На фото: Различные формы коронного разряда. Фото: Commons.wikimedia.org. Ученые из США обнаружили, что во время грозы коронные разряды на заземленных объектах создают огромное количество гидроксил- и гидропероксил – радикалов, а также озона. Образующиеся таким образом гидроксил-радикалы могут оказывать положительное влияние климат, нейтрализуя парниковый метан, и негативное — на линии электропередач, разрушая их полимерные изоляторы. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences. Гидроксил-радикалы (HO•) — один из основных окислителей в атмосфере. Несмотря на высокую реакционную способность в воздухе, период их полураспада достигает десятков миллисекунд, поэтому эти частицы играют важную роль в окислительных процессах атмосферы (в частности они нейтрализуют парниковые газы). Поэтому важно понимать, при каких условиях и в каких количествах они образуются.
Недавно ученые обнаружили, что большое количество гидроксил- и гидропероксил-радикалов (HOO•) возникает в атмосфере из-за молний и других более слабых электрических разрядов. Еще одним потенциальным источником радикалов могут быть коронные разряды, возникающие во время грозы, однако оценку количества радикалов в этом случае никто не проводил.
Чтобы определить концентрации гидроксил- и гидропероксил-радикалов, возникающих из-за коронных разрядов на заземленных проводниках, группа ученых под руководством Уильяма Брюна (William H. Brune) из Университета штата Пенсильвания проанализировала данные, полученные в ходе атмосферных наблюдений.
Также ученые экспериментально оценили, как эти частицы влияют на окисление материалов вблизи короны. Для анализа физики использовали данные, полученные тропосферным датчиком оксидов водорода в Хьюстоне с августа по сентябрь 2006 года и в апреле 2009 года. Во время гроз ученые наблюдали резкое увеличение сигнала, которое в 2–3 раза превышало типичные дневные пиковые значения. Концентрации обоих радикалов составили от 2,3 × 109 до 4,6 × 1010 частиц — даже больше, чем в грозовых облаках.
Слева — коронный разряд на входе датчика оксидов водорода, созданный в лабораторном эксперименте. Справа — тот же заземленный тропосферный датчик оксидов водорода во время атмосферных измерений. Brune et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2022
Сначала, чтобы доказать, что причиной избытка радикалов на датчике был именно грозовой коронный разряд, ученые сгенерировали такой же разряд искусственно. Концентрация радикалов, которую измерил датчик, соответствовала атмосферными измерениями и оказалась пропорциональна напряженности электрического поля. А концентрация образовавшегося при этом озона в 24–32 раза превышала концентрацию каждого радикала — такое же соотношение концентраций физики несколько лет назад наблюдали в грозовых облаках.
Для коронного разряда на заземленных громоотводах количество радикалов сопоставимо с результатами для датчика, при этом вызвать коронный заряд на них легче, чем на сенсоре. Поэтому физики предположили, что заземленные металлические предметы на зданиях также увеличивают концентрацию гидроксил- и гидропероксил-радикалов во время грозы.
Во второй части работы физики количественно оценили влияние индуцируемых коронными разрядами радикалов на окружающие проводники и громоотводы в США. Они посчитали, что за год в южных и центральных городах США происходит около 50 гроз. А суммарное время существования коронных разрядов составляет один час в год. Тогда уровень окисления гидроксил-радикалами воздуха в радиусе 10 сантиметров от громоотводов в 10 раз превышает норму. По оценкам ученых, концентрация радикалов, с учетом их переноса по ветру, на расстояниях до 10 метров от ЛЭП может увеличиться в 10–100 раз.
Также авторы работы выяснили, что окисление OH-радикалами вызывает разрушение углеводородных связей в полимерах, используемых для изоляторов ЛЭП. Влияние OH-радикалов оказывается более пагубным, чем озона, из-за их высокой реакционной способности. Раньше основной причиной деградации полимеров при коронном разряде считалось воздействие ультрафиолетового излучения от потока частиц высокой плотности.
Ученые заключили, что большое количество гидроксил-радикалов, которые образуются из-за коронных разрядов на заземленных металлических поверхностях во время гроз, может быть одной из ключевых причин деградации изоляторов ЛЭП. В то же время гидроксил-радикалы нейтрализуют парниковые газы, и они могут оказывать положительный климатический эффект. Следующей стадией работы, по словам ученых, может стать улучшение численных оценок: учет коронных разрядов на городских заостренных металлических конструкциях, а не только громоотводах, добавление поправки на ветер и расчет количества OH-радикалов в молниях.
Гидроксил-радикалы могут возникать не только из-за коронных разрядов, но даже из-за озонирования воздуха вокруг кожи человека. А еще ученые нашли способ, как уберечь металл от окисления гидроксильной группой.
Автор: Илья Бения
Источник: https://nplus1.ru/
