同位素避雷针

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　　雷电是怎样产生的，避雷针又是怎样避雷的呢？ 　　大气由于宇宙射线或其它电离现象的作用，会产生正负离子。正负离子能自由运动，这就使空气能导电。当大气各处电位不同时，负离子向正电区运动，正离子向负电区运动，进行正负电荷中和，达到电的平衡。 　　但是，在云层里，情况就不太一样。云是由许多微小的水滴组成的，离子吸附在水滴上，成为球电荷。由于水滴的质量大，行动笨拙；即使是直径只有几个微米的水滴，也是气体离子的一个沉重包袱。所以云里的电荷移动缓慢，不易达到电平衡。在大气电场影响下，正负电荷在云的上下层分别积累。常常是正电荷聚集在云的上层，负电荷聚集在云的下层。 　　当带电的云离地面较近时，云和地形成一个巨大的电容器。云和地各是电容器的一个极，云和地之间的大气就是电介质。雷雨时，两极之间的电压差别很大，能达每米几万伏。 　　当电场强度超过空气的介电强度时，就会把空气击穿，进行放电。放电时，带电粒子撞击空气分子，使空气分子电离。在云和地之间形成一条由电子、离子组成的电的通路。云中的电荷就沿着这条通路入地，这就是我们看到的发自云中而窜入地下的闪电。由于瞬时电流可达几万甚至几十万安培，闪电周围空气的温度达几万度，由于气体的受热，附近气压突然升高到几十以至几百个大气压，巨大的气压向四周爆发时，发出吓人的响声，像爆炸一样，这就是雷鸣。 　　被闪电击中的地方，瞬时能量极大，会使所触及的树木房舍炸裂起火，就像命中一枚炸弹一般。 　　捷径人人爱走，电也是这样，要走电阻最小的通路。避雷针就是竖立在建筑物最高处的一根与地相通的金属杆。杆的上端是尖的，尖端容易放电，形成电阻小的通路。云中的电荷可经避雷针入地，建筑物即可免受雷击。 　　这种避雷方法是富兰克林发明的，所以叫富兰克林避雷针。这种避雷针的保护范围有似一把没有撑足的伞，它的保护半径只有避雷针安装高度的1-1.5倍。因此，当建筑物很大时，就要在上面装许多支避雷针。特别是平顶的大建筑群，避雷针排列成行，宛如针林一般。 　　如何提高避雷针的效能，早在1914年，匈牙利物理学家爱尔·齐拉特已发现利用放射性物质能使空气电离的原理可以增强避雷效能。近年来随着同位素技术应用日益普及，许多先进国家，研制出了放射性同位素避雷针。 　　在欧州雷电最频繁的意大利和西班牙半岛上，许多易受雷电影响的建筑，如无线电发射台、变电站、燃料油或天然气贮存库、军工厂、核工厂都装置了这种新型的避雷针。对一些有保存价值的古代遗迹，如雅典的卫城、西班牙的参坦达纪念碑，也采用了这种新型的避雷针。 　　我国广州的石油化工厂、南京的栖霞山化工厂、四川的维尼伦厂等也采用了放射性同位素避雷针。北京的长城饭店也已采用。 　　放射性同位素避雷针的避雷原理与富兰克林避雷针的原理是一样的。所不同的是前者依靠放射性同位素发射的射线使避雷针附近的空气大量地电离，主动地打开一条与云中电荷相通的电的通路；而富兰克林避雷针的尖端只能产生少量的离子。放射性同位素避雷针所产生的电离电流要比富兰克林避雷针高10000倍以上，再加上加速装置的作用还可以提高很多。它能及早放电，使保护区内无闪电产生。还可降低保护区外的电位。保护范围也大得多。 　　用作避雷针上的放射源大多是镅-241放射源，它放射α射线，有很强的电离能力，一个α粒子在空气中前进一厘米的路程能产生4万对离子。一毫居里的镅-241每分钟所放出的α粒子每前进一厘米能产生90万亿对离子。这么多离子在空气中移动，足以造成一条电的通路，把云层中的电荷引下来。 　　镅-241的α粒子在空气中的平均射程不过4厘米。镅-241的半衰期（放射性强度降低一半所需要的时间）达433年，一次装上后，使用一、二百年是没有问题的。 　　放射性同位素避雷针的类型很多，结构大体相同。是由下列各部分组成的：一根尖顶的金属杆；一个与杆绝缘的金属锥体，锥体上装有放射源；锥体四周下垂三根飘带状的大气电势接触天线；一个与杆连接的金属环。环与锥体组成激励器。 　　中央的金属杆是接地的，它处于零电位。大气电势接触天线处于大气之中，它与周围大气同电位。因它与激励器锥体相连，所以锥体上的电位就是围周大气的电位。金属环与芯杆相连，所以也是零电位。 　　一般情况下，云层底下的大气带负电，因此，激励器锥体上也带负电。在锥体附近的空气被射线电离，产生大量的正负离子。负离子受到电位比它高的金属环的吸引，就像电子管里的加速栅极的作用一样，加速向上运动。一小部分负离子被金属环吸收，大部分离子越过金属环冲向大气，与大气分子碰撞，又产生新的离子。新的离子又撞击附近气体，又产生新的离子。如此不断反复，像滚雪球一样，产生愈来愈多的离子。电离产生的正离子，在大气电场的作用下，加速进入大气，同样像滚雪球那样引起连续的电离作用。在云和避雷针之间形成一条由离子组成的导电的离子柱。云中电荷可顺此捷径入地。 　　放射性同位素避雷针由于及早造成电的通路，在空气中电场强度较低的情况下，就开始引雷入地，不像富兰克林避雷针要等电场相当强时才能起作用。它的保护范围比同样高度的富兰克林避雷针大几倍到几十倍。 　　所使用的放射性物质是严格密封起来的，其发射的射线作用距离很短，对建筑物下面的人没有丝毫危害，是绝对安全的。 　　核技术向社会生活多层次全方位的渗透，有着极为丰富的内涵及外延。可以毫不夸张地说，现代核技术与电子技术及材料技术一样，随着现代建设的飞速发展，核技术将成为人类生活不可分割的一部分