Расширенный поиск
Датчик концентрации легких атмосферных ионов для полевых натурных геофизических наблюдений
ГО “Борок”, Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Журнал: Сейсмические приборы
Том: 58
Номер: 3
Год: 2022
Страницы: 43-60
УДК: 550.8.08
DOI: 10.21455/si2022.3-3
Показать библиографическую ссылку
Анисимов С.В., Афиногенов
К.В., Галиченко
С.В., Прохорчук
А.А. Датчик концентрации легких атмосферных ионов для полевых натурных геофизических наблюдений
// Сейсмические приборы. 2022. Т. 58. № 3. С. 43-60. DOI: 10.21455/si2022.3-3
@article{АнисимовДатчик2022,
author = "Анисимов, С. В. and Афиногенов,
К. В. and Галиченко,
С. В. and Прохорчук,
А. А.",
title = "Датчик концентрации легких атмосферных ионов для полевых натурных геофизических наблюдений
",
journal = "Сейсмические приборы",
year = 2022,
volume = "58",
number = "3",
pages = "43-60",
doi = "10.21455/si2022.3-3",
language = "Russian"
}
Скопировать ссылку в формате ГОСТ
Скопировать ссылку BibTex
Ключевые слова: легкие атмосферные ионы, датчик концентрации ионов, геофизические наблюдения, электрическая проводимость атмосферы
Аннотация: Представлены результаты аналитической и аппаратной разработки биполярного датчика концентрации легких атмосферных ионов, предназначенного для длительной работы в полевых условиях натурных геофизических наблюдений. Выполнены расчеты траекторий легких ионов в аспирационном конденсаторе датчика, на основе которых получены теоретические оценки критической подвижности ионов и вероятности регистрации ионов в зависимости от их подвижности. Определена зависимость между током в измерительной цепи аспирационного конденсатора и концентрацией легких атмосферных ионов в протягиваемом воздухе. Описаны схемотехнические решения, общее устройство и алгоритмы функционирования аппаратного и программного обеспечения приборов. Приведены технические характеристики и рекомендации по применению приборов. В отличие от аналогов, разработанный датчик устойчив к воздействиям окружающей среды и позволяет получать спектр подвижностей легких аэроионов за счет цифрового управления режимами работы аспирационного конденсатора. По материалам разработки изготовлены опытные образцы датчиков. Датчики испытаны в лабораторных условиях и в ходе полевых натурных наблюдений электричества атмосферного пограничного слоя. Кроме применения в составе наземного комплекса натурных геофизических наблюдений, датчик концентраций легких аэроионов использовался в аэростатной аппаратной платформе, предназначенной для проведения высотных аэрофизических наблюдений. В результате испытания приборов в полевых условиях установлено, что функционирование датчиков стабильно и получаемые данные репрезентативны.
Список литературы: Анисимов С.В., Афиногенов К.В., Гурьев А.В. Аппаратная платформа аэростатных аэроэлектрических наблюдений // Научное приборостроение. 2017а. Т. 27, № 1. С.24–28. https://doi.org/10.18358/np-27-1-i2428
Анисимов С.В., Галиченко С.В., Афиногенов К.В., Макрушин А.П., Шихова Н.М. Объемная активность радона и ионообразование в невозмущенной нижней атмосфере: наземные наблюдения и численное моделирование // Физика Земли. 2017б. № 1. С.155–170. https://doi.org/10.7868/S0002333717010033
Смирнов В.В. Ионизация в тропосфере. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 312 с.
Anisimov S.V., Galichenko S.V., Aphinogenov K.V., Klimanova E.V., Prokhorchuk A.A., Kozmi-na A.S., Guriev A.V. Mid-latitude atmospheric boundary layer electricity: A study by using a tethered balloon platform // Atmos. Res. 2021. V. 250. Art. 105355. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2020.105355
Bhardwaj A., Sam L., Martin-Torres F.J. The challenges and possibilities of earthquake predictions using non-seismic precursors // Eur. Phys. J. Spec. Top. 2021. V. 230. P.367–380. https://doi.org/10.1140/epjst/e2020-000257-3
Ciarlet P.G. The finite element method for elliptic problems (Classics in applied mathematics). Phil-adelphia: SIAM, 2002. 530 p.
Ciceron R.D., Ebel J.E., Britton J. A systematic compilation of earthquake precursors // Tectono-physics. 2009. V. 476. P.371–396. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2009.06.008
Ghosh D., Deb A., Sengupta R. Anomalous radon emission as precursor of earthquake // J. Appl. Ge-ophys. 2009. V. 69. P.67–81. http://dx.doi.org/10.1016/j.jappgeo.2009.06.001
Hõrrak U., Iher H., Luts A., Salm J., Tammet H. Mobility spectrum of air ions at Tahkuse Observa-tory // J. Geophys. Res. 1994. V. 99, N D5. P.10697–10700. https://doi.org/10.1029/93JD02291
Hõrrak U., Salm J., Tammet H. Statistical characterization of air ion mobility spectra at Tahkuse Ob-servatory: classification of air ions // J. Geophys. Res. 2000. V. 105, N D7. P.9291–9302. https://doi.org/10.1029/1999JD901197
Jonassen N., Wilkening M.H. Conductivity and concentration of small ions in the lower atmosphere // J. Geophys. Res. 1965. V. 70. P.779–784.
Kamsali N., Pawar S.D., Murugavel P., Gopalakrishnan V. Estimation of small ion concentration near the Earth’s surface // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2011. V. 73, Iss. 16. P.2345–2351. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2011.07.011
Keilis-Borok V., Ismail-Zadeh A., Kossobokov V., Shebalin P. Non-linear dynamics of the lithosphere and intermediate-term earthquake prediction // Tectonophysics. 2001. V. 338, Iss. 3–4. P.247–260. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(01)00080-4
Liu S.C., McAfee J.R., Cicerone R.J. Radon-222 and tropospheric vertical transport // J. Geophys. Res. 1984. V. 89, N D5. P.7291–7297. https://doi.org/10.1029/JD089iD05p07291
Marticnelli G. Contribution to a history of earthquake prediction research // Seismol. Res. Lett. 2000. V. 71, N 5. P.583–588. https://doi.org/10.1785/gssrl.71.5.583
Neri M., Ferrera E., Giammanco S., Currenti G., Cirrincione R., Patanè G., Zanon V. Soil radon measurements as a tracer of tectonic and volcanic activity // Sci. Rep. 2016. V. 6. Art. 24581. https://doi.org/10.1038/srep24581
Nevinsky I., Tsvetkova T., Dogru M., Aksoy E., Inceos M., Baykara O., Kulahci F., Melikadze G., Akkurt I., Kulali F., Vogiannis E., Pitikakis E., Katsanou K., Lambrakis N. Results of the simul-taneous measurements of radon around the Black Sea for seismological applications // J. Envir. Rad. 2018. V. 192. P.48–66. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2018.05.019
Nikolopoulus D., Petraki E., Yannakolopoulus P., Cantzos D., Panagiotaras D., Nomicos C. Fractal analysis of pre-seismic electromagnetic and radon precursors: A systematic approach // J. Earth Sci. Clim. Change. 2016. V. 7, N 11. 1000376. https://doi.org/10.4172/2157-7617.1000376
Oh Y.H., Kim G. A radon-thoron isotope pair as a reliable earthquake precursor // Sci. Rep. 2015. V. 5. Art. 13084. https://doi.org/10.1038/srep13084
Petrov A.I., Petrova G.G., Panchishkina I.N. Profiles of polar conductivities and radon-222 concen-tration in the atmosphere by stable and labile stratification of surface layer // Atmos. Res. 2009. V. 91, Iss. 2–4. P.206–214. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2008.06.015
Pruthvi Rani K.S., Paramesh L., Chandrashekara M.S. Diurnal variations of 218Po, 214Pb, and 214Po and their effect on atmospheric electrical conductivity in the lower atmosphere at Mysore city, Karnataka State, India // J. Envir. Rad. 2014. V. 138. P.438–443. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.03.020
Ragini N., Shashikumar T.S., Chandrashekara M.S., Sannappa J., Paramesh L. Temporal and verti-cal variations of atmospheric electrical conductivity related to radon and its progeny concentra-tions at Mysore // Indian J. Radio & Space Phys. 2008. V. 37. P.264–271. http://dx.doi.org/10.13140/2.1.1925.1847
Riggio A., Santulin M. Earthquake forecasting: a review of radon as seismic precursor // Boll. Geofis. Teor. Appl. 2015. V. 56, N 2. P.95–114. http://dx.doi.org/10.4430/bgta0148
Vinuesa J.F., Basu S., Galmarini S. The diurnal evolution of 222Rn and its progeny in the atmos-pheric boundary layer during the Wangara experiment // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7, Iss. 18. P.5003–5019. https://doi.org/10.5194/acp-7-5003-2007
Wilkening M.H., Kawano M., Lane C. Radon-daughter ions and their relation to some electrical prop-erties of the atmosphere // Tellus. 1966. V. 18, Iss. 2–3. P.679–684. https://doi.org/10.3402/tellusa.v18i2-3.9199
Woith H. Radon earthquake precursor: a short review // Eur. Phys. J. Spec. Top. 2015. V. 224, N 4. P.611–627. https://doi.org/10.1140/epjst/e2015-02395-9
Zhang K., Feichter J., Kazil J., Wan H., Zhuo W., Griffiths A.D., Sartorius H., Zahorowski W., Ra-monet M., Schmidt M., Yver C., Neubert R.E.M., Brunke E.G. Radon activity in the lower tropo-sphere and its impact on ionization rate: a global estimate using different radon emissions // At-mos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 1. P.7817–7838. http://dx.doi.org/10.5194/acpd-11-3251-2011
Анисимов С.В., Галиченко С.В., Афиногенов К.В., Макрушин А.П., Шихова Н.М. Объемная активность радона и ионообразование в невозмущенной нижней атмосфере: наземные наблюдения и численное моделирование // Физика Земли. 2017б. № 1. С.155–170. https://doi.org/10.7868/S0002333717010033
Смирнов В.В. Ионизация в тропосфере. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 312 с.
Anisimov S.V., Galichenko S.V., Aphinogenov K.V., Klimanova E.V., Prokhorchuk A.A., Kozmi-na A.S., Guriev A.V. Mid-latitude atmospheric boundary layer electricity: A study by using a tethered balloon platform // Atmos. Res. 2021. V. 250. Art. 105355. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2020.105355
Bhardwaj A., Sam L., Martin-Torres F.J. The challenges and possibilities of earthquake predictions using non-seismic precursors // Eur. Phys. J. Spec. Top. 2021. V. 230. P.367–380. https://doi.org/10.1140/epjst/e2020-000257-3
Ciarlet P.G. The finite element method for elliptic problems (Classics in applied mathematics). Phil-adelphia: SIAM, 2002. 530 p.
Ciceron R.D., Ebel J.E., Britton J. A systematic compilation of earthquake precursors // Tectono-physics. 2009. V. 476. P.371–396. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2009.06.008
Ghosh D., Deb A., Sengupta R. Anomalous radon emission as precursor of earthquake // J. Appl. Ge-ophys. 2009. V. 69. P.67–81. http://dx.doi.org/10.1016/j.jappgeo.2009.06.001
Hõrrak U., Iher H., Luts A., Salm J., Tammet H. Mobility spectrum of air ions at Tahkuse Observa-tory // J. Geophys. Res. 1994. V. 99, N D5. P.10697–10700. https://doi.org/10.1029/93JD02291
Hõrrak U., Salm J., Tammet H. Statistical characterization of air ion mobility spectra at Tahkuse Ob-servatory: classification of air ions // J. Geophys. Res. 2000. V. 105, N D7. P.9291–9302. https://doi.org/10.1029/1999JD901197
Jonassen N., Wilkening M.H. Conductivity and concentration of small ions in the lower atmosphere // J. Geophys. Res. 1965. V. 70. P.779–784.
Kamsali N., Pawar S.D., Murugavel P., Gopalakrishnan V. Estimation of small ion concentration near the Earth’s surface // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 2011. V. 73, Iss. 16. P.2345–2351. https://doi.org/10.1016/j.jastp.2011.07.011
Keilis-Borok V., Ismail-Zadeh A., Kossobokov V., Shebalin P. Non-linear dynamics of the lithosphere and intermediate-term earthquake prediction // Tectonophysics. 2001. V. 338, Iss. 3–4. P.247–260. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(01)00080-4
Liu S.C., McAfee J.R., Cicerone R.J. Radon-222 and tropospheric vertical transport // J. Geophys. Res. 1984. V. 89, N D5. P.7291–7297. https://doi.org/10.1029/JD089iD05p07291
Marticnelli G. Contribution to a history of earthquake prediction research // Seismol. Res. Lett. 2000. V. 71, N 5. P.583–588. https://doi.org/10.1785/gssrl.71.5.583
Neri M., Ferrera E., Giammanco S., Currenti G., Cirrincione R., Patanè G., Zanon V. Soil radon measurements as a tracer of tectonic and volcanic activity // Sci. Rep. 2016. V. 6. Art. 24581. https://doi.org/10.1038/srep24581
Nevinsky I., Tsvetkova T., Dogru M., Aksoy E., Inceos M., Baykara O., Kulahci F., Melikadze G., Akkurt I., Kulali F., Vogiannis E., Pitikakis E., Katsanou K., Lambrakis N. Results of the simul-taneous measurements of radon around the Black Sea for seismological applications // J. Envir. Rad. 2018. V. 192. P.48–66. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2018.05.019
Nikolopoulus D., Petraki E., Yannakolopoulus P., Cantzos D., Panagiotaras D., Nomicos C. Fractal analysis of pre-seismic electromagnetic and radon precursors: A systematic approach // J. Earth Sci. Clim. Change. 2016. V. 7, N 11. 1000376. https://doi.org/10.4172/2157-7617.1000376
Oh Y.H., Kim G. A radon-thoron isotope pair as a reliable earthquake precursor // Sci. Rep. 2015. V. 5. Art. 13084. https://doi.org/10.1038/srep13084
Petrov A.I., Petrova G.G., Panchishkina I.N. Profiles of polar conductivities and radon-222 concen-tration in the atmosphere by stable and labile stratification of surface layer // Atmos. Res. 2009. V. 91, Iss. 2–4. P.206–214. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2008.06.015
Pruthvi Rani K.S., Paramesh L., Chandrashekara M.S. Diurnal variations of 218Po, 214Pb, and 214Po and their effect on atmospheric electrical conductivity in the lower atmosphere at Mysore city, Karnataka State, India // J. Envir. Rad. 2014. V. 138. P.438–443. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2014.03.020
Ragini N., Shashikumar T.S., Chandrashekara M.S., Sannappa J., Paramesh L. Temporal and verti-cal variations of atmospheric electrical conductivity related to radon and its progeny concentra-tions at Mysore // Indian J. Radio & Space Phys. 2008. V. 37. P.264–271. http://dx.doi.org/10.13140/2.1.1925.1847
Riggio A., Santulin M. Earthquake forecasting: a review of radon as seismic precursor // Boll. Geofis. Teor. Appl. 2015. V. 56, N 2. P.95–114. http://dx.doi.org/10.4430/bgta0148
Vinuesa J.F., Basu S., Galmarini S. The diurnal evolution of 222Rn and its progeny in the atmos-pheric boundary layer during the Wangara experiment // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7, Iss. 18. P.5003–5019. https://doi.org/10.5194/acp-7-5003-2007
Wilkening M.H., Kawano M., Lane C. Radon-daughter ions and their relation to some electrical prop-erties of the atmosphere // Tellus. 1966. V. 18, Iss. 2–3. P.679–684. https://doi.org/10.3402/tellusa.v18i2-3.9199
Woith H. Radon earthquake precursor: a short review // Eur. Phys. J. Spec. Top. 2015. V. 224, N 4. P.611–627. https://doi.org/10.1140/epjst/e2015-02395-9
Zhang K., Feichter J., Kazil J., Wan H., Zhuo W., Griffiths A.D., Sartorius H., Zahorowski W., Ra-monet M., Schmidt M., Yver C., Neubert R.E.M., Brunke E.G. Radon activity in the lower tropo-sphere and its impact on ionization rate: a global estimate using different radon emissions // At-mos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 1. P.7817–7838. http://dx.doi.org/10.5194/acpd-11-3251-2011
