(57)【要約】システム（１０）および方法が、シード雲（２１０）内のシード粒子（２００）と、完全に中和、検出、または分解させられる標的粒子との間の相互作用を増加させるために提供される。これは、高所のシード粒子の放出によって形成されるシード雲が、大きく帯電され、次に、このことが、シード雲と地面との間に強い電界を生成するように、シード粒子に電荷を印加することによって達成される。比較的強い電界が、シード粒子と標的粒子との間の相互作用（衝突）を増加させるために充分な速度で下方向（地面）に向かってシード粒子を動かす。
2010512982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シード雲のシード粒子と標的粒子との間の相互作用を増加させる方法であって、
該シード粒子に電荷を印加することにより、地面よりも高い高度において該シード粒子の放出によって形成された該シード雲が、大きく帯電され、つぎに、このことが、該シード雲と該地面との間に強い電界を生成すること
を包含する、方法。
【請求項２】
印加することは、地球によってもたらされる好天時の電界よりも実質的に大きい強度を有する電界を生成するために充分な強度で前記電荷を印加することを包含し、
前記シード雲によって生成された電界は、前記シード粒子と前記標的粒子との間の相互作用を増加させるために充分な速度で該シード雲の該シード粒子を下方向に動かす、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
印加することは、前記標的粒子が、前記シード粒子に引き寄せられるように、前記帯電シード雲によって生成された前記電界に、該標的粒子の双極子電荷分布を誘発させるために充分な強度で前記電荷を印加することを包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記帯電シード粒子を航空機から放出して、前記帯電シード粒子雲を形成することをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記航空機の電荷的中性を維持するために、前記シード粒子の前記電荷に対して逆に帯電された粒子を該航空機から放出することをさらに包含し、そして、該逆に帯電された粒子は、該シード粒子よりも重いので、該逆に帯電された粒子は、地面に落ち、かつ、前記シード雲と相互作用しない、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
標的粒子と相互作用するように意図されたシード粒子を配備する方法であって、
該シード粒子に電荷を印加し、そして、該シード粒子によって形成されたシード雲が、該シード雲と地面との間に電界を生成するように、該地面よりも高い高度で航空機から該シード粒子を放出することであって、該電界は、地球によって生成される電界よりも実質的に強い、ことと、
該航空機の電荷的中性を維持するために、該シード粒子の該電荷に対して逆に帯電された粒子を該航空機から放出することであって、逆に帯電された粒子は、該シード粒子よりも重いので、該逆に帯電された粒子は、地面に落ち、かつ、該シード雲と相互作用しない、ことと
を包含する、方法。
【請求項７】
前記印加することは、前記標的粒子が、前記シード粒子に引き寄せられるように、前記帯電シード雲によって生成された前記電界に、該標的粒子の双極子電荷分布を誘発させるために充分な強度で前記電荷を印加することを包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記印加することは、前記シード粒子に電荷を印加することにより、前記シード雲によって生成された前記電界が、該シード雲の該シード粒子を、該シード粒子と前記標的粒子との間の相互作用を増加させるために充分な速度で下方向に動かすことを包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
航空機からシード雲を配備するためのシステムであって、
ａ．標的粒子との所望の相互作用を達成するように適合された複数の第１の粒子を含む第１の容器と、
ｂ．該複数の第１の粒子に電荷を印加するように構成された電源と、
ｃ．地球よりも高い高度で帯電シード雲を形成し、それにより、該帯電シード雲と地面との間に強い電界を形成することにより、該第１の粒子と該標的粒子との間の該所望の相互作用を向上させるように、該第１の粒子を空気中に放出するために、該第１の容器に結合され、かつ、該航空機から延びている第１のチューブと
を備えている、システム。
【請求項１０】
前記航空機における第２の容器であって、該第２の容器は、複数の第２の粒子を含み、該複数の第２の粒子は、前記第１の粒子よりも重い、第２の容器と、
第２の細長いチューブであって、該第２の細長いチューブは、該航空機から延び、そして、該第２の容器と結合されているので、該航空機から該第２の粒子を放出し、該第２の粒子は、該航空機の電荷的中性を維持するために前記シード粒子の前記電荷に対して逆に帯電されている、第２の細長いチューブと
をさらに備えている、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数の第２の粒子が放出される前記第２のチューブの遠位端が、前記逆に帯電された第２の粒子が地面に落ちるときに、該逆に帯電された第２の粒子が前記シード雲と相互作用しないように、前記航空機から一定の距離だけ間隔をあけられている、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記電源は、前記標的粒子が、前記第１の粒子に引き寄せられるように、前記帯電シード雲によって生成された前記電界に、該標的粒子の双極子電荷分布を誘発させるために充分な強度で該第１の粒子に前記電荷を印加する、請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
生物学的起源の浮遊している因子、例えば、炭疽菌を検出し、そして、中和または分解するシーダント微粒子（ｓｅｅｄａｎｔ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ）の雲の生成を研究する取り組みがある。この技術の有効性は、シーダント微粒子と標的粒子との衝突の数によって限定される。
【背景技術】
【０００２】
大気中の粒子間の衝突の可能性は、非常に低いので、かなり多くのシード粒子が必要とされ得、かかる概念を実施不可能にしている。生物学的タイプの標的粒子は、ブラウン運動にとってあまりにも大きいので、生物学的タイプの標的粒子を効率的に拡散させず、それにもかかわらず、大気中に見出される乱流に起因する他の粒子との慣性衝撃が定期的に生じるサイズよりも小さい。したがって、シード粒子と標的粒子とは、互いにほとんど接触しない。この問題を克服する技術が、必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
要するに、シード雲（ｓｅｅｄ  ｃｌｏｕｄ）内のシード粒子と、完全に中和、検出、または分解させられる標的粒子との間の相互作用を増加させるための方法が提供される。これは、高所のシード粒子の放出によって形成されるシード雲が、大きく帯電され、次に、このことが、シード雲と地面との間に強い電界を生成するように、シード粒子に電荷を印加することによって達成される。比較的強い電界が、シード粒子と標的粒子との間の相互作用を増加させるために充分な速度で下方向に（地面に向かって）シード粒子を動かす。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】図１は、本発明の実施形態に従った、粒子の相互作用を増加させる目的のための帯電シード雲を拡散させるシステムおよび方法を描いている概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に従ったシステムおよび方法の結果として帯電したシード粒子と標的粒子との間の相互作用を例示している分解図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に従ったシステムのコンポーネントを例示しているブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に従った、帯電粒子雲を配備するために、システムにおいて使用されるノズルの断面図を例示している。
【図５】図５は、本発明の実施形態に従った帯電シード雲の下方向の移動を生成するために帯電シード粒子を配備するシステムを描いている概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に従った、図５に描かれたシステムのコンポーネントを例示しているブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に従った、方法を描いている流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本発明は、電荷を各シード粒子に有するシード粒子雲を拡散させ、それにより、電荷の放出によって形成される雲が、大きく帯電され、次に、このことが、雲と地面との間に強い電界を生成するシステムおよび方法に関する。強い電界は、多数の標的粒子を捕らえるために充分な速度で下方向にシード雲の底部の粒子を移動させる。さらに、シード粒子の強い電荷が、標的粒子をシード粒子に引き寄せ、各シード粒子によって一掃される空間の有効量をさらに増加させる。したがって、帯電シード雲をこのように拡散させることによって、標的粒子との相互作用の数が、非常に増加または向上される。
【０００６】
最初に、図１を参照すると、本発明の実施形態に従ったシステムが、記述されている。概略的に参照番号１０で示されたシステムは、第１のチューブ１１０と第２のチューブ１２０とを備えた航空機１００を備えている。航空機１００は、（有人または無人の）飛行機、ミサイル、グライダー、ヘリコプターなどであり得る。第１のチューブ１１０と第２のチューブ１２０とが、航空機１００から延ばされ、第１のチューブ１１０の遠位端１１２が、第２のチューブ１２０の遠位端１２２よりも高い高度にある。第１のチューブ１１０は、第１の極性（例えば、正「＋」の電荷）でシード粒子２００を放出することにより、正に帯電したシード雲２１０を形成する。例えば、１０ｋｇなどの比較的少ない量のシード粒子２００が、２００ｍ×５００ｍを超える有効カバレッジ領域、可能であれば、それよりも広い有効カバレッジ領域を生成し得る。さらに集中した帯電粒子を用いたシード粒子の凝集および移動が、標的粒子を担持することによって空気から標的粒子を完全に除去するために使用され得る。図１に示されているように、帯電シード粒子２００は、適切な高度で第１の細長いチューブ１１０から放出されることにより、識別、排除または中和される標的粒子４００を含む空気量を超える帯電粒子の雲を形成する。用語「相互作用」は、シード粒子が標的粒子に対して有する所望の衝撃または影響を表し、そして、限定するのもではないが、遠隔感知を介した標的粒子の識別と、標的粒子を（化学的または生物学的に）有害でなくならせることによって標的粒子を中和することと、標的粒子が元々の形態で存在しないように、標的粒子と反応させることによって標的粒子を排除することと、標的粒子を地面に押しやり、そこで、標的粒子が、さらに、封じ込められ得、追跡され得、除去され得、および／または識別のために研究／分析され得ることとを含むことを意味する。
【０００７】
航空機１００の全体的な電荷的中性を維持するために、第２のチューブ１２０が、（シード粒子２００よりも重い）「重い」粒子２２０を、帯電シード粒子２００の極性とは反対の極性（例えば、負「−」の電荷）で放出することにより、帯電粒子雲２３０を形成する。重い粒子２２０は、参照番号２４０で示された地面に向かって離れ落ちる。例えば、重い粒子２２０は、約２０μｍのサイズを有する鉄（Ｆｅ）粒子であり、そして、約毎秒５０ｃｍの速度で地面に落ちる。各シード粒子２００に充分な電荷を確保するために、航空機と、重い粒子２２０を放出するチューブ１２０の遠位端１２２との間の距離の離れは、航空機付近の電界強度を減少させるために約５０ｍ以上であり得る。重い粒子２２０は、充分な質量を有するので、重い粒子２２０は、航空機１００から離れ落ち、帯電シード雲２１０と相互作用しない。ここでもやはり、重い粒子２２０の放出は、帯電シード粒子２００の放出の結果として、航空機１００の全体的なあらゆる電荷の不均衡な衝撃を相殺することを必要とされ、相殺しなければ、航空機１００に蓄積された電荷が、さらなる帯電シード粒子２１０の放出を制限する。簡潔にするために、シード粒子２００は、本明細書において、「第１」の粒子とも呼ばれ、そして、重い粒子２２０は、本明細書において、「第２」粒子とも呼ばれる。
【０００８】
帯電シード雲２１０の配備は、帯電シード雲２１０と、参照番号２４０で示されたような（概して負の電荷を有する）地面との間に強い電界Ｅを生成する。強い電界は、シード雲２１０の底部におけるシード粒子２００を多数の標的粒子を捕らえるために充分な速度で下方向に移動させる。さらに、シード粒子２１０の強い電荷が、標的粒子をシード粒子２１０に引き寄せ、各シード粒子によって一掃される空間の有効量をさらに増加させる。したがって、帯電シード雲２１０は、シード粒子と標的粒子との間の相互作用の数を大きく増加させる。シード粒子と標的粒子との間の相互作用は、参照番号３００で示されたようなものであり、そして、図２に関連して以下でさらに詳細に記述される。
【０００９】
使用されるシード粒子のタイプは、シード粒子が、標的粒子を中和するために標的粒子と相互作用するか、任意の様々な検出技術を使用して標的粒子を検出可能にするか、さらにより速く地面に粒子を落とさせる（または落とすように担持する）かに依存する。標的粒子は、検出される、中和される、および／または（浮遊している粒子の場合には）地面にも運ばれるあらゆるタイプの汚染物質であり得る。例えば、限定ではなく、標的粒子は、炭疽菌などの生物災害因子であり得る。
【００１０】
使用される特定の空中のプラットフォームに関わらず、帯電シード粒子２００の拡散雲２１０は、自身の電界Ｅを生成する。帯電雲２１０は、帯電雲２１０の下の地球の反対の符号の電荷を引き込み、雲から地面２４０に電界を作成する。雲２１０の底部のシード粒子２００は、完全な電界効果を受けるが、電界の強度は、雲の上部に向かって減少する。大気拡散は、雲を拡散する傾向があり得、地面２４０に向かってシード粒子２００を混合する。重い粒子２２０が、地面に落ちると、重い粒子２２０の電荷は、草木に飛び、そして、次に、地球自体に飛び得、ここで、重い粒子２２０は、風と共に飛ぶと、帯電シード雲２１０の下を移動する。同様の効果が、雷雨の下で生じる。
【００１１】
一例において、１つのシード粒子２００当たりの電荷の量は、約１００個の電子である。しかしながら、電荷の強度は、性能を改善するために増やされる可能性があり得る。概して、１つのシード粒子当たりの電荷の数は、空気の絶縁破壊が各粒子の周りで生じ、シード粒子の近くの背景のエアロゾルに対する電荷の一部の損失をもたらすレベルよりも下でとどまるべきである。さらに、雲２１０と航空機１００との間の電界は、各シード粒子２００に配置され得る多くの電荷を妨げ得る。シード粒子のサイズの変化と選択とがまた、特定の用途に対する性能の改善をもたらし得る。
【００１２】
シード雲の水平方向のサイズが地面までの距離よりもかなり大きいということを想定することによって、エッジ効果は、帯電シード雲２１０の下の電界強度を計算するときに、無視され得る。ガウスの法則によると、帯電シード雲２１０の下で約２０，０００ボルト／ｍの電界強度が、２００ｍ×５００ｍにわたって広がった１０ｋｇのシード粒子２００の放出によって生成され、１つの粒子当たりの電荷が１つの粒子当たり１００個の電子である。地球の好天時の電界強度が、ほんの約１００ボルト／ｍであるので、帯電シード雲２１０の電界は、地球によってもたらされる電界よりも実質的に大きい（したがって、地球によってもたらされる電界を容易に克服する）。しかしながら、シード粒子２００の電荷の符号は、帯電シード雲２１０の電界が、地球の電界に付加するように選択され得る。
【００１３】
２０，０００ボルト／ｍの電界において、１００個の電子の電荷を有する１ミクロンのシード粒子が、約８分間で約１００ｃｍ下方向に（地球に向かった落下速度で）移動する。概して、大気の乱流は、一部のシード雲を標的粒子に非常に素早く混合し、そして、標的粒子をシード雲に混合する。例えば、この電荷強度の２０ｋｇの１μｍのシード粒子が、雲２１０と地面２４０との間に、約４５，０００ボルト／ｍの強度を有する電界を生成する。帯電シード粒子の落下速度は、この例においては０．５ｃｍ／秒である。この落下速度の増加が、シード粒子と標的粒子との間の衝突率（したがって相互作用）を向上させる。大気の乱流は、地面に向かってシード雲の一部を拡散させ、そして、標的粒子を上方向に向かってシード雲に混合する。これがまた、シード粒子と相互作用（凝集）し得る標的粒子の割合を増加させる。
【００１４】
図２を参照すると、帯電シード粒子２００と標的粒子４００との間の相互作用を増加させる別のメカニズムが、存在する。シード粒子の強い電荷に起因して、標的粒子とシード粒子とは、互いに引き寄せられ、そして、引き込まれる。なぜならば、帯電シード雲２１０（図１）によって生成される電界が、図２に示されたように、標的粒子４００における双極子電荷分布を誘発する。標的粒子４００に課せられた双極子電荷分布の負の電荷は、シード粒子２００の正の電荷に引き寄せられる。結果として、各シード粒子は、参照番号３１０で示された、標的粒子の「チューブ」を一掃し、該チューブは、シード粒子と標的粒子との形状に依存して、直径が５ミクロンほどの大きさである。理想的な条件の下で、雲の下の１０％ほどの標的粒子が、上の例において記述された、落下速度の増加と、電荷の相互作用との結果として捕らえられる。各粒子が、２５平方ミクロン（０．０００５ｃｍ×０．０００５ｃｍ）を一掃するということを想定することによって、１．Ｅ＋１６個より多くの粒子を含む１０ｋｇのシード粒子が、この例における雲の領域よりも５倍大きい水平方向の有効カバレッジ領域を生成する。
【００１５】
図３を参照すると、システム１０のコンポーネントが、本発明の一実施形態に従って記述される。簡潔さの目的のために、航空機１００は、図３において、箱で示されている。システム１０は、上で言及された、第１の細長いチューブ１１０と第２の細長いチューブ１２０とを備えている。シード粒子を含む加圧容器２０と、重い粒子を含む加圧容器３０とが存在する。容器２０は、第１の細長いチューブ１１０に結合され、そして、容器３０は、第２の細長いチューブ１２０に結合されている。第１のチューブ１１０の長さを遠位端１１２まで移動するコンダクタに接続された正の端子と、第２のチューブ１２０の長さを遠位１２２まで移動するコンダクタに接続された負の端子とを有する電源４０が存在する。
【００１６】
ここで、図４に参照が行われ、図４は、第１の細長いチューブ１１０の遠位端１１２の詳細を示す。第２の細長いチューブ１２０の遠位端１２２が、同様な構造を有するということが理解されるべきである。第１のチューブ１１０の長さを遠位端１１２まで移動する導電体１１４が存在する。導電体またはワイヤ１１４は、（図４に示されているように）チューブ１１０の内部、またはチューブ１１０の外部に位置決めされ、そして、適切な絶縁材料（図示せず）の内側に含まれ得る。ピンまたは針の形状の導電部材１１６が存在し、該ピンまたは針の形状の導電部材１１６は、遠位端１１２の一部分に沿って、かつ、遠位端１１２の外側を延びている。導電部材１１６は、導電体１１４に電気接続されている。電源によって供給される高電圧に接続されたとき（図３）に、部材１１６は、シード粒子２００を帯電させ、該シード粒子２００は、チューブ１１０を通過し、そして、ノズル形状の遠位端１１２から出て行く。図４に示された動作原理は、従来の静電気式空気清浄器の動作原理と同様である。導電部材１１６の先端は、遠位端１１２の内側、またはチューブ１１０自体の中にあり得、導電部材１１６の先端は、ノズル形状の遠位端１１２の外側に延びる必要はないということが理解されるべきである。
【００１７】
図５および図６は、システム１０に対する電源が、細長いチューブ１２０の長さに沿った一連の「孤立した」バッテリ動作の電源５０の形態である別の実施形態を例示する。一連のバッテリ動作の電源５０の正の端子は、ワイヤ５２を経由してコンダクタ１１４に接続され、該コンダクタ１１４は、細長いチューブ１１０の長さを移動し、それにより導電部材１１６の針部材に正の電荷を供給することにより、シード粒子に正の電荷をかける。一連の電源５０の負の端子は、コンダクタ５４を経由して遠位端１２２の針部材に接続されることにより、重い粒子に負の電荷をかける。例えば、各電源５０は、約１００，０００ボルトを生成する。それぞれが１００個の電子を有する１０ｋｇの１μｍの粒子を帯電させるために必要とされる全エネルギーは、約６．Ｅ＋５Ｊであり、該約６．Ｅ＋５Ｊのエネルギーは、概ね、細長いチューブ１２０に沿って分散配置されている４０個のリチウムＡＡバッテリに保持されているエネルギーである。
【００１８】
これらの技術が使用され得る用途の例は、（限定することなく）下記を含む。
１．浮遊している生物学的因子または化学的因子の粒子（雲／プルーム）の検出
２．浮遊している生物学的因子または化学的因子の粒子の中和
３．浮遊している生物学的因子または化学的因子の粒子の除去または取り除き
４．（商業上の汚染物質、例えば、大気汚染物質、産業性汚染物質などの）他の特定の汚染物質の除去または取り除き
５．表面および草木に存在する生物学的因子または化学的因子の残留物の検出の向上
シード粒子に印加される電荷は、用途および所望の最終結果に合わせられ得る。例えば、検出の用途に対しては、シード粒子は、標的粒子からのシード粒子の剥離を防止するように最適化され得る。他方で、中和の用途に対しては、シード粒子と標的粒子との間のほんの短い時間の接触が充分であり得る。さらに、特定の標的粒子は、シード粒子と標的粒子との間の放電の結果として無害にされ（すなわち、中和され）得る。一例として、数百個の高エネルギーの電子が、標的粒子中の有害な細胞の細胞壁の小さな穴を蒸発させるためには充分であり得る。
【００１９】
さらにまた、帯電シード雲の技術は、地面の対象上で見つけられた標的粒子ともうまく働く。これらの環境の下で、シード粒子の電荷は、例えば、草の葉の上の標的粒子などの地表の対象に対して中和を行う。この場合、シード粒子も、標的粒子に付着されたままである。帯電シード雲の概念の１つの利点は、関心のある範囲から風下に非常に遠くに運ばれる高価なシード粒子の損失を減少させることである。
【００２０】
図７を参照すると、流れ図が示されており、該流れ図は、本発明に従った帯電シード雲を配備する方法５００を描いている。流れ図は、上記の概念の概略として役立つ。５１０において、シード粒子を放出するために使用される航空機が、識別、中和、または排除される標的粒子よりも高い高度に配備される。５２０において、電荷がシード粒子に印加され、そして、帯電シード粒子が、航空機から放出される。５２５において、シード粒子よりも重い粒子が、航空機の電荷的中性を維持するために、逆に帯電され、そして、航空機から放出される。逆に帯電された粒子が、地面に落ち、かつ、シード雲とは相互作用しない。５３０において、シード雲が、地面よりも高い高度に形成され、そして、シード雲の結果として、電界Ｅがシード雲と地面との間に形成される。５４０において、シード雲によって生成された電界が、シード粒子と標的粒子との間の相互作用を増加させるために充分な速度で下方向に（シード雲の底部の）シード粒子を動かす。５５０において、帯電シード雲によって生成された電界が、標的粒子の双極子電荷分布を誘発するので、標的粒子が（逆の電荷の引力によって）シード粒子に引き寄せられる。
【００２１】
本明細書において記述されたシステムおよび方法は、本発明の精神または必須の特徴を逸脱することなく他の特定の形態で体現され得る。したがって、上記の実施形態は、あらゆる点で例示として解釈され、そして、限定することを意味しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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