системах, в которых существует только один разрешённый электронный переход из возбуждённого в основное состояние.

Источники монохромного излучения
На практике используют несколько способов получения монохромного излучения.
• призматические системы для выделения потока излучения с заданной степенью монохроматичности
• системы на основе дифракционной решетки
• лазеры, излучение которых не только высоко монохроматично, но и когерентно
• газоразрядные лампы и другие источники света, в которых происходит преимущественно один электронный переход (например, натриевая лампа, в излучении которой преобладает наиболее яркая линия D или Ртутная лампа)
Монохроматор на базе дифракционной решётки


Возможны два случая образования льда при охлаждении воды: первый, когда в воде отсутствуют кристаллы льда или ядра для их образования, второй — когда в охлаждаемой воде они присутствуют. Каждый из них имеет свои особенности образования льда. В первом случае процесс льдообразования характеризуется большой сложностью и еще недостаточно изучен. Во втором случае процесс льдообразования более простой, что позволяет определить количественные зависимости толщины и скорости намораживания льда от условий охлаждения воды и установить, таким образом, степень влияния отдельных факторов на этот процесс.

В холодильной технике льдообразование почти всегда протекает в условиях, когда имеются необходимые предпосылки для возникновения кристаллов льда. Образование твердой фазы из жидкой начинается только в отдельных точках — центрах кристаллизации. В свою очередь образование первичных центров кристаллизации возможно только при переохлаждении жидкости. Переохлаждением жидкости называют разность температур между температурой плавления твердой фазы и температурой, при которой выделяются первые кристаллы. После появления кристаллов температура жидкости возрастает до температуры плавления.

Необходимость переохлаждения вызывается тем, что возникающие группировки (диспергированные кристаллы) с упорядоченным размещением молекул, близким к структуре кристаллов твердой фазы, неустойчивы. Эти группировки в соответствии с квазикристаллическим строением жидкости непрерывно разрушаются под воздействием теплового движения молекул. Когда температура жидкости становится ниже точки плавления, воздействие теплового движения молекул уменьшается.

Однако эти группировки, представляющие собой только несколько молекул с правильной кристаллической ориентировкой, остаются неустойчивыми и в условиях переохлаждении. Кристаллическая группировка становится устойчивой только тогда, когда в ней содержится несколько сот молекул. Образование такой группировки не может происходить самопроизвольно: оно требует содержания в жидкости твердых частиц. Стабильность этих групп может возникнуть только на поверхности раздела жидкости и твердых частиц, так как здесь имеется пленка жидкости, обладающая особыми свойствами молекулярной ориентации, отличающими ее от остальной массы жидкости. При движении воды у охлаждаемой стенки первые кристаллы должны выделяться в виде тонкого слоя льда, так как у нее находится наиболее переохлажденная пленка жидкости, обладающая свойствами молекулярной организации, необходимыми для образования устойчивых группировок.

Наиболее благоприятными условия будут тогда, когда теплопередающая стенка по структуре своей поверхности приближается к структуре кристаллов льда и когда теплопередача через стенку проходит интенсивно. Поэтому шероховатые металлические стенки, особенно медные, при интенсивном охлаждении создают более благоприятные условия для образования первых кристаллов льда, чем гладкие и полированные, особенно стеклянные, при медленном их охлаждении. При интенсивном охлаждении воды с температурой выше О °С у металлической стенки образуется тонкий сплошной слой льда. Переохлаждение воды резко падает до тысячных долей градуса (практически можно считать, что переохлаждение отсутствует). Температура поверхности льда на границе с водой в течение всего дальнейшего процесса охлаждения ее остается постоянной и равной О °С. Действительно, температура плавления льда при атмосферном давлении не может быть выше О °С, так как известно, что иметь двойную фазу вещество в перегретом состоянии не может. С другой стороны, температура может понижаться лишь на тысячные доли градуса. Таким образом, практически температура льда на границе может быть принята равной О °С.
Эта важная особенность процесса намораживания льда у охлаждаемой стенки, омываемой водой, позволяет получить сравнительно простые расчетные зависимости, характеризующие динамику намораживания льда в воде плюсовой температуры.

1.2. Отрицательная температура [25]

При отрицательной температуре появляется лёд. Отрицательная абсолютная температура, величина, вводимая для описания неравновесных состояний квантовой системы, в которых более высокие уровни энергии более населены, чем нижние. В равновесном состоянии вероятность иметь энергию En определяется формулой:
. (1)
Здесь Ei — уровни энергии системы, k — Больцмана постоянная, Т — абсолютная температура, характеризующая среднюю энергию равновесной системы U = Σ (WnEn), Из (1) можно считать, что при Т > 0 нижние уровни энергии должны быть более населены частицами, чем верхние. Если система под влиянием внешних воздействий переходит в неравновесное состояние, характеризующееся большей населённостью верхних уровней по сравнению с нижними, то формально можно воспользоваться формулой (1), положив в ней Т < 0. Однако понятие отрицательная температура применимо только к квантовым системам, обладающим конечным числом уровней.

В термодинамике абсолютная температура «Т» определяется через обратную величину «1/Т», равную производной энтропии (См. Энтропия) S по средней энергии системы при постоянстве остальных параметров х:
(2)
Из (2) следует, что отрицательная температура означает убывание энтропии с ростом средней энергии. Однако отрицательная температура вводится для описания неравновесных состояний, к которым применение законов равновесной термодинамики носит условный характер.

Пример системы с отрицательной температурой — система ядерных Спинов в кристалле, находящемся в магнитном поле, очень слабо взаимодействующих с тепловыми колебаниями кристаллической решётки, то есть практически изолированной от теплового движения. Время установления теплового равновесия спинов с решёткой измеряется десятками минут. В течение этого времени система ядерных спинов может находиться в состоянии с отрицательной температурой, в которое она перешла под внешним воздействием.

В более узком смысле отрицательная температура — характеристика степени инверсии населённостей двух выбранных уровней энергии квантовой системы. В случае термодинамического равновесия населённости N1 и N2 уровней E1 и E2 (E1 < E2), т. е. средние числа частиц в этих состояниях связаны формулой Больцмана:
, (3)
где Т — абсолютная температура вещества. Из (3) следует, что N2 < N1. Если нарушить равновесие системы, например воздействовать на систему монохроматическим электромагнитным излучением, частота которого близка к частоте перехода между уровнями: ω21 = (E2 — E1)/ħ и отличается от частот других переходов, то можно получить состояние, при котором населённость верхнего уровня выше нижнего N2 > N1. Если условно применить формулу Больцмана к случаю такого неравновесного состояния, то по отношению к паре энергетических уровней E1 и E2 можно ввести отрицательную температуру по формуле:
. (4)
Несмотря на формальный характер этого определения, оно оказывается в ряде случаев удобным, например позволяет описывать флуктуации в равновесных и неравновесных системах с О. т. аналогичными формулами. Понятием отрицательной температуры пользуются в квантовой электронике для удобства описания процессов усиления и генерации в средах с инверсией населённости.

Квантовая электроника с точки зрения использовании эффекта вынужденного излучения при описании льдообразования [26]

Область физики, изучающая методы усиления и генерации электромагнитных колебаний, основанные на использовании эффекта вынужденного излучения также свойства квантовых усилителей и генераторов и их применения. Практический интерес к квантовым генераторам света (Лазерам) обусловлен прежде всего тем, что они, в отличие от др. источников света, излучают световые волны с очень высокой направленностью и высокой монохроматичностью. Квантовые генераторы радиоволн отличаются от др. радиоустройств высокой стабильностью частоты генерируемых колебаний, а квантовые усилители радиоволн — предельно низким уровнем Шумов. Физические основы квантовой электроники. Свет и радиоволны являются электромагнитным излучением, порции которого кванты (или Фотоны) могут испускаться атомами, молекулами и др. квантовыми системами, обладающими некоторой избыточной внутренней энергией (возбуждёнными частицами). Внутренняя энергия атома (или молекулы) может принимать только лишь некоторые строго определённые дискретные значения, называемые уровнями энергии. Уменьшение внутренней энергии означает переход атома с более высокого уровня энергии на более низкий. Если при этом избыток энергии отдаётся в виде кванта излучения, то частота излучаемых волн ν определяется условием Бора:
ν = (1),
где h = 6,62․10–27 эрг×сек — Планка постоянная. Аналогично увеличение внутренней энергии атома означает его переход с нижнего уровня E1 на верхний E2. Если это увеличение связано с поглощением кванта излучения, то частота поглощаемого излучения определяется тем же условием (1). Т. о., условие (1) определяет частоту спектральной линии поглощения или излучения, характерную для данных частиц. Взаимодействие частиц с окружающими их частицами и полями, а также «краткость их жизни на уровне» приводят к «размытию» уровней энергии. В результате условие (1) выполняется не для одного фиксированного значения частоты ν, а для интервала значений частот, при этом спектральные линии приобретают ширину.

Возбуждённые частицы могут отдавать свою энергию в виде квантов излучения двумя способами. Возбуждённые частицы неустойчивы, и для каждой из них существует определённая вероятность самопроизвольно (спонтанно) испустить квант излучения. Акты спонтанного испускания происходят случайно Поэтому спонтанное излучение носит хаотический характер. Фотоны испускаются различными частицами в различные моменты времени, имеют разную частоту, поляризацию и направление распространения. Интенсивность спонтанного излучения пропорциональна кубу частоты и поэтому резко падает при переходе от световых волн к радиоволнам. Все нелазерные Источники света (лампы накаливания, газоразрядные лампы и т.п.) излучают свет в результате актов спонтанного излучения. В радиодиапазоне такой же характер имеют шумы электронных устройств и тепловое радиоизлучение нагретых тел.

Возбуждённые частицы могут испускать фотоны, переходя с верхнего уровня энергии E2 на нижний уровень E1 не только самопроизвольно, но и под воздействием внешнего излучения (вынужденно), если частота этого внешнего излучения удовлетворяет условию (1). Вероятность вынужденного испускания, предсказанного А. Эйнштейном (1917), пропорциональна интенсивности вынуждающего излучения и может превосходить вероятность спонтанного процесса. Т. о., в процесс вынужденного испускания вовлечены два кванта излучения: первичный, вынуждающий, и вторичный, испущенный возбуждённым атомом. Существенно, что вторичные кванты неотличимы от первичных. Они обладают в точности такой же частотой, фазой, поляризацией и направлением распространения. На эту особенность вынужденного излучения, имеющую основополагающее значение для К. э., впервые указал П. Дирак (1927). Тождественные кванты формируют электромагнитную волну, являющуюся точной усиленной копией исходного излучения. С ростом числа актов вынужденного испускания в 1 сек интенсивность волны возрастает, а её частота, фаза, поляризация и направление распространения остаются неизменными. Происходит когерентное усиление электромагнитного излучения.
Для одной частицы вынужденные переходы с верхнего уровня E2 энергии на нижний E1 и с нижнего на верхний одинаково вероятны. Поэтому когерентное усиление волны возможно только при превышении числа возбуждённых частиц над невозбуждёнными. В условиях равновесия термодинамического число возбуждённых частиц меньше числа невозбуждённых, т. е. верхние уровни энергии населены частицами меньше, чем нижние, в соответствии с распределением Больцмана частиц по уровням энергии. При взаимодействии излучения с таким веществом произойдёт поглощение излучения.

Чтобы получить эффект усиления, необходимо принимать специальные меры для того, чтобы число возбуждённых частиц превышало число невозбуждённых. Состояние вещества, при котором хотя бы для двух уровней энергии частиц верхний уровень оказался более населённым, чем нижний, называется состоянием с инверсией населённостей. Такое вещество в К. э. называется активным (активной средой). В К. э. используется вынужденное излучение в активной среде для усиления (квантовый усилитель) и генерации (квантовый генератор) электромагнитных волн. Необходимая для генерации Обратная связь осуществляется помещением активной среды в Объёмный резонатор, в котором могут возбуждаться стоячие электромагнитные волны. В какой-то точке резонатора неизбежно происходит спонтанный переход частицы активной среды с верхнего уровня на нижний, т. е. самопроизвольно испускается фотон. Если резонатор настроен на частоту этого фотона, то фотон не выходит из резонатора, а, многократно отражаясь от его стенок, порождает множество себе подобных фотонов, которые, в свою очередь, воздействуют на активное вещество, вызывая всё новые акты вынужденного испускания таких же фотонов (обратная связь), В результате такого «размножения» фотонов в резонаторе накапливается электромагнитная энергия, часть которой выводится наружу с помощью специальных устройств (например, полупрозрачного зеркала для световых волн). Если в какой-то момент мощность вынужденного излучения превышает мощность потерь энергии на нагрев стенок резонатора, рассеяние излучения и т.п., а также на полезное излучение во внешнее пространство (т. е. если выполнены условия самовозбуждения), то в резонаторе возникают незатухающие колебания, т. е. возбуждается генерация.

В силу свойств вынужденного излучения эти колебания монохроматичны. Все частицы активного вещества работают синфазно. Их заставляет работать синфазно обратная связь. Значение частоты такого генератора с высокой степенью точности совпадает с частотой излучения возбуждённых частиц, хотя оно существенно зависит также от расстройки частоты резонатора относительно частоты излучения частиц. Интенсивность генерации определяется числом возбуждаемых частиц в сек в каждом см3 активной среды. Если число таких частиц Λ, то максимально возможная мощность Р непрерывного излучения в см3 среды составляет:
P = Λhν (2)
Исторический очерк. Несмотря на то что положения Эйнштейна и Дирака о вынужденном излучении формировались применительно к оптике, развитие квантовой электроники началось в радиофизике. В условиях термодинамического равновесия оптические (верхние) уровни энергии практически не заселены, возбуждённых частиц в веществе очень мало и на нижние уровни энергии они переходят спонтанно, так как при малых плотностях световой энергии спонтанные переходы более вероятны, чем вынужденные. Поэтому, хотя понятие монохроматичности возникло в оптике, именно в оптике отсутствовали строго гармонические колебания и волны, т. е. колебания с постоянными амплитудой, частотой и фазой. В радиофизике, наоборот, вскоре после создания первых искровых радиопередатчиков развивается техника получения гармонических колебаний, создаваемых генераторами с колебательными контурами и регулируемой положительной обратной связью. Немонохроматичность излучений оптического диапазона и отсутствие в оптике методов и концепций, хорошо развитых в радиофизике, в частности понятия обратной связи, послужили причиной того, что Мазеры появились раньше лазеров.

В 1-й половине 20 в. Радиофизика и Оптика развивались разными путями. В оптике развивались квантовые представления, в радиофизике — волновые. Общность радиофизики и оптики, обусловленная общностью квантовой природы электромагнитных волновых процессов, не проявлялась до тех пор, пока не возникла Радиоспектроскопия, изучающая спектры молекул, атомов, ионов, попадающие в диапазон СВЧ (1010—1011 гц). Важной особенностью радиоспектроскопических исследований (в отличие от оптических) было использование источников монохроматического излучения. Это привело к гораздо более высокой чувствительности, разрешающей способности и точности радиоспектроскопов по сравнению с оптическими спектроскопами. Не менее важным явилось и то обстоятельство, что в радиодиапазоне, в отличие от оптического диапазона, возбуждённые уровни в условиях термодинамического равновесия сильно населены, а спонтанное излучение гораздо слабее. В результате вынужденное излучение непосредственно сказывается на величине наблюдаемого резонансного поглощения радиоволн исследуемым веществом. Причиной заселения возбуждённых уровней является тепловое движение частиц. При комнатных температурах тепловому движению соответствует энергия Квантовая электроника 4×10–14 эрг. Для видимого света с длиной волны λ = 0,5 мкм частота колебаний ν = 6×1014 гц, а энергия кванта hν = 1×10–12 эрг. Для радиоизлучения с длиной волны λ = 0,5 см частота колебаний ν = 6×1010 гц, энергия квантов hν = 4×10–16 эрг. Следовательно, тепловое движение может сильно населять возбуждённые радиоуровни и не может населять возбуждённые оптические уровни.

Перечисленные факторы привели к тому, что радиоспектроскопия стала базой работ по К. э. В СССР работы по радиоспектроскопии газов были начаты в лаборатории колебаний Физического института АН СССР (А. М. Прохоров), где наряду с решением чисто спектроскопических задач исследования шли также и в направлении использования спектральных линий СВЧ для создания стандартов частоты. Точность стандарта частоты, основанного на измерении положения резонансной линии поглощения, зависит от ширины спектральной линии. Чем уже́ линия, тем выше точность. Наиболее узкими линиями обладают газы, так как в газах частицы слабо взаимодействуют друг с другом. Вместе с тем тепловое хаотическое движение частиц газа вызывает в силу Доплера эффекта так называемое доплеровское уширение спектральных линий. Эффективным методом устранения влияния этого уширения является переход от хаотического движения к упорядоченному движению, например переход от газов к молекулярным пучкам. Но в этом случае возможности радиоспектроскопа сильно ограничены малой интенсивностью резонансных линий. В пучке мало частиц и, следовательно, разница в числе возбуждённых и невозбуждённых частиц незначительна. На этом этапе работы возникла мысль о том, что, искусственно изменив соотношение между числом возбуждённых и невозбуждённых частиц, можно существенно повысить чувствительность радиоспектроскопа. Более того, создав инверсию населённостей в пучке, вместо поглощения радиоволн можно получить их усиление. Если же некоторая система усиливает радиоизлучение, то при соответствующей обратной связи она может генерировать это излучение. В радиофизике теория генерирования была хорошо разработана. Существенными элементами радиотехнических генераторов являются колебательные контуры. В области СВЧ роль контуров играют объёмные резонаторы, особенно удобные для работы и с пучками частиц. Т. о., именно в радиофизике существовали все необходимые элементы и предпосылки для создания первого квантового генератора. В первом приборе К. э. — молекулярном генераторе, созданном в 1955 одновременно в СССР (Н. Г. Басов, А. М. Прохоров) и в США (Дж. Гордон, Г. Зейгер, Ч. Таунс), активной средой являлся пучок молекул аммиака NH3. Для создания инверсии населённостей применялся метод электростатической пространственной сортировки. Из пучка молекул MH3 выбирались более возбуждённые молекулы и отбрасывались в сторону молекулы, обладавшие меньшей энергией. Отсортированный пучок пропускался через объёмный резонатор, в котором при выполнении условий самовозбуждения возникала генерация. Частота генератора с высокой степенью точности совпадала с частотой излучения возбуждённых молекул NH3 и поэтому была чрезвычайно стабильна. Относительная стабильность частоты составляет 10–11—10–12. Появление молекулярных генераторов открыло новые возможности в создании сверхточных часов и точных навигационных систем. Их погрешность Квантовая электроника1 сек за 300 000 лет. Аналогичные по принципу действия, созданные позднее водородные генераторы имеют ещё большую стабильность частоты 10–13.
То обстоятельство, что квантовая электроника родилась в радиодиапазоне, объясняет возникновение термина «квантовая радиофизика», иногда используемого вместо термина «квантовая электроника», который имеет более общий смысл, охватывая и оптический диапазон.

Получение инверсии населённостей путём отбора возбуждённых частиц не всегда возможно, в частности это невозможно в твёрдых телах. Кроме того, на высоких оптических уровнях при не слишком высоких температурах возбуждённых частиц практически нет. Поэтому уже в 1955 был предложен новый метод создания инверсии населённостей (Н. Г. Басов, А. М. Прохоров), в котором возбуждённые частицы не отбираются из имеющегося количества, а создаются. Этот метод, известный под названием метода трёх уровней, состоит в том, что на частицы, в энергетическом спектре которых есть три уровня E1, E2, E3, воздействуют мощным вспомогательным излучением (накачка), которое, поглощаясь частицами, «перекачивает» их с уровня E1 на уровень E3 Накачка должна быть достаточно интенсивной, тогда на верхний уровень E3 с нижнего E1 перебрасывается столько частиц, что их количество может стать практически одинаковым. При этом на уровне E2 может оказаться больше частиц, чем на уровне E1 (либо на уровне E3 больше, чем на уровне E2), т. е. для уровней E2, E1 (или E3 и E2) будет иметь место инверсия населённостей. Частота νH излучения накачки соответствует резонансным условиям поглощения, т. е.
νн = (E3 - E1)/h.

Метод трёх уровней был применен по предложению Н. Бломбергена (1956, США) для создания квантовых усилителей радиодиапазона на парамагнитных кристаллах. Квантовые усилители обычно работают при температуре жидкого гелия (4,2 К), когда практически все частицы находятся на самом нижнем уровне энергии. При накачке половина всех имеющихся в кристалле частиц переводится на верхний уровень E2 и участвует в когерентном усилении. Если молекулярный генератор удовлетворил потребность электроники в высокостабильном источнике монохроматических колебаний, то квантовый усилитель решил др. важнейшую проблему радиофизики — проблему резкого уменьшения шумов, т. е. увеличения чувствительности радиоприёмников СВЧ. Поэтому квантовые усилители нашли применение в радиоастрономии, радиолокации, линиях глобальной и космической связи.

Успехи квантовой электроники поставили вопрос о её продвижении в сторону более коротких волн. При этом существенную трудность представляла разработка резонаторов. В диапазоне СВЧ применяют закрытые полости с проводящими стенками, размеры которых сравнимы с длиной волны. Для оптического излучения резонаторы такого типа изготовить невозможно. В 1958 был предложен открытый резонатор (А. М. Прохоров). В субмиллиметровом диапазоне резонатор представлял собой два параллельных, хорошо отражающих металлических диска, между которыми возникает система стоячих волн. Для света этот резонатор сводился к двум параллельным зеркалам и подобен Интерферометру Фабри — Перо.

Первым достижением квнтовой элетроники в оптическом диапазоне явилось создание в 1960 лазера (Т. Мейман, США). В качестве рабочего вещества в нём использовался монокристалл Рубина, а для получения инверсии населённости был применен метод трёх уровней. Отражающими зеркалами резонатора служили хорошо отполированные и посеребрённые торцы кристалла рубина. Источником накачки была лампа — вспышка. Рубиновые лазеры наряду с лазерами на стекле с примесью неодима дают рекордные энергии и мощности. В режиме свободной генерации большие кристаллы рубина при мощной накачке дают в импульсе энергию до 1000 дж (мощность до 106 вт). Другой режим рубиновых лазеров достигается включением зеркал резонатора лишь в определённые моменты времени, когда инверсия населённостей достигает максимальной величины, Тогда все накопленные на метастабильном уровне частицы излучают практически сразу, и генератор выдаёт гигантский импульс излучения очень короткой длительности (10–8—10–9 сек) со сравнительно небольшой энергией (около 3 дж.). Но так как эта энергия излучается в очень короткое время, то пиковая мощность импульса достигает значений 3×106—3,5×106 вт.

Вскоре после рубинового лазера был разработан первый газовый лазер (А. Джаван, У. Беннетт, Д. Гарриот: 1960. США) на смеси атомов неона и гелия. Затем появился полупроводниковый инжекционный лазер (Р. Хол, а также У. Думке с сотрудниками; 1962, США). В газовых лазерах получение инверсии населённости достигается не световой накачкой, а при соударениях атомов или молекул рабочего газа с электронами или ионами, имеющимися в электрическом разряде. Среди газовых лазеров выделяются гелий-неоновый лазер и лазер на смеси углекислого газа, азота и гелия (СО2 — лазер), которые могут работать, как в импульсном, так и в непрерывном режимах. С помощью гелий-неонового лазера получены световые колебания очень высокой стабильности (Квантовая электроника 10–13) и высокой монохроматичности (Δν = 1 гц при частоте 1014 гц). Хотя кпд этого лазера крайне невелик (0,01%), именно высокая монохроматичность и направленность его излучения (обусловленные, в частности, однородностью его активной среды) сделали этот лазер незаменимым при всякого рода юстировочных и нивелировочных работах. Мощный СО2 — лазер (К. Пател, 1964, США) генерирует инфракрасное излучение (λ = 10,6 мкм). Его кпд, достигающий 30%, превосходит кпд всех существующих лазеров, работающих при комнатной температуре. Особенно перспективен Газодинамический лазер на СО2. С его помощью можно получить в непрерывном режиме мощность в десятки квт. Монохроматичность, направленность и высокая мощность делают его весьма перспективным для целого ряда технологических применений.

В полупроводниковых лазерах инверсия достигается главным образом при инжекции носителей тока через Электронно-дырочный переход соответствующим образом легированного полупроводника. Имеется довольно много полупроводниковых материалов, из которых изготовляются лазеры в широком диапазоне длин волн. Наиболее распространённым из них является арсенид галлия (GaAs), который при температуре жидкого азота может излучать в непрерывном режиме в ближней инфракрасной области мощность до 10 вт при кпд = 30%. Изменяя ток инжекции, можно достаточно безынерционно управлять мощностью, генерируемой инжекционными лазерами. Это делает перспективным их применение в быстродействующих вычислительных машинах и в системах связи.

Для получения инверсии населённости в парамагнитном квантовом усилителе, в рубиновом лазере, в газовых и полупроводниковых лазерах и др. используются совершенно различные физические явления. Но единым и главным фактором для всех методов создания инверсии населённости является необходимость преодоления процессов, направленных к восстановлению равновесной населённости. Препятствовать процессам восстановления равновесной населённости можно, только затрачивая энергию, поступающую от внешнего источника питания. При этом в лазерное излучение преобразуется, как правило, малая доля энергии накачки. В режиме свободной генерации кпд рубинового лазера меньше 1%, в режиме гигантских импульсов ещё меньше. Однако «проигрыш» в количестве энергии излучения компенсируется в К. э. выигрышем в его «качестве», монохроматичности и направленности излучения, обусловленных свойствами вынужденного излучения.

Монохроматичность и высокая направленность позволяют сфокусировать всю энергию лазерного излучения в пятно с размерами, близкими к длине волны излучения. В этом случае электрическое поле световой волны достигает значений, близких к внутриатомным полям. При взаимодействии таких полей с веществом возникают совершенно новые явления.

Применения квантовой электроники революционизировали радиофизику СВЧ и оптику. Наиболее глубокие преобразования К. э. внесла в оптику. В радиофизике создание мазеров означало появление радиоустройств хотя принципиально и новых, но вместе с тем обладающих привычными для радиоинженера свойствами. И до появления К. э. в радиофизике существовали когерентные усилители и монохроматические генераторы. К. э. лишь резко улучшила чувствительность усилителей (в 103 раз) и стабильность частоты генераторов (в десятки тысяч раз). В оптике же все источники света до появления лазеров не обладали ни сколько-нибудь заметной направленностью, ни монохроматичностью. Создание лазеров означало появление источников света, обладающих совершенно новыми свойствами. Это дало невиданную ранее в оптике возможность концентрировать энергию излучения как в пространстве, так и в узком частотном интервале.

Промышленность выпускает различные типы лазеров, которые используются не только как эффективный инструмент научных исследований, но и для решения разного рода практических задач. Основные преимущества лазерного воздействия — малая область распространения тепла, отсутствие переноса электрических зарядов и механического контакта, возможность работать внутри вакуумных баллонов и в агрессивных газах. Одним из первых применений лазеров было измерение расстояния до Луны с большей точностью, чем это было сделано радиофизическим методом. После того как на Луне был установлен Уголковый отражатель, расстояние до неё было измерено с точностью до 1,5 м. Существует лазерная локационная служба расстояния Земля — Луна.
Новые возможности открыло применение лазеров в оптических линиях связи. Развитие оптических линий связи с их задачами модуляции колебаний, детектирования, гетеродинирования, преобразования частоты световых колебаний потребовало переноса в оптику методов радиофизики и теории колебаний.

Возникла Нелинейная оптика, изучающая нелинейные оптические эффекты, характер которых зависит от интенсивности света Самофокусировка света, генерация оптических гармоник, Вынужденное рассеяние света, параметрическая генерация света, самопросветление или самозатемнения света. Методами нелинейной оптики создан новый класс перестраиваемых по частоте источников когерентного излучения в ультрафиолетовом диапазоне. Нелинейные явления в оптике существуют только в узком диапазоне интенсивностей лазерного излучения. При малых интенсивностях нелинейные оптические эффекты отсутствуют, затем по мере роста интенсивности они возникают, возрастают, но уже при потоках интенсивности 1014 вт/см2 все известные вещества разрушаются лазерным лучом и превращаются в плазму. Получение и исследование лазерной плазмы является одним из наиболее интересных применений лазеров. Осуществлен термоядерный синтез, инициируемый лазерным излучением.

Благодаря высокой концентрации электромагнитной энергии в пространстве и по спектру лазеры находят широкое применение в микробиологии, фотохимии, химическом синтезе, диссоциации, катализе. Квантовая электроника привела к развитию голографии — метода получения объёмных изображений предметов восстановлением структуры световой волны, отражённой предметом.

Работы по квантовой электронике были отмечены Нобелевской премией 1964 по физике (Н. Г. Басов, А. М. Прохоров, СССР, и Ч. Таунс, США).
1.3. Вынужденное излучение [9]

Виды излучения: электромагнитное, синхротронное, циклотронное, тормозное, тепловое и т.д. (см. табл.). В целях изучения борьбы со льдообразования используем тепловое излучение.


Электромагнитное излучение

Синхротронное

Циклотронное

Тормозное

Тепловое

Монохроматическое

Черенковское

Переходное
Радиоизлучение

Микроволновое

Терагерцевое
Инфракрасное

Видимое

Ультрафиолетовое

Рентгеновское

Гамма-излучение

Ионизирующее

Реликтовое

Магнито-дрейфовое
Двухфотонное
Вынужденное
Тепловое излучение
Тепловое излучение — электромагнитное излучение со сплошным спектром.
Спектр (лат. spectrum от лат. specter — виде́ние, призрак) в физике — распределение значений физической величины (обычно энергии, частоты или массы). Графическое представление такого распределения называется спектральной диаграммой. Обычно под спектром подразумевается электромагнитный спектр — спектр частот (или, что то же самое, энергий квантов) электромагнитного излучения.
Основные понятия и характеристики теплового излучения

Энергетическая светимость тела
Энергетическая светимость тела - - физическая величина, являющаяся функцией температуры и численно равная энергии, испускаемой телом в единицу времени с единицы площади поверхности по всем направлениям и по всему спектру частот.
; Дж/с•м²=Вт/м²
Спектральная плотность энергетической светимости
Спектральная плотность энергетической светимости — функция частоты и температуры характеризующая распределение энергии излучения по всему спектру частот (или длин волн).

Аналогичную функцию можно написать и через длину волны

Можно доказать что спектральная плотность и энергетическая светимость выраженные через частоту и длину волны, связаны соотношением:


Поглощающая способность тела
Поглощающая способность тела — — функция частоты и температуры, показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, поглощается телом в области частот вблизи

где - поток энергии, поглощающейся телом.
- поток энергии, падающий на тело в области вблизи

Отражающая способность тела
Отражающая способность тела - - функция частоты и температуры, показывающая какая часть энергии электромагнитного излучения, падающего на тело, отражается от него в области частот вблизи

где - поток энергии, отражающейся от тела.
- поток энергии, падающий на тело в области вблизи

Абсолютно черное тело
Абсолютно черное тело - это физическая абстракция(модель), под которой понимают тело, полностью поглощающее всё падающее на него электромагнитное излучение
- для абсолютно черного тела
Подробнее Абсолютно черное тело
Серое тело
Серое тело - это такое тело, коэффициент поглощения которого не зависит от частоты, а зависит только от температуры
- для серого тела

Объемная плотность энергии излучения
Объемная плотность энергии излучения - - функция температуры, численно равная энергии электромагнитного излучения в единицу объема по всему спектру частот

Спектральная плотность энергии
Спектральная плотность энергии - - функция частоты и температуры, связанная с объемной плотностью излучения формулой:

Следует отметить, что спектральная плотность энергетической светимости для абсолютно черного тела связана со спектральной плотностью энергии следующим соотношением:
- для абсолютно черного тела

Основные законы теплового излучения
Электромагни́тное излуче́ние (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение электромагнитного поля (то есть иначе говоря — взаимодействующих друг с другом электрического и магнитного полей).
Среди электромагнитных полей вообще, порожденных электрическими зарядами и их движением, принято относить собственно к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.
К электромагнитному излучению относятся радиоволны (начиная со сверхдлинных), инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и жесткое (гамма-)излучение (см. ниже, см. также рисунок).
Электромагнитное излучение способно распространяться в вакууме (пространстве, свободном от вещества), но в ряде случаев достаточно хорошо распространяется и в пространстве, заполненном веществом (несколько изменяя при этом свое поведение).























Классификация диапазонов спектра электромагнитного излучения по-английски. Колонки: 1 (черная) — аббревиатуры обозначения диапазонов, 2 — частота, 3 — длина волны, 4 — энергия фотона.
В научный обиход термин спектр ввёл Ньютон в 1671—1672 годах для обозначения многоцветной полосы, похожей на радугу, которая получается при прохождении солнечного луча через треугольную стеклянную призму.
Спектр испускается веществом и возникает за счёт его внутренней энергии (в отличие, например, от люминесценции, возникающей за счёт внешних источников энергии). В физике для корректного расчёта теплового излучения принята модель абсолютно чёрного тела.
Тепловое излучение — один из трёх элементарных видов переноса тепла (теплопроводность, конвекция, излучение), которое осуществляется при помощи электромагнитных волн. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, энергия, выделяемая твердыми телами, жидкостями или газами за счет их внутренней температуры, вне зависимости от ее числового выражения. Эта энергия возникает в результате колебания атомов объекта и выделяется в виде ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, чаще всего ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.
См. также в других словарях:
• ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — , энергия, выделяемая твердыми телами, жидкостями или газами за счет их внутренней температуры, вне зависимости от ее числового выражения. Эта энергия возникает в результате колебания атомов объекта и выделяется в виде… (Научно-технический энциклопедический словарь)
• ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — (температурное излучение), эл. магн. излучение, испускаемое в вом и возникающее за счёт его внутр. энергии (в отличие, напр., от люминесценции, к рая возбуждается внеш. источниками энергии). Т. и. имеет сплошной спектр,… (Физическая энциклопедия)
• тепловое излучение — электромагнитное излучение, которое испускает вещество, имеющее определенную температуру, за счёт своей внутренней энергии. Если тепловое излучение находится в термодинамическом равновесии с веществом, оно называется равновесным, распределение энергии в его спектре определяется Планка законом излучения (Энциклопедический словарь)
• межзерновое тепловое излучение — intersolid radiation… (Большой англо-русский и русско-английский словарь)
• тепловое излучение — incandescence, thermal radiation…
• тепловое излучение атмосферы — atmospheric thermal radiation…
• ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — ТЕПЛОВОЕ излучение, электромагнитное излучение, испускаемое веществом за счет его внутренней энергии. Определяется температурой вещества. Попытка найти закон распределения энергии в спектре равновесного теплового излучения привела М. Планка к… (Современная энциклопедия)
• ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — ТЕПЛОВОЕ излучение - электромагнитное излучение, которое испускает вещество, имеющее определенную температуру, за счет своей внутренней энергии. Если тепловое излучение находится в термодинамическом равновесии с веществом, оно называется… (Большой Энциклопедический словарь)
• Тепловое излучение — температурное излучение, электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутренней энергии (в отличие, например, от люминесценции (См. Люминесценция), возникающей за счёт внешних источников энергии). межзерновое тепловое излучение — intersolid radiation … (Англо-русский словарь технических терминов)

Законы излучения абсолютно чёрного тела

1.4. Классический подход
Изначально к решению проблемы были применены чисто классические методы, которые дали ряд важных и верных результатов, однако полностью решить проблему не позволили, приведя в конечном итоге не только к резкому расхождению с экспериментом, но и к внутреннему противоречию — так называемой ультрафиолетовой катастрофе.
Изучение законов излучения абсолютно чёрного тела явилось одной из предпосылок появления квантовой механики.
Первый закон излучения Вина
В 1893 году Вильгельм Вин, воспользовавшись, помимо классической термодинамики, электромагнитной теорией света, вывел следующую формулу:
• ,
где:
• — плотность энергии излучения
• — частота излучения
• — температура излучающего тела
• — функция, зависящая только от частоты и температуры. Вид этой функции невозможно установить, исходя только из термодинамических соображений.
Первая формула Вина справедлива для всех частот. Любая более конкретная формула (например, закон Планка) должна удовлетворять первой формуле Вина.
Из первой формулы Вина можно вывести закон смещения Вина (закон максимума) и закон Стефана — Больцмана, но нельзя найти значения постоянных, входящих в эти законы.
Исторически именно первый закон Вина назывался законом смещения, но в настоящее время термином «закон смещения Вина» называют закон максимума.

Второй закон излучения Вина
В 1896 году Вин на основе дополнительных предположений вывел второй закон:
•
• где uν — плотность энергии излучения
• ν — частота излучения
• T — температура излучающего тела
• C1,C2 — константы.
Опыт показывает, что вторая формула Вина справедлива лишь в пределе высоких частот (малых длин волн). Она является частным конкретным случаем первого закона Вина.
Позже Макс Планк показал, что второй закон Вина следует из закона Планка для больших энергий квантов, а также нашёл постоянные C1 и C2. С учётом этого, второй закон Вина можно записать в виде:
•
• где uν — плотность энергии излучения
• ν — частота излучения
• T — температура излучающего тела
• h — постоянная Планка
• k — постоянная Больцмана
• c — скорость света в вакууме
[
Закон Рэлея — Джинса
Формула закон Рэлея — Джинса
Попытка описать излучение абсолютно чёрного тела исходя из классических принципов термодинамики и электродинамики приводит к закону Рэлея — Джинса:
•
Эта формула предполагает квадратичное возрастание спектральной плотности излучения в зависимости от его частоты. На практике такой закон означал бы невозможность термодинамического равновесия между веществом и излучением, поскольку согласно ему вся тепловая энергия должна была бы перейти в энергию излучения коротковолновой области спектра. Такое гипотетическое явление было названо ультрафиолетовой катастрофой.
Тем не менее закон излучения Рэлея — Джинса справедлив для длинноволновой области спектра и адекватно описывает характер излучения. Объяснить факт такого соответствия можно лишь при использовании квантово-механического подхода, согласно которому излучение происходит дискретно. Исходя из квантовых законов можно получить формулу Планка, которая будет совпадать с формулой Рэлея — Джинса при .
Этот факт является прекрасной иллюстрацией действия принципа соответствия, согласно которому новая физическая теория должна объяснять всё то, что была в состоянии объяснить старая.
Закон Планка
Формула Планка


















Зависимость мощности излучения чёрного тела от длины волны
Интенсивность излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры и частоты определяется законом Планка:

где I(ν) — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в диапазоне частот от ν до ν + dν.
Эквивалентно,
,
где u(λ) — мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в диапазоне длин волн от λ до λ + dλ.
Закон Стефана — Больцмана
Формула Закон Стефана — Больцмана
Общая энергия теплового излучения определяется законом Стефана — Больцмана, который гласит:
Мощность излучения абсолютно чёрного тела (интегральная мощность по всему спектру), приходящаяся на единицу площади поверхности, прямо пропорциональна четвёртой степени температуры тела:
,
где j — мощность на единицу площади излучающей поверхности, а
Вт/(м²•К4) — постоянная
Стефана — Больцмана.

Таким образом, абсолютно чёрное тело при T = 100 K излучает 5,67 ватт с квадратного метра своей поверхности. При температуре 1000 К мощность излучения увеличивается до 56,7 киловатт с квадратного метра.
Для нечёрных тел можно приближённо записать:

где ε — степень черноты (для всех веществ ε < 1, для абсолютно чёрного тела ε = 1).
Константу Стефана — Больцмана σ можно теоретически вычислить только из квантовых соображений, воспользовавшись формулой Планка. В то же время общий вид формулы может быть получен из классических соображений (что не снимает проблемы ультрафиолетовой катастрофы).
Ультрафиоле́товая катастро́фа — физический термин, описывающий парадокс классической физики, состоящий в том, что полная мощность теплового излучения любого нагретого тела должна быть бесконечной. Название парадокс получил из-за того, что спектральная плотность мощности излучения должна была неограниченно расти по мере сокращения длины волны.
По сути этот парадокс показал если не внутреннюю противоречивость классической физики, то во всяком случае крайне резкое (абсурдное) расхождение с элементарными наблюдениями и экспериментом.
Так как это не согласуется с экспериментальным наблюдением, в конце 19 века возникали трудности в описании фотометрических характеристик тел.
Проблема была решена при помощи квантовой теории излучения Макса Планка в 1900 году.
Закон открыт независимо Й. Стефаном (англ.) и Л. Больцманом в предположении пропорциональности плотности энергии излучения и его давления p = ρ / 3. В 1880 г. подтверждён Лео Гретцем.
Важно отметить, что закон говорит о суммарной излучаемой энергии, однако она распределена неоднородно по длинам волн излучения. Точнее, имеется единственный максимум в спектре, который задаётся законом Вина.
Применение закона к расчёту эффективной температуры поверхности Земли даёт оценочное значение, равное 249 К или −24 °C.
Закон смещения Вина
Длина волны, при которой энергия излучения абсолютно чёрного тела максимальна, определяется законом смещения Вина:

где T — температура в кельвинах, а λmax — длина волны с максимальной интенсивностью в метрах.
Так, если считать в первом приближении, что кожа человека близка по свойствам к абсолютно чёрному телу, то максимум спектра излучения при температуре 36 °C (309 К) лежит на длине волны 9400 нм (в инфракрасной области спектра).
Видимый цвет абсолютно чёрных тел с разной температурой представлен на диаграмме.
Излучение чёрного тела
Электромагнитное излучение, находящееся в термодинамическом равновесии с абсолютно чёрным телом при данной температуре (например, излучение внутри полости в абсолютно чёрном теле), называется чернотельным (или тепловым равновесным) излучением. Равновесное тепловое излучение однородно, изотропно и неполяризовано, перенос энергии в нём отсутствует, все его характеристики зависят только от температуры абсолютно чёрного тела-излучателя (и, поскольку чернотельное излучение находится в тепловом равновесии с данным телом, эта температура может быть приписана излучению). Объёмная плотность энергии чернотельного излучения равна , его давление равно . Очень близко по своим свойствам к чернотельному так называемое реликтовое излучение, или космический микроволновой фон — заполняющее Вселенную излучение с температурой около 3 К.

Цветность чернотельного излучения
Температурный интервал в Кельвинах
Цвет
до 1000 Красный
1000—1500 Оранжевый
1500—2000 Жёлтый
2000—4000 Бледно-жёлтый
4000—5500 Желтовато-белый
5500—7000 Чисто белый
7000—9000 Голубовато-белый
9000—15000 Бело-голубой
15000—∞ Голубой

Цвета даны в сравнении с рассеянным дневным светом (D65). Реально воспринимаемый цвет может быть искажён адаптацией глаза к условиям освещения.
Эпюры уровней индуци́рованного излучения














Рис.1a. Поглощение фотона.















Рис. 1б. Вынужденное испускание фотона.














Рис. 1в. Спонтанное испускание фотона.
Вы́нужденное излуче́ние, индуци́рованное излучение — генерация нового фотона при переходе квантовой системы (атома, молекулы, ядра и т. д.) из возбуждённого в стабильное состояние (меньший энергетический уровень) под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого была равна разности энергий уровней. Созданный фотон имеет те же энергию, импульс, фазу и поляризацию, что и индуцирующий фотон (который при этом не поглощается). Оба фотона являются когерентными.
Теория Эйнштейна о вынужденном излучении[10]
Большой вклад в разработку вопроса о вынужденном излучении (испускании) внес А. Эйнштейн. Гипотеза Эйнштейна состоит в том, что под действием электромагнитного поля частоты ω молекула, атом может перемещаться с одного энергетического уровня на другой.
Применительно ко льдообразованию выдвинем аналогичную гипотезу, состоящую в том, что молекула воды под действием кванта тепловой энергии (аналогично тому, как под действием электромагнитного поля частоты ω) и н д у ц и р у е т фотон, энергия которого была равна разности энергий уровней. При этом созданный фотон имеет те же энергию, импульс, фазу и поляризацию, что и индуцирующий фотон, который при этом не поглощается. Оба фотона являются когерентными, а введённое нами понятие кванта тепловой энергии относительно молекулы воды обладает аналогичными свойствами (отличие лишь в частоте ω, переходящей в инфракрасный диапазон) и может аналогично:
• 1. перейти с более низкого энергетического уровня на более высокий с поглощением фотона энергией (см. рис. 1a);
• 2. перейти с более высокого энергетического уровня на более низкий с испусканием фотона энергией (см. рис. 1б);
• 3. кроме того, как и в отсутствие возбуждающего поля, остаётся возможным самопроизвольный переход молекулы (атома) с верхнего на нижний уровень с испусканием фотона энергией (см. рис. 1в).
Первый процесс принято называть поглощением, который обеспечивает таяние льда. Второй называют вынужденным испусканием и третий — спонтанным испусканием, они обеспечивают льдообразование. При этом в ряде случаев спонтанное испускание играет запускающую роль для вынужденного испускания. Скорость поглощения и вынужденного испускания энергии фотона пропорциональна вероятности соответствующего перехода: и где — коэффициенты Эйнштейна для поглощения и испускания, — спектральная плотность излучения.
Спектральная плотность
В статистической радиотехнике и физике при изучении детерминированных сигналов и случайных процессов широко используется их спектральное представление в виде спектральной плотности, которая базируется на преобразовании Фурье.
Если процесс x(t) имеет конечную энергию и квадратично интегрируем (а это нестационарный процесс), то для одной реализации процесса можно определить преобразование Фурье как случайную комплексную функцию частоты:

(1)
Однако она оказывается почти бесполезной для описания ансамбля процесса. Выходом из этой ситуации является отбрасывание некоторых параметров спектра, а именно спектра фаз, и построении функции, характеризующей распределение энергии процесса по оси частот. Тогда согласно теореме Парсеваля энергия

(2)
Функция характеризует, таким образом, распределение энергии реализации по оси частот и называется спектральной плотностью реализации. Усреднив эту функцию по всем реализациям можно получить спектральную плотность процесса.
Перейдем теперь к стационарному в широком смысле центрированному случайному процессу x(t), реализации которого с вероятностью 1 имеют бесконечную энергию и, следовательно, не имеют преобразования Фурье. Спектральная плотность такого процесса может быть найдена на основании теоремы Винера-Хинчина как преобразование Фурье от корреляционной функции:

(3)
Если существует прямое преобразование, то существует и обратное преобразование Фурье, которое по известной Sx(f) определяет kx(τ):

(4)
Если полагать в формулах (3) и (4) соответственно f = 0 и τ = 0, имеем

(5)

(6)
Формула (6) с учетом (2) показывает, что дисперсия определяет полную энергию стационарного случайного процесса, которая равна площади по всей кривой спектральной плотности. Размерную величину Sx(f)df можно трактовать как долю энергии, сосредоточенную в малом интервале частот от f − df / 2 до f + df / 2. Если понимать под x(t) случайный (флуктуационный ток) или напряжение, то величина Sx(f) будет иметь размерность энергии [В2/Гц] = [В2с]. Поэтому Sx(f) иногда называют энергетическим спектром. В литературе часто можно встретить другую интерпретацию: – рассматривается как средняя мощность, выделяемая током или напряжением на сопротивлении 1 Ом. При этом величину Sx(f) называют спектром мощности случайного процесса.
Свойства спектральной плотности
• Энергетический спектр стационарного процесса (вещественного или комплексного) – неотрицательная величина:
.
(7)
• Энергетический спектр вещественного стационарного в широком смысле случайного процесса есть действительная и четная функция частоты:
.
(8)
• Корреляционная функция kx(τ) и энергетический спектр Sx(f) стационарного в широком смысле случайного процесса обладают всеми свойствами, характерными для пары взаимных преобразований Фурье. В частности, чем «шире» спектр Sx(f) тем «уже» корреляционная функция kx(τ), и наоборот. Этот результат количественно выражается в виде принципа или соотношения неопределенности.

Теории излучения А. Эйнштейна применительно ко льдообразованию
Число переходов с поглощением энергии выражается как

с испусканием энергии даётся выражением:

где — коэффициент Эйнштейна, характеризующий вероятность спонтанного излучения, а — число частиц в первом или во втором состоянии соответственно. Согласно принципу детального равновесия, при термодинамическом равновесии число квантов энергии (света) при переходах должно равняться числу квантов испущенных в обратных переходах
Между коэффициентами Эйнштейна существует связь, которую мы сейчас найдем.
Связь между коэффициентами
Рассмотрим замкнутую полость, стенки которой испускают и поглощают электромагнитное излучение. Такое излучение характеризуется спектральной плотностью получаемой из формулы Планка:
Формула Планка — выражение для спектральной плотности мощности излучения абсолютно чёрного тела, которое было получено Максом Планком. Для плотности энергии излучения u(ω,T):

Формула Планка была получена после того, как стало ясно, что формула Рэлея — Джинса удовлетворительно описывает излучение только в области длинных волн. Для вывода формулы Планк в 1900 году сделал предположение о том, что электромагнитное излучение испускается в виде отдельных порций энергии (квантов), величина которых связана с частотой излучения выражением:

Коэффициент пропорциональности впоследствии назвали постоянной Планка, = 1.054 • 10−27 эрг•с.


Так как мы рассматриваем термодинамическое равновесие, то Используя уравнения (2) и (3), находим для состояния равновесия:

откуда:

При термодинамическом равновесии распределение частиц по уровням энергии подчиняется закону Больцмана:
Перечислим основные достижения Больцмана в области статистической механики. В 1866 получил формулу для равновесного распределения по импульсам и координатам молекул идеального газа, находящегося во внешнем потенциальном поле (распределение Больцмана). В 1871 предложил эргодическую гипотезу для обоснования закономерностей статистической физики. В 1872 вывел основное уравнение микроскопической теории неравновесных процессов (физической кинетики), носящее его имя, а также установил так называемую H-теорему, выражающую закон возрастания энтропии для изолированной системы. В 1872 показал статистический характер второго начала термодинамики, связав энтропию замкнутой системы с числом возможных микросостояний, реализующих данное макросостояние. Это стало указанием на несостоятельность представления о «тепловой смерти Вселенной».

где и — статистические веса уровней, показывающие количество независимых состояний квантовой системы, имеющих одну и ту же энергию (вырожденных). Будем считать для простоты, что статвеса уровней равны единице.
Итак, сравнивая (4) и (5) и принимая во внимание, что получим:

Так как при спектральная плотность излучения должна неограниченно возрастать, то нам следует положить знаменатель равным нулю, откуда имеем:

Далее, сопоставив (3) и (6), легко получить:

Последние два соотношения справедливы для любых комбинаций уровней энергии. Их справедливость сохраняется и при отстутствии равновесия, так как определяются только характеристикой систем и не зависят от температуры.
Свойства вынужденного испускания
По свойствам вынужденное испускание существенно отличается от спонтанного.
• Наиболее характерная черта вынужденного излучения заключается в том, что возникший поток распространяется в том же направлении что и первоначальный возбуждающий поток.
• Частоты и поляризация вынужденного и первоначального излучений также равны.
• Вынужденный поток когерентен возбуждающему.
1.5. Главный вывод
В указанной теории А. Эйнштейна индуцированное излучение применено для разработки квантового генератора (лазера). С переходом на частоту ω инфракрасного спектра диапазона частот мы получили возможность применить индуцированное излучение в области борьбы с обледенением, где поглощение фотона рис 1а обуславливает таяние льда, а излучение фотона рис 1б обуславливает образование льда из воды и влаги атмосферы. Фаза и форма льда соответствует температуре и давлению окружающей среды, т.е. атмосферы воздуха.
Последние открытия
Британские ученые смогли замедлить испускание фотона при помощи «побочных продуктов», остающихся при генерировании квантовых точек.

ПЕРЕВОД

Квантовые кольца (форменные побочные продукты квантовых точек) замедляют свет до замораживания. В willResearch во главе с Университетом Warwick нашли способ использовать кольца, чтобы замедлить и даже заморозить свет, открывая широкий диапазон возможностей от надежного и эффективного легкого основанного вычисления до возможности «медленного разбирательства».

Ключ к этому новому исследованию называется “exciton”. Он описывается взаимодействием электрона, который пнули в более высокое состояние энергией фотона, с отверстием или дыркой, которую он (или другой электрон) оставляет в пределах орбиты вокруг ядра атома. Несмотря на его новую высокую энергию заявляют, что электрон остается соединенным с одной из дырок или позицией, которая была освобождена электронами, перемещающимися в более высокое состояние энергии. Когда высокая энергия электрона заявляет распад, снова его отодвигает к отверстию, с которым он связан, и фотон еще раз испускается.

Этот цикл случился очень быстро, т.к. смогли находить способ замораживать или держать (exciton) на месте в течение любого отрезка времени переиспускание фотона и тем самым эффективно замедлять или даже замораживать свет.

Исследователи, во главе с PhD исследователем Андреа Фишером и доктором Рудолфом Аом. Roemer от Университета Отдела Варвика Физики, изучили возможности, представленные некоторыми крошечными кольцами, случайно излучённого в течение квантовых точек кванта света. При излучении кванта очень маленькие квантовые точки несколько 10-100nm в физических размерах некоторое время заставляют материал плескать при оставлении поверхности не в полезной точке, а в форменном кольцо материала. Хотя первоначально созданные случайно эти “ Aharonov-Bohm nano кольца ” являются теперь источником изучения. И в этом случае оказался только правильным размер для приложения «exciton». Однако просто являющийся этим полезным размером он сам по себе позволяет им содержать или задержать «exciton» в течение любого отрезка времени.

Однако замечательно Warwick, ведомая команда исследования нашла, что комбинация магнитных и электрических полей применяется к этим nano-кольцам, они могут фактически тогда просто настраивать электрическое поле, чтобы заморозить «exciton» в данном месте или позволять этому разрушиться и заново испустить фотон света.

В то время как другие исследователи использовали полученные экзотические выводы, чтобы драматично замедлить продвижение фотона, это - впервые, когда технический принцип, был изобретён, чтобы полностью замораживать и выпустить индивидуальные фотоны света по желанию.

Доктор Роемер сказал:

«Это имеет существенные значения для развития легкого основанного вычисления, которое позволило бы создать механизм эффективного и надежного управления фотоном».

Технический принцип может также использоваться для создапия «буфера» фотонов, которых могли заново выпускать в последовательности позднее, чтобы таким образом создать эффект, мало чем отличающегося от концепции «Медленного замедления».
Квантовые точки (КТ) – это изолированные нанообъекты, свойства которых существенно отличаются от свойств объемного материала такого же состава. Сразу следует отметить, что квантовые точки являются скорее математической моделью, нежели реальными объектами. И связано это с невозможностью формирования полностью обособленных структур – малые частицы всегда взаимодействуют с окружающей средой, находясь в жидкой среде или твердой матрице.
Чтобы разобраться в том, что такое квантовые точки, и понять их электронное строение, представьте себе древнегреческий амфитеатр. Теперь вообразите, что на сцене разворачивается увлекательное представление, а зрительские ряды наполнены публикой, пришедшей посмотреть игру актеров. Так вот оказывается, что поведение людей в театре во многом похоже на поведение электронов квантовой точки (КТ). Во время представления актеры передвигаются по арене, не выходя в зрительский зал, а сами зрители следят за действием со своих мест и не спускаются на сцену. Арена – это нижние заполненные уровни квантовой точки, а зрительские ряды – возбужденные электронные уровни, обладающие более высокой энергией. При этом как зритель может находиться в любом ряду зала, так и электрон способен занять любой энергетический уровень квантовой точки, но не может располагаться между ними. Покупая в кассах билеты на представление, все стремились получить самые лучшие места – как можно ближе к сцене. Действительно, ну кто же захочет сидеть в последнем ряду, откуда лицо актера не рассмотришь даже в бинокль! Поэтому, когда перед началом представления зрители рассаживаются, все нижние ряды зала оказываются заполнены, также как в стационарном состоянии КТ, обладающем наименьшей энергией, нижние энергетические уровни полностью заняты электронами. Однако во время представления кто-то из зрителей может покинуть свое место, например, потому что музыка на сцене слишком громко играет или просто сосед неприятный попался, и пересесть на свободный верхний ряд. Вот так и в КТ электрон под действием внешнего воздействия вынужден переходить на более высокий, не занятый другими электронами энергетический уровень, приводя к образованию возбужденного состояния квантовой точки. Наверное, Вам интересно, что при этом происходит с тем пустым местом на энергетическом уровне, где раньше был электрон – так называемой дыркой? Оказывается, посредством зарядовых взаимодействий электрон остается с ней связан и в любой момент может перейти обратно, также как пересевший зритель всегда может передумать и вернуться на обозначенное в его билете место. Пару “электрон-дырка” называют «экситоном» от английского слова “excited”, что означает “возбужденный”. Миграция между энергетическими уровнями КТ, аналогично подъему или спуску одного из зрителей, сопровождается изменением энергии электрона, что соответствует поглощению или излучению кванта света (фотона) при переходе электрона соответственно на более высокий или низкий уровень. Описанное выше поведение электронов в квантовой точке приводит к нехарактерному для макрообъектов дискретному энергетическому спектру, за который КТ часто называют искусственными атомами, в которых уровни электрона дискретны.
Сила (энергия) связи дырки и электрона определяет радиус экситона, который является характеристической величиной для каждого вещества. Если размер частицы меньше радиуса экситона, то экситон оказывается ограничен в пространстве ее размерами, а соответствующая энергия связи значительно изменяется по сравнению с объемным веществом (см. «квантоворазмерный эффект»). Не трудно догадаться, что если энергия экситона изменяется, то изменяется и энергия фотона, излучаемого системой при переходе возбужденного электрона на свое исходное место. Таким образом, получая монодисперсные коллоидные растворы наночастиц различных размеров, можно управлять энергиями переходов в широком диапазоне оптического спектра.
Первыми квантовыми точками были наночастицы металлов, которые синтезировали еще в древнем Египте для окрашивания различных стекол (кстати, рубиновые звезды Кремля получены по близкой технологии), хотя более традиционными и широко известными КТ являются выращенные на подложках полупроводниковые частицы GaN и коллоидные растворы наноокристаллов CdSe. В настоящий момент известно множество способов получения квантовых точек, например, их можно «вырезать» из тонких слоев полупроводниковых «гетероструктур» с помощью «нанолитографии», а можно спонтанно сформировать в виде наноразмерных включений структур полупроводникового материала одного типа в матрице другого. Методом «молекулярно-пучковой эпитаксии» при существенном отличии параметров элементарной ячейки подложки и напыляемого слоя можно добиться роста на подложке пирамидальных квантовых точек, за исследование свойств которых академику Ж.И.Алферову была присуждена Нобелевская премия. Контролируя условия процессов синтеза, теоретически можно получать квантовые точки определенных размеров с заданными свойствами.
Квантовые точки до сих пор являются «молодым» объектом исследования, но уже вполне очевидны широкие перспективы их использования для дизайна лазеров и дисплеев нового поколения. Оптические свойства КТ используются в самых неожиданных областях науки, в которых требуется перестраиваемые люминесцентные свойства материала, например, в медицинских исследованиях с их помощью оказывается возможным “подсветить” больные ткани. Люди, мечтающие о «квантовых компьютерах», видят в квантовых точках перспективных кандидатов для построения кубитов.
Статья опубликована в журнале Physical Review Letters. Ее основные положения приведены в пресс-релизе Университета Ворвика, сотрудники которого принимали участие в исследовании. Квантовые точки замедляют и свет замораживают его по желанию.
Исследование во главе с Университетом Warwick нашло способ использовать форменные побочные продукты квантовых точек, чтобы замедлить и даже заморозить свет, открывая широкий диапазон возможностей от надежного и эффективного обзора до возможности медленного основательного вычисления.
Ключ к этому новому явлению описывает состояние электрона, который ушёл на более высокое состояние энергией фотона. Дырка или промежуток, который этот электрон оставляет в пределах орбиты вокруг ядра атома остается в ковалентной связи с электроном.
В своей работе физики «замедляли» свет, продлевая время жизни экситона. Экситон представляет собой квазичастицу, возникающую при выбивании электрона фотоном с его энергетического уровня на более высокий (говорят, что электрон переходит в возбужденное состояние). Электрон и образовавшаяся на его месте «дырка» оказываются связаны друг с другом посредством зарядовых взаимодействий. Когда электрон возвращается на прежний энергетический уровень, он занимает место «дырки», а выбивший его фотон испускается системой.
Экситоны могут иметь различную природу. В частности, пару электрон-«дырка» может содержать кольцеобразный фрагмент материала, образовавшийся при производстве квантовых точек — изолированных нанообъектов, свойства которых заметно отличаются от свойств более крупных кусков такого же состава.
Авторы работы показали, что воздействие на такой квантовый бублик определенной комбинацией электрических и магнитных полей способно существенно замедлить скорость возвращения электрона на место «дырки» и испускания фотона.
Авторы работы считают, что у разработанной ими технологии большое будущее. Например, задержка испускания света может помочь в создании компьютеров, в которых фотоны используются для передачи информации.
Эксито́н[11] (лат. excito — «возбуждаю») — водородоподобная квазичастица, представляющая собой электронное возбуждение в диэлектрике или полупроводнике, мигрирующее по кристаллу и не связанное с переносом электрического заряда и массы.
Хотя экситон состоит из электрона и дырки, его следует считать самостоятельной элементарной (не сводимой) частицей в случаях, когда энергия взаимодействия электрона и дырки имеет тот же порядок, что и энергия их движения, а энергия взаимодействия между двумя экситонами мала по сравнению с энергией каждого из них. Экситон можно считать элементарной квазичастицей в тех явлениях, в которых он выступает как целое образование, не подвергающееся воздействиям, способным его разрушить.
Экситон может быть представлен в виде связанного состояния электрона проводимости и дырки, расположенных или в одном узле кристаллической решетки (экситон Френкеля, a* < a0, a* — радиус экситона, a0 — период решетки), или на расстояниях, значительно больше междуатомных (экситон Ванье — Мотта, a* ≫ a0). В полупроводниках, за счет высокой диэлектрической проницаемости, существуют только экситоны Ванье — Мотта. Экситоны Френкеля применимы, прежде всего, к молекулярным кристаллам, на которых базируется кристаллическая структура льда (см. ниже).
Третий раздел работы из двух глав.

ВЫБОР СПОСОБА БОРЬБЫ С ОБЛЕДЕНЕНИЕМ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
ГЛАВА 4. ВЫБОР СПОСОБА БОРЬБЫ С ОБЛЕДЕНЕНИЕМ
ГЛАВА 5. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ДАТЧИКА ЛЬДА.
Выбор принципа пьезоэлектрического эффекта для датчика льда, как основы системы борьбы со льдом.

ГЛАВА 4. ВЫБОР СПОСОБА БОРЬБЫ С ОБЛЕДЕНЕНИЕМ
Выбор принципа пьезоэлектрического эффекта для датчика льда, как основы системы борьбы со льдом.

Пьезоэлектрический эффект [5]
Пьезоэлектри́ческий эффе́кт — эффект возникновения поляризации диэлектрика под действием механических напряжений (прямой пьезоэлектрический эффект). Существует и обратный пьезоэлектрический эффект — возникновение механических деформаций под действием электрического поля.
Прямой и обратный пьезоэлектрический эффекты наблюдаются в одних и тех же кристаллах — пьезоэлектриках.
Типы поляризации
В зависимости от механизма поляризации, поляризацию диэлектриков можно подразделить на следующие типы:
Электронная — смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля. Самая быстрая поляризация (до 10-15 с). Не связана с потерями.
Ионная — смещение узлов кристаллической структуры под действием внешнего электрического поля, причем смещение на величину, меньшую, чем величина постоянной решетки. Время протекания 10-13 с, без потерь.
Дипольная (Ориентационная) — протекает с потерями на преодоление сил связи и внутреннего трения. Связана с ориентацией диполей во внешнем электрическом поле.
Электронно-релаксационная — ориентация деффектных электронов во внешнем электрическом поле.
Ионно-релаксационная — смещение ионов, слабо закрепленных в узлах кристаллической структуры, либо находящихся в междуузлие.
Структурная — ориентация примесей и неоднородных макроскопических включений в диэлектрике. Самый медленный тип.
Самопроизвольная (спонтанная) — благодаря наличию этого типа поляризации в диэлектрике проявляются нелинейность свойств, то есть явление гистерезиса. Отличается очень высокими значениями диэлектрической проницаемости (от 900 до 7500 у некоторых видов конденсаторной керамики). Введение спонтаной поляризации, как правило, увеличивет тангенс угла потерь материала (до 10-2)
Резонансная — ориентация частиц, собственные частоты которых совпадают с частотами внешнего электрического поля.
Миграционная поляризация обусловлена наличием в материале слоев с различной проводимостью, образованию объемных зарядов, особенно при высоких градиентах напряжения, имеет большие потери и является поляризацией замедленного действия
Поляризация диэлектриков имеет максимальное значение в статических электрических полях. В переменных полях, в связи с наличием инерции электронов, ионов и электрических диполей, вектор электрической поляризации зависит от частоты. В связи с этим вводится понятие дисперсии диэлектрической проницаемости.

1.2.1. Выбор способа тестирования льда
Выбираем пьезоэлектрический эффект из соображений:
1. Эффективность явления обнаружения льда при работе пьезоэлемента (ПЭ) ЦТС-19 в режиме прямого резонанса.
2. Использование поперечного резонанса ПЭ обеспечивает достаточной величины аналоговый сигнал для дальнейшей его преобразования в цифровой.
3. Высокий уровень помехозащищённости в смысле обнаружения льда, а не помехи в виде грязи, сажи, масла и т.д.
4. Простота, низкая энерго- и металлоёмкость при серийном производстве и в работе.
5. Возможность применения в силу компактности в других отраслях.
Пьезоэлектрические свойства наблюдаются, кроме кварца, у
большого числа других кристаллов. Гораздо сильнее, чем у кварца,
они выражены у сегнетовой соли. Сильными пьезоэлектриками
являются кристаллы соединений элементов 2-й и 6-й групп
периодической системы (СdS, ZnS), а также многих других
химических соединений.
Наряду с пьезоэлектрическим эффектом существует и обратное
ему явление: в пьезоэлектрических кристаллах возникновение по-
ляризации сопровождается механическими деформациями.
Поэтому, если на металлические обкладки, укрепленные на кри-
сталле, подать электрическое напряжение, то кристалл под
действием поля поляризуется и деформируется.
Легко видеть, что необходимость существования обратного
пьезоэффекта следует из закона сохранения энергии и факта
существования прямого эффекта. Рассмотрим пьезоэлектрическую
пластинку и предположим, что мы сжимаем ее внешними
силами F. Если бы пьезоэффекта не было, то работа внешних сил
равнялась бы потенциальной энергии упруго деформированной
пластинки. При наличии пьезоэффекта на пластинке появляются
заряды и возникает электрическое поле, которое заключает в себе
дополнительную энергию. По закону сохранения энергии отсюда
следует, что при сжатии пьезоэлектрической пластинки
совершается большая работа, а значит, в ней возникают
дополнительные силы F1, противодействующие сжатию. Это и есть
силы обратного пьезоэффекта [6] .

Принцип действия
Пьезоэлектрические материалы
кристаллические вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрическими свойствами применяемые для изготовления электромеханических преобразователей: пьезоэлектрических резонаторов, пьезоэлектрических датчиков, излучателей и приёмников звука и др. Основными характеристиками пьезоматериалов являются: 1) коэффициент электромеханической связи , где d — пьезомодуль, Е —модуль упругости, e — диэлектрическая проницаемость (в анизотропных пьезоматериалах все эти и нижеследующие величины — тензорные); 2) величина k2/tgd, определяющая кпд преобразователя (d — угол диэлектрических потерь); 3) отношение механической мощности пьезоэлемента на резонансной частоте к квадрату напряжённости электрического поля в нём; определяется величиной (dE)2; 4) и определяют чувствительность приёмника звука соответственно в области резонанса и на низких частотах (сзв — скорость звука в пьезоматериалах). В табл. приведены характеристики некоторых наиболее распространённых пьезоматериалов. К пьезоматериалам в зависимости от назначения предъявляются специальные требования: высокая механическая и электрическая прочности, слабая температурная зависимость характеристик, высокая добротность, влагостойкость и т.д.

Таблица
Плот-
ность, r кг/м3 Ско-
рость звука, Сзв, 103 м/сек Диэлект-
рическая проницаемость, e Пьезо-
модуль, d, 1012 к/н Тангенс угла диэлект-
рических потерь, tg d×102 Коэф-
фициент электро-
механи-
ческой связи k k2/tgd Примеча-
ние
Кварц 2,6 5,47(11) 4,5(11) 2,31(11) < 0,5 0,095 >0,4 срез x
Группа цирконата — титаната свинца ЦТС—19 7, 4
1100
0,75—2,0


ЦТСНВ—1 7,3
2200
1,9—9,5


Основные характеристики наиболее распространенных пьезоэлектрических материалов при температуре 16—20 °С
Примечание. Цифры в скобках у монокристаллов определяют индексы соответствующих тензорных характеристик, например: (36)/2 означает d36. Для пьезокерамики верхние значения постоянных имеют индексы (11) или (31), а нижние (33), величины d31 < 0, d33 >0. Значения tgd для кристаллов даны для поля < 0,05 кв/см; для пьезокерамики tgd даётся в интервале 0,05 кв/см - 2 кв/см. Данные для отечественной пьезокерамики даны на основании ГОСТ 18 927—68.
Пьезоматериалы могут быть разбиты на: монокристаллы, встречающиеся в виде природных минералов или искусственно выращиваемые (кварц, дигидрофосфаты калия и аммония, сегнетова соль, ниобат лития, силикоселенит и германоселенит и др.), и поликристаллические сегнетоэлектрические твёрдые растворы, подвергнутые после синтеза поляризации в электрическом поле (пьезокерамика). Из пьезоматериалов первой группы применяются лишь некоторые кристаллы, например кварц, обладающий большой температурной стабильностью свойств, механической прочностью, малыми диэлектрическими потерями и влагостойкостью. Недостатки — сравнительно слабый пьезоэффект, малые размеры кристаллов, трудность обработки. Используется главным образом в пьезоэлектрических фильтрах и стабилизаторах частоты в лабораторной технике применяются кварцевые излучатели и приёмники ультразвука. Дигидрофосфат аммония — искусственно выращиваемый сегнетоэлектрический кристалл, химически стоек, до точки плавления (Тпл = 130 °С) обладает сравнительно сильно выраженным пьезоэффектом и малой плотностью, однако недостаточно механически прочен. Кристаллы сегнетовой соли (выращиваемые до больших размеров) имеют высокие значения характеристик, определяющих чувствительность приёмника звука. Малая влагостойкость, низкая механическая прочность, а также сильная зависимость свойств от температуры (из-за низких значений температуры плавления Тпл = 55 °С) и напряжённости электрического поля ограничивают применение сегнетовой соли. Ниобат лития, силикоселенит и германоселенит наряду с сильно выраженным пьезоэффектом и высокой механической прочностью обладают высокой акустической добротностью и используются в области гиперзвуковых частот. Турмалин, гидрофосфат калия, сульфат лития и др. практически не используются. Наиболее распространённым промышленным пьезоматериалами является пьезоэлектрическая керамика(7)
Мы применим пьзоэлектрический резонатор из группы цирконата — титаната свинца ЦТС—19 в схеме прямого пьезоэффекта с поперечным резонансом частоты колебаний.
Преимущества перед другим решениями
• Достижение намного больших значений добротности (104−105) эквивалентного колебательного контура, нежели любым другим способом;
• Малые размеры устройства (вплоть до долей мм);
• Большая температурная стабильность;
• Большая долговечность;
• Лучшая технологичность;
• Построение качественных каскадных фильтров без необходимости их ручной настройки;
Недостатки
• Чрезвычайно узкий диапазон подстройки частоты внешними элементами.
• Узкая полоса пропускания полезного сигнала.
Добротность
Добро́тность — характеристика колебательной системы, определяющая полосу резонанса и показывающая, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за один период колебаний.
Добротность обратно пропорциональна скорости затухания собственных колебаний в системе. То есть, чем выше добротность колебательной системы, тем меньше потери энергии за каждый период и тем медленнее затухают колебания.
Общая формула для добротности любой колебательной системы:


где:
f — частота колебаний
W — энергия, запасённая в колебательной системе
Pd — рассеиваемая мощность.
Например, в электрической резонансной цепи энергия рассеивается из-за конечного сопротивления цепи, в кварцевом кристалле затухание колебаний обусловлено внутренним трением в кристалле, в объемных электромагнитных резонаторах теряется в стенках резонатора, в его материале и в элементах связи, в оптических резонаторах - на зеркалах.
Для последовательного колебательного контура в RLC цепях, в котором все три элемента включены последовательно:
Для нашего случая (пьезоэлектрика ЦТС-19) добротность рассчитана, как последовательного колебательного контура и принята равной Q=100. (Может врьироваться в пределах 30 – 200 в зависимости от паразитной ёмкости корпуса-держателя С¹). С=С¹+Сº.
где R, L и Cº — сопротивление, индуктивность и ёмкость резонансной цепи, соответственно.
Для параллельного контура, в котором индуктивность, емкость и сопротивление включены параллельно:

Логарифмическая амплитудно-фазовая частотная характеристика (АФЧХ) колебательных звеньев с разной добротностью.
,
ЛАФЧХ колебательных звеньев с разной добротностью.
Для электрической цепи гораздо проще измерить амплитуду (ток или напряжение), чем энергию или мощность. Поскольку мощность и энергия пропорциональны корню амплитуды осцилляции, полоса на АЧХ будет от пика (примерно −3 db), а 1/2 (−6 db). Поэтому чаще используется другое эквивалентное определение добротности, которое связывает ширину амплитудной резонансной кривой Δω по уровню с круговой частотой резонанса ω = 2πf:

где: δ - декремент затухания, Ne — число колебаний за время релаксации.
Для измерения электрической добротности на частотах до десятков — сотен мегагерц применяют измеритель добротности или измеритель иммитанса (косвенным способом), в диапазоне СВЧ применяются специальные методы
Логарифмическая амплитудно-фазовая частотная характеристика (ЛАФЧХ) — представление частотного отклика линейной стационарной системы в логарифмическом масштабе.
ЛАФЧХ строится в виде двух графиков: логарифмической амплитудно-частотной характеристики и фазо-частотной характеристики, которые обычно располагаются друг под другом.
Анализ систем с помощью ЛАФЧХ весьма прост и удобен, поэтому находит широкое применение в различных отраслях техники, таких как цифровая обработка сигналов, электротехника и теория управления.Содержание. В западной литературе используется название диаграмма Боде или график Боде, по имени выдающегося инженера Хенрика Боде (англ. Hendrik Wade Bode).
В инженерных кругах название обычно сокращается до ЛАХ.
В пакете прикладных программ для инженерных вычислений MATLAB для построения ЛАФЧХ используется функция bode.
Свойства и особенности
Если передаточная функция системы является рациональной, тогда ЛАФЧХ может быть аппроксимирована прямыми линиями. Это удобно при рисовании ЛАФЧХ вручную, а также при составлении ЛАФЧХ простых систем.
С помощью ЛАФЧХ удобно проводить синтез систем систем управления, а также цифровых и аналоговых фильтров: в соответствии с определёнными критериями качества строится желаемая ЛАФЧХ, аппроксимированная с помощью прямых линий, которая затем разбивается на ЛАФЧХ отдельных элементарных звеньев, из которых восстанавливается передаточная функция системы (регулятора) или фильтра [8]


1.2.2. История
Пьезоэлектрический эффект был впервые открыт братьями Жаком и Пьером Кюри. Поль Ланжевен, используя этот эффект, впервые использовал часовой резонатор в гидролокаторе перед первой мировой войной. Первый кристалльный резонатор, работающий на сегнетовой соли, был изготовлен в 1917 году и запатентован в 1918 году Александром М. Николсоном (Alexander M. Nicholson) из компании Bell Telephone Laboratories, хотя это оспаривалось Уолтером Гейтоном Кэди (Walter Guyton Cady), который изготовил кварцевый резонатор в 1921 году. Некоторые улучшения в кварцевые резонаторы вводились позже Льюисом Эссеном (Louis Essen) и Джорджом Вашингтоном Пирсом (George Washington Pierce). Первые стабильные по частоте кварцевые резонаторы были разработаны в 1920-х - 30-х годах. Начиная с 1926 года кварцевые резонаторы на радиостанциях использовались в качестве задающих несущую частоту элементов. В то же время, резко возросло количество компаний, начавших выпускать кварцевые резонаторы; только до 1939 года в США было выпущено более чем 100 000 ед. Помимо кварцевых, существуют пьезоэлектрики, например, керамика, так же использующиеся в настоящее время в большом количестве радиоаппаратуры.
Применение
Одним из самых популярных видов резонаторов являются резонаторы, применяемые в часовых схемах. Резонансная частота часовых резонаторов 32768 Гц, поделенная на 15-разрядном двоичном счетчике, дает интервал времени в 1 секунду.
Применяются в генераторах с фиксированной частотой, где необходима высокая стабильность частоты. В частности в опорных генераторах синтезаторов частот и в трансиверных радиостанциях для формирования DSB-сигнала на промежуточной частоте и детектирования SSB или телеграфного сигнала.
Также применяются в кварцевых полосовых фильтрах промежуточной частоты супергетеродинных приемников. Такие фильтры могут выполнятся по лестничной или дифференциальной схеме и отличаются очень высокой добротностью и стабильностью по сравнению с LC-фильтрами.
По типу корпуса кварцевые резонаторы могут быть выводные для объемного монтажа (стандартные и цилиндрические) и для поверхностного монтажа (SMD).
Качество схемы, в которую входят кварцевые резонаторы, определяют такие параметры, как допуск по частоте (отклонение частоты), стабильность частоты, нагрузочная емкость, старение.

Обозначение кварцевого резонатора на принципиальной электронной схеме


Кварцевые резонаторы на 27,14 МГц и 32768 Гц

Кварцевый резонатор извлечен из корпуса. Видно золочение противоположных плоскостей пластинки.
На пластинку, кольцо или брусок, вырезанные из кристалла кварца определённым образом, нанесены 2 и более электродов — проводящие полоски.
Пластинка закреплена и имеет собственную резонансную частоту механических колебаний.
При подаче напряжения на электроды благодаря пьезоэлектрическому эффекту происходит изгибание, сжатие или сдвиг в зависимости от того, каким образом вырезан кусок кристалла.
Однако колеблющаяся пластинка в результате того же пьезоэлектрического эффекта создаёт во внешней цепи противоэдс, что можно рассматривать как явление, эквивалентное работе катушки индуктивности в колебательном контуре.
Если частота подаваемого напряжения равна или близка к частоте собственных механических колебаний пластинки, затраты энергии на поддержание колебаний пластинки оказываются намного ниже, нежели при большом отличии частоты. Это также соответствует поведению колебательного контура.
Эквивалентная схема


Все теоретические рассуждения относительно кварцевого резонатора остаются в силе применительно к пьезокерамическому резонатору.
Датчик









Подбором резонансной частоты колебаний чувствительного элемента (ЧЭ) резонанс может быть продольным, т.е. в направлении стрелок или поперечным в направлении перпендикулярном направлению стрелок. В нашем конкретном случае лёд нарастает на боковой образующей цилиндра, для чего в корпусе-держателе в данном направлении выполнены три прорези в виде прямоугольников с соотношением высоты прорези к высоте ЧЭ: 1 : 2,5. Указанные пределы соотношений сторон являются оптимальными, определёнными экспериментально. В случае увеличения соотношений площадь примерзания ЧЭ корпусу оказывается слишком мала, а в случае уменьшения - затрудняется попадание влаги в капиллярный зазор между корпусом-держателем и ЧЭ. В обоих случаях это приводит к уменьшению полезного сигнала. Упреждение льдообразования во времени достигнуто увеличением теплопроводности корпуса-держателя приводящей к ускорению падения температуры влаги в капиллярном зазоре при падении температуры контролируемого потока. В данном случае применение материала для корпуса-держателя с большей теплопроводностью, чем материал защищаемого объекта, находящихся в контролируемом потоке, опасном с точки зрения образования льда на них, приводит к замерзание влаги в капиллярном зазоре раньше (с упреждением во времени), чем образование льда на элементах защищаемого объекта.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я. Устройство для индикации льдообразования, содержащее вибрационный элемент, подключённый к выходу блока возбуждения и сигнальному входу блока контроля параметров колебаний, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью повышения помехоустойчивости устройства, в него введён цилиндрический корпус, а вибрационный элемент выполнен цилиндрическим из пьезокерамики и установлен соосно с цилиндрическим корпусом внутри него с капиллярным зазором, для чего в корпусе напротив боковой поверхности вибрационного элемента выполнены отверстия с соотношениями высоты отверстий к высоте вибрационного элемента в пределах 1:1,5 – 1:2,5.

Сигнализатор обледенения — устройство, предназначенное для непрерывного измерения интенсивности обледенения технических средств, с выдачей информации оператору и в автоматическую систему противообледенения. Применяются для контроля обледенения летательных аппаратов и лопаток турбин ГПА в промышленных установках транспорта газа.

1.2. Описание принципиальной схемы датчика

Кратко работу детектора льда можно проследить по принципиальной схеме фиг 3. В плечо сбалансированного моста включён вибратор 1 в виде пьезозлемента, в одну диагональ моста включен генератор 2, выполненный на микросхеме 23-24, в другую диагональ этого моста включён детектор резонансных колебаний 3, выполненный на диодах 21, 22. С выхода детектора сигнал поступает на компаратор 27. Выходной логический сигнал с него подаётся на таймер микропроцессорного комплекта, который через транзисторный ключ запускает задвижку на чётко тарированный промежуток времени (на фиг.3 не показано).
Работа схемы датчика и системы в целом.
До начала льда на выходе схемы присутствует, например, сигнал «логическая единица». Пьезоэлемент работает в режиме резонанса. С началом льдообразования резонанс уходит с увеличением массы пьезоэлемента за счёт намерзающего льда, амплитуда сигнала уменьшается и на выходе схемы сигнал меняется на «логический нуль». Упреждение во времени достигается за счёт более высокой теплоёмкости материала датчика в сравнении с материалом турбины. Например, серебряная ложка в стакане с чаем скорее нагревается и остывает, чем подстаканник. Методом подбора сплава металла датчика соответственно подбирается время упреждения. Оно может лежать в пределах до 45-50 сек. Этого достаточно, чтобы «подготовить» агрегат турбины первыми ступеньками-порциями подачи горячего воздуха к последующей работе с более длительными порциями и в конце цикла к непрерывной подаче тепла. В общей сумме до 10 ступенек-порций, и затем постоянный режим подачи горячего воздуха. Процесс прекращения подачи тепла идёт в обратном порядке. При опытной эксплуатации таких циклов пуска и останова системы подачи тепла за сутки осенне-зимнего периода происходило до нескольких десятков. На рисунках фиг.2, фиг 3 показано схематично устройство датчика льда. Подробное описание формулы изобретения можно прочесть в архиве патентного фонда, запросив авторское свидетельство на изобретения № 1594576 от 22.05.1990 г.

В заключительной части описания детектора следует сказать, что он составной частью входит в систему борьбы со льдообразованием (условное название «Лёд»).

Сравнительная характеристика «СО-1» и «ЦТС-19»

Аналогичный прибор СО-1 разработал "Старорусский приборостроительный завод". Чувствительными элементами сигнализатора являются полупроводниковые тепломеры, фиксирующие скачкообразное выделение теплоты при превращении воды в лед, и терморезистор, регистрирующий температуру воздуха во всасывающем патрубке ГПА.

Сигнализаторы устанавливаются в воздушном потоке, имеющем скорость от 10 до 150 м/с.

Температура обдувающего воздуха, при которой появляется
сигнал "ОБЛЕДЕНЕНИЕ": 0 ÷ минус 25 °С
2. Минимальная водность воздуха (масса капель воды в единице объема воздуха),
при которой срабатывает сигнал "ОБЛЕДЕНЕНИЕ" : 0,1 г/м3

ЦТС-19

Чувствительным элементом сигнализатора является ЦТС-19 - группа цирконата — титаната свинца
1. Упреждение льдообразования во времени

2. Фиксирует не температуру и водность, а фактический лёд

3. Не зависит от температуры обдувающего воздуха, при которой появляется сигнал.


Сравнение сигнализаторов обледенения СО 1 и ЦТС-19

ПоставщикСО-1:"Старорусский приборостроительный завод", ОАО
Старорусский приборостроительный завод
175200, Россия, Новгородская обл.,
г. Старая Русса, ул. Минеральная, д. 24
Генеральный директор Исаков Владимир Павлович

Телефон: (81652) 5-18-05

end_of_the_skype_highlighting

Сигнализаторы фиксируют превращение воды в лед.

Сигнализаторы устанавливаются в воздушном потоке, имеющем скорость от 10 до 150 м/с.

Сравнительные технические характеристики

СО-1
ЦТС-19

Температура обдувающего воздуха, при которой появляется сигнал «обледенение»
0 ÷ минус 25 оС
Любая

Минимальная водность воздуха ( масса капель воды в единице объема воздуха), при которой срабатывает сигнал «обледенение»
0,1 г/м3
Любая

Время появления сигнала «обледенение» при скачкообразном изменении водности воздуха
≤ 20 с
С упреждением 1-2 мин.

Питание от источника постоянного тока напряжением
±15 В
5 В и 24 В

Выходной сигнал
замыкание контактов реле
Логический «0» ТТЛ

Потребляемая мощность
≤ 1,5 Вт
Тоже

Масса
≤ 2,5 кг
Тоже

Средний срок службы
10 лет
Тоже

Габаритные размеры
300х150х110 мм
Тоже

Разрешения на применение: не требуются


1.2.3. Вывод
Преимущества перед другим решениями
• Достижение намного больших значений добротности (104−105) эквивалентного колебательного контура, нежели любым другим способом;
• Малые размеры устройства;
• Большая температурная стабильность;
• Долговечность;
• Технологичность;
• Построение качественных каскадных фильтров без необходимости их ручной настройки;
Недостатки
• Чрезвычайно узкий диапазон подстройки частоты внешними элементами.
• Узкая полоса пропускания полезного сигнала.
Четвёртый раздел работы состоит из одной главы.

Его наименование: ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.

ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА КОНКРЕТНОГО УСТРОЙСТВА СИСТЕМЫ «ЛЁД-2» НАБАЗЕ ДАТЧИКА «ЦТС-19».
- ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ,
- ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ,
- ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ.

СИСТЕМА «ЛЁД-2»
Устройство, рекомендации по эксплуатации, экономический эффект, перспективы разыития.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В математическом обеспечении обозначены рамки: от традиционного классического метода в физике до квантовой электроники «вынужденного (индуцированного) излучения», основанной на Теории индуцированного излучения А. Эйнштейна. Вы́нужденное излуче́ние, индуци́рованное излучение — это генерация нового фотона при переходе квантовой системы (атома, молекулы, ядра и т. д.) из возбуждённого в стабильное состояние (меньший энергетический уровень) под воздействием индуцирующего фотона, энергия которого была равна разности энергий уровней. Созданный фотон имеет те же энергию, импульс, фазу и поляризацию, что и индуцирующий фотон (который при этом не поглощается). Оба фотона являются когерентными. Большой вклад в разработку вопроса о вынужденном излучении (испускании) внес А. Эйнштейн.
На основе данного математического обеспечения разработана теория льдообразования. В указанной теории А. Эйнштейна индуцированное излучение применено для разработки квантового генератора (лазера). С переходом на частоту ω инфракрасного спектра диапазона частот мы получили возможность применить индуцированное излучение в области борьбы с обледенением, где поглощение фотона обуславливает таяние льда, а излучение фотона обуславливает образование льда из воды и влаги атмосферы. Фаза и форма льда соответствует температуре и давлению окружающей среды, т.е. атмосферы воздуха.
Разработана и внедрена система борьбы со льдообразованием «Лёд» конкретно в технике ГПА с возможностью расширения применения в других отраслях производства. В заключительной части следует сказать, что детектор льда является главной составной частью системы борьбы со льдообразованием. Система «Лёд» построена в одном корпусе и для всей газоперекачивающей станции одна, а для каждого ГПА существует отдельная плата-тэз, с выходом которой подаётся сигнал для управления задвижкой подачи горячего воздуха на вход ГПА. Воздух подаётся ступенчато по специальной программе с целью исключения «захлёбывания» турбины. Система «Лёд» выполнена аппаратно с использованием микропроцессорного комплекта КР 580 ИК 80. Программное обеспечение написано на языке программирования «Ассемблер».

В период опытной эксплуатации система «Лёд» внедрена: на магистральном газопроводе Уренгой-Помары-Ужгород на газоперекачивающей станции (ГПС) «Приводино» Ухтатрансгаз, на ГПС «Чебоксары» Волготрансгаз. Апробирована на мегаваттных ГПА ГПС «Бердичев» Укртрансгаз. Обсуждена в Киевском НИИТРАНСГАЗ. Изучена на курсах повышения квалификации обслуживающего персонала ГПС при Калининградском ОНУТЦ (отраслевом научно-учебном тренажёрном центре) Газпрома. Выпускается серийно на Калининградском экспериментальном заводе (КЭЗ) Газпрома. Система «Лёд» с доработками предложена к применению для защиты других объектов (авиа, флот, ЛЭП, ЖКХ), где требуется незначительная техническая доработка программного обеспечения (ПО) и аппаратного обеспечения (АО) применительно к исполнительному механизму подачи тепла.

1.4. В заключение определены направления дальнейших исследований борьбы со льдом по линии:

1. ЛЭП

2. ЖКХ

Особенностью этих исследований следует считать совмещение регистрирующих способов с информационными (например, датчик льда плюс видеокамера). Датчик льда регистрирует образование льда с упреждением во времени и включает противообледенительную систему, видеокамера фиксирует результат работы борьбы со льдом и записывает отчёт на флеш-память.

Литература
1. Шавлов А. В. Лёд при структурных превращениях. Новосибирск: «Наука», 1996 г. 198 с

2. Леонид Кульский, Воля Даль, Людмила Ленчина «Вода знакомая и загадочная»

3. Маэпо Н. Наука о льде. М.: Мир, 1988.

4. Котляков В. В мире снега и льда. М.: Наука, 1994.

5. Материал из Википедии — свободной энциклопедии Пьезоэлектрический эффект.
6. Физическая акустика, под ред. У. Мэзона, пер. с англ., т. 1, ч. А, М., 1966;

7. Ультразвуковые преобразователи, пер. с англ., под ред. Е. Кикучи, М., 1972.

8. Ультразвуковая техника, пер. с нем., Б. С. Аронов, Р. Е. Пасынков. М., 1962

9. Зюко, А. Г. Теория передачи сигналов / А. Г. Зюко [и др.]. — М.: Связь, 1980. — 288 с.

10. Тихонов, В. И. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем / В. И. Тихонов, В. Н. Харисов. — М.: Радио и связь, 2004. — 608 с. — ISBN 5-256-01701-2

11. Тихонов, В. И. Статистическая теория радиотехнических устройств / В. И. Тихонов, Ю. Н. Бакаев. — М.: Академия им. проф. Н. Е. Жуковского, 1978. — 420 с.

12. Кроме этого особо важная литература указывается в тексте глав работы.

13. Софер М. Снег. „Наука и жизнь“ № 1, 1982.

14. Транковский С. Физические основы игры в снежки. „Наука и жизнь“ № 1, 1994.

15. А. П. Барвинский, Ш. Г. Козлова. Электрооборудование самолетов. Устройство и эксплуатация — М.: Транспорт, 1981

16. Авиационное и радиоэлектронное оборудование самолета Ан-24 — М.: Транспорт, 1975

17. А. П. Барвинский, Ш. Г. Козлова. Электрооборудование самолетов. Устройство и эксплуатация — М.: Транспорт, 1981

18. Авиационное и радиоэлектронное оборудование самолетов — М.: Транспорт, 1976.

19. ГОСТ 21508-76 Защита от обледенения самолетов и вертолетов. Термины и определения

20. ТУ ИВКШ.798611.002ТУ Сигнализатор обледенения СО-1В

21. ПУ 3.390.252 ТО Сигнализатор обледенения типа СО-1. Техническое описание

22. Сигнализатор наличия льда СО-121ВМ. Основные данные. Принципиальная схема

23. Сигнализатор обледенения для автомобилиста журнал «За рлём» №5 2000 г.

24. Оптоэлектронный сигнализатор обледенения ТО

25. Сигнализатор обледенения на микроконтроллере ТО

26. Ice detector and deicing fluid effectiveness monitoring system ТО

27. ГОСТ 21508-76 Защита от обледенения самолетов и вертолетов. Термины и определения

28. ТУ ИВКШ.798611.002ТУ Сигнализатор обледенения СО-1В

29. ТУ 3.390.252 ТО Сигнализатор обледенения типа СО-1. Техническое описание (ТО).

30. Арабаджи В. Загадки простой воды. Сооружения из льда «Наука и техника» №3 2001 год.

31. Шавлов А. В., Рябцева А. А., Шавлова В. А. «Сверхскользкий лед для конькобежного спорта» Хокей США 2007 г.

32. Сергей Апресов Белая магия Википедия.

33. Александр Волков Снег и лёд Детская энциклопедия.

34. Сергей Транковский Игры со льдом пер. с англ., М., 1999;

35. Матаушек И., Ультразвуковая техника, пер. с нем., М., 1962;

36. Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия, М., 1969;

37. Фабрикант В., Классика, кванты и квантовая электроника, «Наука и жизнь», 1965, № 10;

38. Прохоров А. М., Квантовая электроника, «Успехи физических наук», 1965.

39. Басов Н. Г., Полупроводниковые квантовые генераторы, там же.

40. Шавлов А., Современные оптические квантовые генераторы, там же.

41. Таунс Ч., Получение когерентного излучения с помощью атомов и молекул, там же.

42. А. Л. Микаэлян, М. Л. Тер-Микаелян Ю. Г. Турков. «Оптические генераторы на твёрдом теле». М.: Советское радио, 1967.

43. No. 36, p. 789–807. Поступила в редакцию Масару Эмото. Работа поддерживается Российским фондом фундаментальных исследований. Грант № 98-02-17054.
44. Lobban C., Finney J.L., Kuhs W.F. // Nature. 1998. V.391. P.268-270; См. также: Открыта новая фаза льда // Природа. 1998. №9. С.105.
45. Petrenko V.F., Whitworth R.W. Physics of ice. Oxford, 1999; Hobbs P.V. Ice physics. Oxford, 1974.
46. Берри Б.Л., Грибов В.А., Григоров И.О. и др. // Склоновые процессы. 1980. №9. С.18-21; Берри Б.Л., Грибов В.А. // Вестн. МГУ. Сер.5, География. 1982. №2. С.15-21; Качурин Л.Г., Григоров И.О., Кузин Ю.И. и др. // ДАН СССР. 1979. Т.248. №3. С.41-50.
47. Garsia-Fernandes H. // Meth. Phys. d’Annal. 1970.V.6. №1. P.58-59; Качурин Л.Г., Колев С.Н., Псаломщиков В.Ф. // ДАН СССР. 1982. Т.267. №2. С.347-350; Берри Б.Л., Григоров Н.О., Качурин Л.Г. и др. Электромагнитные процессы при кристаллизации воды и разрушении льда // Пробл. техн. гляциологии. Новосибирск, 1986. С.24-32; Гудзенко О.И., Лапшин А.И., Косотуров А.В., Трохан А.М. // Журн. техн. физики. 1985. Т.55. №3. С.612-614.
48. Трохан А.М., Лапшин А.И., Гудзенко О.И. // ДАН СССР. 1984. Т.275. №1. С.83-86.
49. Workman E.Y., Reynolds S.E. // Phys. Rev. 1950. V.78. №3. P.254-259.
50. Мельникова А.М. // Кристаллография. 1970. Т.14. №3. С.548-563.
51. Шибков А.А., Желтов А.А., Скворцов В.В. // Вестн. ТГУ. Сер. естеств. и техн. науки. 1999. Т.4. Вып.1. С.10-12.
52. Шумский П. А. // Основы структурного ледоведения, М., 1955; Паундер Э. Р., Физика льда, пер. с англ., М., 1967; Eisenberg D., Kauzmann W., The structure and properties of water, Oxf., 1969; Fletcher N. H., The chemical physics of ice, Camb., 1970.
53. Собственное электромагнитное излучение растущего льда
Александр Анатольевич Шибков, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией физики льда, доцент кафедры теоретической и экспериментальной физики Тамбовского государственного университета им. Г.Р. Державина.
Михаил Александрович Желтов, кандидат физико-математических наук, ассистент той же кафедры.
Александр Александрович Королев, аспирант той же кафедры.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант №06059612)
54. Вейнберг Б.В. Лед. Свойства, возникновение и исчезновение льда. М.; Л., Гостехтеоретиздат, 1940, 524с.
55. Гаврильев Р.И. Особенности изучения теплофизических свойств грунтов с крупнообломочными включениями // Инж. геология, 1986, №5, с.60–71.
56. Гаврильев Р.И. Теплопроводность вечномерзлых грунтов в зависимости от естественной влажности // Инж. физ. журн., 1989, т. 56, №6, с. 995–1001.
57. Гаврильев Р.И. Теплофизические свойства горных пород и напочвенных покровов криолитозоны. Новосибирск, Изд во СО РАН, 1998, 280с.
58. Гаврильев Р.И. Теплофизические свойства компонентов природной среды в криолитозоне: Справ. пособие. Новоси
59. Гречищев С.Е., ПавловА.В., ШешинЮ.Б., Гречище ваО.В. Лабораторные исследования физических свойств сегрегационного внутригрунтового льда // Криосфера Земли, 2002, т.VI, №1, с. 77–81.
60. Гречищев С.Е., ПавловАрк.В., ШешинЮ.Б., Гречище ваО.В. Зависимость физических свойств сегрегационного внутригрунтового льда от условий промораживания грунтов // Криосфера Земли, 2003, т.VII, №3, с. 49–54.
61. Зубов Н.Н. Льды Арктики. М., Изд во Главсевморпути, 1945, 360с.
62. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М., Наука, 1964, 487с.
63. Коннова О.С. Некоторые результаты исследований строе ния мерзлых пород // Материалы по лабораторным иссле дованиям мерзлых грунтов, 1957, вып. 3, с. 195–226.
64. Назинцев Ю.Л. Некоторые данные к расчету тепловых свойств морского льда // Тр. ААНИИ, 1964, т.267, с.31–47.
65. Овчинников И.К. Теория поля. М., Недра, 1971, 312с. Основы геокриологии (мерзлотоведения). Ч. 1. М., Изд во АН СССР, 1959, 459с.
66. Савельев Б.А. Физика, химия и строение природных льдов и мерзлых горных пород. М., Изд во Моск. Ун- та, 1971, 507с. ШулейкинВ.В. Физика моря. М., Наука, 1968, 1083с.
67. Эйзенберг Д., КауцманВ. Структура и свойства воды. Л., Гидрометеоиздат, 1975, 280с.
68. Schwerdtfeger P. The thermal properties of sea ice // J. Glaciology, 1963, vol.
69. Планк М. Теория теплового излучения, пер. с нем., Л.— М., 1935
70. Соболев В. В. Перенос лучистой энергии в атмосферах звезд и планет, М., 1956
71. Боеворт Р. Ч. Л., Процессы теплового переноса, пер. с англ., М., 19
72. Ельяшевич М. А., Атомная и молекулярная спектроскопия, М., 1962.
73.Шушаков Е.В. Наледи и борьба с ними. М., 1979
74.Рябов В.К., Полин Ю.К., Шушаков Е.В. Методические рекомендации для борьбы с наледями. Хабаровск, 1974. 61 с. (ХПИ)
75.Толстихин О.Н. В краю наледей. Л. Гидрометеоиздат, 1978. 94 с.
76. Шушаков Е.В. Защита земляного полотна от наледей – В кн.: сооружение и эксплуатация земляного полотна из пылеватых грунтов. М., Транспорт, 1964, с. 159-187
77. Инженерно-Геологические и мерзлые условия Дальнего Востока. Хабаровск, 1977
78. Д.Э., Техника и производство. М., 1972г
79. Хомченко Г.П. , Химия для поступающих в ВУЗы. М., 1995г.
80. Прокофьев М.А., Энциклопедический словарь юного химика. М., 1982г.
81. Глинка Н.Л., Общая химия. Ленинград, 1984г.
82. Ахметов Н.С., Неорганическая химия. Москва, 1992г.
Диссертация не выносилась на защиту но причине трёх операций на два глаза


Калининград
2011