等離子防雷技術(shù)

     一 功能:
     保護(hù)地面、水面或空中物體不受直接雷擊，從而使物體內(nèi)部的現(xiàn)代化設(shè)備不遭直接雷害。
     二 技術(shù)途徑:
     1、雷擊是空氣中的電擊穿，電場強(qiáng)度是空氣能否擊穿的主要或唯一量度。因此雷擊危險(xiǎn)性大小用電場強(qiáng)度的數(shù)值來表征。起始于地面物體的上行先導(dǎo)或下行先導(dǎo)到達(dá)雷擊高度后地面物體的上迎先導(dǎo)都是起始于那些電場強(qiáng)度最強(qiáng)，首先達(dá)到擊穿空氣的數(shù)值的物體表面。導(dǎo)體表面電場強(qiáng)度正比于導(dǎo)體表面的面電荷密度，因此表面電荷密度也就能表征雷擊危險(xiǎn)性的大小。使導(dǎo)體表面電荷消失就使遭雷擊的危險(xiǎn)性降至零，從而可以成為一種避雷的新思路。
     等離子避雷功能第一是基于等離子體中正負(fù)帶電粒子在雷云電荷或先導(dǎo)電荷產(chǎn)生的脈沖電場作用下的極化遷移，把被保護(hù)物表面的感應(yīng)電荷及時(shí)地散布到空氣中，而在空氣中的電荷具有均勻化的趨勢，使得被等離子體覆蓋的表面附近電場強(qiáng)度和電流密度達(dá)不到擊穿空氣的數(shù)值，從而使被覆蓋表面的免遭雷擊。
     2、等離子避雷功能第二是基于極化產(chǎn)生的同號(hào)電荷能夠?qū)ο幢坏入x子體覆蓋表面上的感應(yīng)電荷，因此使得未被覆蓋表面附近的電場強(qiáng)度消失或減弱，從而使未被等離子體覆蓋表面免遭雷擊。
     這兩個(gè)作用使得被等離子體氣層覆蓋表面和未被覆蓋但與等離子體極化電荷相連的表面都不會(huì)出現(xiàn)高電場強(qiáng)度，從而都避免了遭雷擊的可能。
     三 用途:
     由于傳統(tǒng)避雷針不能保護(hù)室內(nèi)現(xiàn)代化儀器設(shè)備. 越來越普及的電腦、家電、信息、智能化設(shè)施等現(xiàn)代化儀器設(shè)備受雷害日趨嚴(yán)重。本項(xiàng)技術(shù)是現(xiàn)代化時(shí)代以來出現(xiàn)的新一代避雷技術(shù)，能保護(hù)樓房免遭雷擊。而傳統(tǒng)避雷針實(shí)是引雷裝置，更增大了室內(nèi)設(shè)備受雷害的概率。
     本技術(shù)不靠接地。 在無法接地的場合，如行進(jìn)中的戰(zhàn)車：通訊車、雷達(dá)車、炮、導(dǎo)彈車、指揮車等本項(xiàng)技術(shù)是其防避雷的唯一手段。
     警戒雷達(dá)、氣象雷達(dá)、機(jī)場雷達(dá)等一般地處高山巖石頂，接地困難，本項(xiàng)技術(shù)幾乎也是其防避雷的唯一手段。
     另外，飛機(jī)、導(dǎo)彈等空中物體也無從接地，本項(xiàng)技術(shù)也是其防避雷的唯一手段。
     本系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：
     1、全過程監(jiān)控
     監(jiān)測、控制雷擊危險(xiǎn)性產(chǎn)生、嚴(yán)重化和消退的全過程。
     全自動(dòng)化
     監(jiān)測、預(yù)警和防避可由微機(jī)作全自動(dòng)操作。
     2、直觀性
     中心控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)屏幕上，能形象地顯示出雷擊危險(xiǎn)性大小，預(yù)警區(qū)域及防避的效果。
     3、主動(dòng)性
     當(dāng)雷擊危險(xiǎn)性超過一定程度時(shí)，啟動(dòng)防避功能，主動(dòng)地產(chǎn)生防護(hù)功能，使被保護(hù)對象遭雷擊的危險(xiǎn)性降低至安全程度之內(nèi)。
     4、無避雷針的付作用。
     很明顯，避雷針法沒有監(jiān)測和預(yù)警的功能。其防避功能也是被動(dòng)的，而且不完全。尤其是，現(xiàn)代高科技微電子設(shè)備的廣泛采用，高層建筑的普遍出現(xiàn)，這種避雷裝置，有時(shí)簡直成為弊多于利，或者如有些人所說，用錢買危險(xiǎn)。主要的付作用有：
     （1）雷擊概率增大 （2）反擊的危害 （3）接觸電壓和跨步電壓問題：（4）電磁感應(yīng)問題
     在強(qiáng)大的雷電流沿避雷針向下流入地中的過程中，會(huì)在周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場，它會(huì)使微波通信、計(jì)算機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)。強(qiáng)大的電磁場，可以使金屬開口環(huán)或打包用鐵箍的接觸不良處發(fā)生放電，從而引然引爆易燃易爆物。更常見的則是引起微電子設(shè)備（通信設(shè)備，計(jì)算機(jī)設(shè)備等）的失靈與損壞。
     （5）保護(hù)范圍小。
     四 理論依據(jù):
     等離子體內(nèi)不允許存在高電場及高電流的特點(diǎn)，保證了復(fù)蓋著等離子氣層的表面不會(huì)具有擊穿空氣的強(qiáng)電場，或強(qiáng)電流，也就不會(huì)遭雷擊；
     電荷疊加原理保證了用電流中和感應(yīng)電荷的可行性，無感應(yīng)電荷就不會(huì)遭雷擊。
     五 工程依據(jù):
     在軌運(yùn)行的衛(wèi)星往往會(huì)帶上比周圍環(huán)境高出上萬伏的電位，所以會(huì)使衛(wèi)星表面與空間電荷云之間產(chǎn)生靜電脈沖，甚至電擊穿放電。避免產(chǎn)生這種高電壓放電脈沖或電擊穿脈沖的工程措施就是在衛(wèi)星表面產(chǎn)生一層高導(dǎo)電率氣層。這一措施自60年代開始就已實(shí)施，取得了成功。衛(wèi)星上的這種靜電擊穿與地面上的雷擊，性質(zhì)完全相同。衛(wèi)星上高導(dǎo)電率氣層避免靜電擊穿的成功，可以作為大氣等離子體避雷的工程依據(jù)。
     在實(shí)驗(yàn)室里，為證明主動(dòng)避雷原理的正確性，我們在40萬伏的雷擊脈沖高壓下做了模型試驗(yàn)。在上下兩塊水平放置的平面金屬板上加上雷電脈沖高電壓，在下面接地板上放置兩個(gè)完全一樣的被保護(hù)物模型，其中只有一個(gè)模型覆蓋上高導(dǎo)電率氣層。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看到，高導(dǎo)電率氣層覆蓋的模型有95%的概率不被電擊。這個(gè)結(jié)果證明了等離子避雷原理的正確性。
     某些自然現(xiàn)象可以作為大氣等離子體避雷的工程依據(jù)。一是尖端放電的間歇性。在電場強(qiáng)度大于擊穿大氣的閥值時(shí)，導(dǎo)體的尖端就會(huì)放電，但這一放電不是連續(xù)不斷，而是間歇的脈沖串。其原因是，尖端放電使中性空氣雪崩型電離。所產(chǎn)生的正負(fù)帶電粒子在電場中分離，與尖端帶相反極性的帶電粒子向尖端運(yùn)動(dòng)并進(jìn)入尖端而消失，在尖端附近留下相同極性的帶電粒子，這些相同極性的帶電粒子抵消（屏蔽）了尖端電場，使空氣的電離中斷。只有當(dāng)同極性的空間帶電粒子被趕到較遠(yuǎn)的地方并分散開來，使屏蔽作用減弱，尖端電場才能再次產(chǎn)生電離。這一自然現(xiàn)象中的屏蔽作用（抵消作用），正是“等離子避雷”的原理，即高濃度大氣等離子體把雷電在被保護(hù)對象表面所產(chǎn)生的強(qiáng)電場屏蔽掉，使這些強(qiáng)電場區(qū)不再能產(chǎn)生擊穿空氣的電離。從而阻止了上行先導(dǎo)，或向下行先導(dǎo)的上迎，也就避免了遭雷擊。工程依據(jù)之二是避雷針尖端曲率半徑存在臨界值。工程依據(jù)之三是氣球長導(dǎo)線引雷的失敗。工程依據(jù)之四是云中起電必須具有大范圍強(qiáng)電場區(qū)的要求。等等。