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Metodo e apparato per alterare una regione nell'atmosfera terrestre, ionosfera e/o magnetosfera
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Un metodo e un apparato per alterare almeno una regione selezionata che normalmente esiste al di sopra della superficie terrestre. La regione è eccitata dal riscaldamento della risonanza ciclotronica elettronica per aumentare così la sua densità di particelle cariche. In una forma di realizzazione, la radiazione elettromagnetica polarizzata circolarmente viene trasmessa verso l'alto in una direzione sostanzialmente parallela e lungo una linea di campo che si estende attraverso la regione di plasma da alterare. La radiazione viene trasmessa ad una frequenza che eccita la risonanza ciclotronica elettronica per riscaldare e accelerare le particelle cariche. Questo aumento di energia può causare la ionizzazione di particelle neutre che vengono poi assorbite come parte della regione aumentando così la densità di particelle cariche della regione.

Inventori:
Eastlund, Bernard J. (Primavera, TX)
Numero di applicazione:
06/690333
Data di pubblicazione:
08/11/1987
Data di deposito:
01/10/1985
Esporta citazione:
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Assegnatario:
APTI, Inc. (Los Angeles, CA)
Classe primaria:
361/231
Altre classi:
89/1.11, 244/158.1, 380/59
Classi internazionali:
F41G7/22 ; F41H13/00 ; H01Q1/36 ; H05H1/18 ; (IPC1-7): H05B6/64; H05C3/00; H05H1/46
Campo di ricerca:
361/230, 361/231, 244/158R, 376/100, 89/1.11, 380/59
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Affermazioni:
Rivendico:

1. Un metodo per alterare almeno una regione normalmente esistente al di sopra della superficie terrestre con radiazioni elettromagnetiche utilizzando linee di campo magnetico naturali e divergenti della terra comprendente la trasmissione di una prima radiazione elettromagnetica a una frequenza compresa tra 20 e 7200 kHz dalla superficie terrestre, detto trasmissione essendo condotta essenzialmente all'inizio della trasmissione sostanzialmente parallela e lungo almeno una di dette linee di campo, regolando la frequenza di detta prima radiazione ad un valore che ecciterà la risonanza ciclotrone elettronica ad un'elevazione iniziale di almeno 50 km sopra la superficie terrestre , per cui nella regione in cui ha luogo detta risonanza ciclotrone elettronica si verifica riscaldamento, ulteriore ionizzazione e movimento di particelle sia cariche che neutre,detta eccitazione di risonanza ciclotronica di detta regione viene continuata fino a quando la concentrazione di elettroni di detta regione raggiunge un valore di almeno 106 per centimetro cubo e ha un'energia ionica di almeno 2 ev.

2. Metodo secondo la rivendicazione 1 comprendente la fase di fornire particelle artificiali in detta almeno una regione che sono eccitate da detta risonanza ciclotrone elettronica.

3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui dette particelle artificiali sono fornite iniettandole in detta almeno una regione da un satellite in orbita.

4. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui detta eccitazione di soglia della risonanza ciclotronica elettronica è di circa 1 watt per centimetro cubo ed è sufficiente a provocare il movimento di una regione di plasma lungo dette linee di campo magnetico divergenti ad un'altitudine superiore all'altitudine alla quale detta eccitazione era avviato.

5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui detta regione di plasma ascendente trascina con sé una porzione sostanziale di particelle neutre dell'atmosfera che esistono in o vicino a detta regione di plasma.

6. Metodo secondo la rivendicazione 1 in cui è prevista almeno una sorgente separata di seconda radiazione elettromagnetica, detta seconda radiazione avendo almeno una frequenza diversa da detta prima radiazione, che colpisce detta almeno una seconda radiazione su detta regione mentre detta regione è sottoposta eccitazione di risonanza ciclotronica elettronica causata da detta prima radiazione.

7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui detta seconda radiazione ha una frequenza che è assorbita da detta regione.

8. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui detta regione è plasma nella ionosfera e detta seconda radiazione eccita onde di plasma entro detta ionosfera.

9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui detta concentrazione di elettroni raggiunge un valore di almeno 10 12 per centimetro cubo.

10. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui detta eccitazione di risonanza elettro-ciclotrone viene inizialmente effettuata all'interno della ionosfera e viene continuata per un tempo sufficiente a consentire a detta regione di salire al di sopra di detta ionosfera.

11. Procedimento secondo la rivendicazione 1 in cui detta eccitazione di risonanza ciclotronica elettronica viene eseguita al di sopra di circa 500 chilometri e per un tempo compreso tra 0,1 e 1200 secondi in modo tale che si ottenga un riscaldamento multiplo di detta regione di plasma mediante riscaldamento stocastico nella magnetosfera.

12. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta prima radiazione elettromagnetica è polarizzata circolarmente verso destra nell'emisfero settentrionale e polarizzata circolarmente verso sinistra nell'emisfero meridionale.

13. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta radiazione elettromagnetica è generata nel sito di una sorgente di combustibile idrocarburico presente in natura, detta sorgente di combustibile essendo situata in almeno una delle latitudini magnetiche nord o sud.

14. Metodo secondo la rivendicazione 13 in cui detta fonte di combustibile è gas naturale e l'elettricità per generare detta radiazione elettromagnetica è ottenuta bruciando detto gas naturale in almeno uno dei generatori magnetoidrodinamici, a turbina a gas, a cella a combustibile e EGD situati nel sito in cui detto gas naturale si trova naturalmente nella terra.

15. Metodo secondo la rivendicazione 14, in cui detto sito di gas naturale è entro le latitudini magnetiche che comprendono l'Alaska.

Descrizione:
DESCRIZIONE

1. Campo tecnico

La presente invenzione riguarda un metodo e un apparato per alterare almeno una regione selezionata normalmente esistente al di sopra della superficie terrestre e più in particolare riguarda un metodo e un apparato per alterare detta almeno una regione trasmettendo inizialmente radiazione elettromagnetica dalla superficie terrestre essenzialmente parallela e lungo linee di campo magnetico divergenti e naturali che si estendono dalla superficie terrestre attraverso la regione o le regioni da alterare.

2. Arte di sfondo

Alla fine degli anni '50, si scoprì che le cinture naturali esistono ad alta quota sopra la superficie terrestre, ed è ora stabilito che queste cinture derivano da elettroni e ioni carichi che rimangono intrappolati lungo le linee di forza magnetiche (linee di campo) del campo magnetico essenzialmente dipolo terrestre. Gli elettroni e gli ioni intrappolati sono confinati lungo le linee di campo tra due specchi magnetici che esistono in punti distanziati lungo quelle linee di campo. Gli elettroni e gli ioni intrappolati si muovono in percorsi elicoidali attorno alle loro particolari linee di campo e "rimbalzano" avanti e indietro tra gli specchi magnetici. Questi elettroni e ioni intrappolati possono oscillare lungo le linee di campo per lunghi periodi di tempo.

Negli ultimi anni, sono stati compiuti sforzi sostanziali per comprendere e spiegare i fenomeni coinvolti nelle cinture di elettroni e ioni intrappolati e per esplorare possibili modi per controllare e utilizzare questi fenomeni per scopi benefici. Ad esempio, alla fine degli anni '50 e all'inizio degli anni '60 sia gli Stati Uniti che l'URSS fecero esplodere una serie di dispositivi nucleari di vario rendimento per generare un gran numero di particelle cariche a varie altitudini, ad esempio 200 chilometri (km) o più. Questo è stato fatto per stabilire e studiare cinture artificiali di elettroni e ioni intrappolati. Questi esperimenti hanno stabilito che almeno alcuni degli elettroni e degli ioni estranei dei dispositivi esplosi sono rimasti intrappolati lungo le linee di campo nella magnetosfera terrestre per formare cinture artificiali che sono rimaste stabili per periodi di tempo prolungati. Per una discussione di questi esperimenti si veda "The Radiation Belt and Magnetosphere", WN Hess, Blaisdell Publishing Co., 1968, pp. 155 e sez.

Altre proposte avanzate per alterare le cinture esistenti di elettroni e ioni intrappolati e/o stabilire cinture artificiali simili includono l'iniezione di particelle cariche da un satellite che trasporta un carico utile di materiale radioattivo a decadimento beta o emettitori alfa; e l'iniezione di particelle cariche da un acceleratore di elettroni trasportato da un satellite. Ancora un altro approccio è descritto nel brevetto statunitense n. 4.042.196 in cui un gas ionizzato a bassa energia, ad esempio idrogeno, viene rilasciato da un satellite in orbita sincrono vicino all'apice di una fascia di radiazioni che si verifica naturalmente nella magnetosfera terrestre per produrre un aumento sostanziale nella precipitazione di particelle energetiche e, in determinate condizioni, producono un limite al numero di particelle che possono essere stabilmente intrappolate.

È stato anche proposto di rilasciare grandi nubi di bario nella magnetosfera in modo che la fotoionizzazione aumenti la densità del plasma freddo, producendo così la precipitazione di elettroni attraverso interazioni potenziate in modalità whistler.

Tuttavia, in tutti gli approcci sopra menzionati, i meccanismi coinvolti nell'innescare il cambiamento nei fenomeni delle particelle intrappolate devono essere effettivamente posizionati all'interno della zona interessata, ad esempio la magnetosfera, prima che possano essere attivati ​​per effettuare il cambiamento desiderato.

La ionosfera terrestre non è considerata una cintura "intrappolata" poiché ci sono poche particelle intrappolate al suo interno. Il termine "intrappolato" qui si riferisce a situazioni in cui la forza di gravità sulle particelle intrappolate è bilanciata da forze magnetiche piuttosto che da forze idrostatiche o di collisione. Anche gli elettroni e gli ioni carichi nella ionosfera seguono percorsi elicoidali attorno alle linee del campo magnetico all'interno della ionosfera ma non sono intrappolati tra specchi, come nel caso delle cinture intrappolate nella magnetosfera, poiché la forza gravitazionale sulle particelle è bilanciata da collisioni o forze idrostatiche.

Negli ultimi anni, sono stati effettivamente effettuati numerosi esperimenti per modificare la ionosfera in modo controllato per indagare sulla possibilità di un risultato benefico. Per discussioni dettagliate su queste operazioni si vedano i seguenti articoli: (1) Teoria della modificazione ionosferica; G. Meltz e FW Perkins; (2) L'impianto ad alta potenza di Platteville; Carrol et al.; (3) Esperimenti di riscaldamento di Arecibo; WE Gordon e HC Carlson, Jr.; e (4) riscaldamento ionosferico mediante potenti onde radio; Meltz et al., tutti pubblicati in Radio Science, vol. 9, n. 11, novembre 1974, alle pagine 885-888; 889-894; 1041-1047; e 1049-1063, rispettivamente, che sono tutti qui incorporati per riferimento. In tali esperimenti, alcune regioni della ionosfera vengono riscaldate per modificare la densità elettronica e la temperatura all'interno di queste regioni. Ciò si ottiene trasmettendo da antenne terrestri radiazioni elettromagnetiche ad alta frequenza con un angolo sostanziale, non parallelo al campo magnetico della ionosfera per riscaldare le particelle ionosferiche principalmente mediante riscaldamento ohmico. La temperatura degli elettroni della ionosfera è stata aumentata di centinaia di gradi in questi esperimenti e sono stati prodotti elettroni con diversi elettronvolt di energia in numero sufficiente per aumentare il bagliore dell'aria. Le concentrazioni di elettroni sono state ridotte di qualche punto percentuale, a causa dell'espansione del plasma a causa dell'aumento della temperatura. La temperatura degli elettroni della ionosfera è stata aumentata di centinaia di gradi in questi esperimenti e sono stati prodotti elettroni con diversi elettronvolt di energia in numero sufficiente per aumentare il bagliore dell'aria. Le concentrazioni di elettroni sono state ridotte di qualche punto percentuale, a causa dell'espansione del plasma a causa dell'aumento della temperatura. La temperatura degli elettroni della ionosfera è stata aumentata di centinaia di gradi in questi esperimenti e sono stati prodotti elettroni con diversi elettronvolt di energia in numero sufficiente per aumentare il bagliore dell'aria. Le concentrazioni di elettroni sono state ridotte di qualche punto percentuale, a causa dell'espansione del plasma a causa dell'aumento della temperatura.

Nell'Elmo Bumpy Torus (EBT), un dispositivo a fusione controllata presso l'Oak Ridge National Laboratory, tutto il riscaldamento è fornito da microonde all'interazione di risonanza ciclotrone elettronica. Un anello di elettroni caldi si forma sulla superficie terrestre nello specchio magnetico da una combinazione di risonanza ciclotronica elettronica e riscaldamento stocastico. Nell'EBT, gli elettroni dell'anello sono prodotti con una "temperatura" media di 250 kiloelettronvolt o kev (2,5×10 9 K) e un beta plasma compreso tra 0,1 e 0,4; vedere "Uno studio teorico sull'assorbimento di elettroni-ciclotrone in Elmo Bumpy Torus", Batchelor e Goldfinger, Nuclear Fusion, vol. 20, n. 4 (1980) pp. 403-418.

Il riscaldamento a risonanza ciclotronica elettronica è stato utilizzato in esperimenti sulla superficie terrestre per produrre e accelerare plasmi in un campo magnetico divergente. Kosmahl et al. mostrò che la potenza veniva trasferita dalle onde elettromagnetiche e che un plasma completamente ionizzato veniva accelerato con un angolo di divergenza di circa 13 gradi. La densità ottimale del gas neutro era 1,7×10 14 per centimetro cubo; vedere, "Accelerazione del plasma con microonde vicino alla risonanza del ciclotrone", Kosmahl et al., Journal of Applied Physics, vol. 38, n. 12, novembre 1967, pp. 4576-4582.

DIVULGAZIONE DELL'INVENZIONE

La presente invenzione fornisce un metodo e un apparato per alterare almeno una regione selezionata che normalmente esiste al di sopra della superficie terrestre. La regione è eccitata dal riscaldamento per risonanza ciclotronica di elettroni che sono già presenti e/o creati artificialmente nella regione per aumentare in tal modo l'energia delle particelle cariche e infine la densità della regione.

In una forma di realizzazione ciò viene fatto trasmettendo radiazioni elettromagnetiche polarizzate circolarmente dalla superficie terrestre in corrispondenza o in prossimità della posizione in cui una linea di campo magnetico dipolo naturale (forza) interseca la superficie terrestre. La polarizzazione circolare destra viene utilizzata nell'emisfero settentrionale e la polarizzazione circolare sinistra viene utilizzata nell'emisfero meridionale. La radiazione viene volutamente trasmessa all'inizio in una direzione sostanzialmente parallela e lungo una linea di campo che si estende verso l'alto attraverso la regione da alterare. La radiazione viene trasmessa ad una frequenza che si basa sulla girofrequenza delle particelle cariche e che, applicata ad almeno una regione, eccita la risonanza ciclotrone elettronica all'interno della regione o delle regioni per riscaldare e accelerare le particelle cariche nei rispettivi percorsi elicoidali intorno e lungo la linea di campo. Viene impiegata energia sufficiente per provocare la ionizzazione di particelle neutre (molecole di ossigeno, azoto e simili, particolato, ecc.) che poi diventano parte della regione aumentando così la densità di particelle cariche della regione. Questo effetto può essere ulteriormente potenziato fornendo particelle artificiali, ad esempio elettroni, ioni, ecc., direttamente nella regione da influenzare da un razzo, un satellite o simili per integrare le particelle nel plasma naturale. Queste particelle artificiali sono anche ionizzate dalla radiazione elettromagnetica trasmessa, aumentando così la densità delle particelle cariche del plasma risultante nella regione. ) che poi diventano parte della regione aumentando così la densità di particelle cariche della regione. Questo effetto può essere ulteriormente potenziato fornendo particelle artificiali, ad esempio elettroni, ioni, ecc., direttamente nella regione da influenzare da un razzo, satellite o simili per integrare le particelle nel plasma naturale. Queste particelle artificiali sono anche ionizzate dalla radiazione elettromagnetica trasmessa, aumentando così la densità delle particelle cariche del plasma risultante nella regione. ) che poi diventano parte della regione aumentando così la densità di particelle cariche della regione. Questo effetto può essere ulteriormente potenziato fornendo particelle artificiali, ad esempio elettroni, ioni, ecc., direttamente nella regione da influenzare da un razzo, un satellite o simili per integrare le particelle nel plasma naturale. Queste particelle artificiali sono anche ionizzate dalla radiazione elettromagnetica trasmessa, aumentando così la densità delle particelle cariche del plasma risultante nella regione.

In un'altra forma di realizzazione dell'invenzione, il riscaldamento a risonanza ciclotrone elettronica viene effettuato nella regione o nelle regioni selezionate a livelli di potenza sufficienti per consentire a un plasma presente nella regione di generare una forza speculare che forza gli elettroni carichi del plasma alterato verso l'alto lungo la forza linea ad un'altitudine maggiore dell'altitudine originale. In questo caso i punti speculari rilevanti sono alla base della regione o delle regioni alterate. Gli elettroni carichi trascinano con sé ioni e altre particelle eventualmente presenti. Potenza sufficiente, ad es. 10 15joule, possono essere applicati in modo che il plasma alterato possa essere intrappolato sulla linea di campo tra i punti speculari e oscilli nello spazio per periodi di tempo prolungati. Con questa forma di realizzazione, un pennacchio di plasma alterato può essere stabilito in posizioni selezionate per la modifica della comunicazione o altri scopi.

In un'altra forma di realizzazione, questa invenzione viene utilizzata per alterare almeno una regione selezionata di plasma nella ionosfera per stabilire uno strato definito di plasma avente una densità di particelle cariche aumentata. Una volta stabilito questo strato, e pur mantenendo la trasmissione del fascio principale di radiazione elettromagnetica polarizzata circolarmente, il fascio principale viene modulato e/o almeno un secondo fascio di radiazione elettromagnetica modulata differente viene trasmesso da almeno una sorgente separata ad una diversa frequenza che sarà assorbita nello strato di plasma. L'ampiezza della frequenza del fascio principale e/o del secondo fascio o dei fasci è modulata in risonanza con almeno una modalità di oscillazione nota nella regione o nelle regioni selezionate per eccitare la modalità di oscillazione nota per propagare un'onda o onde di frequenza nota in tutto il ionosfera.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

L'effettiva costruzione, il funzionamento e gli apparenti vantaggi di questa invenzione saranno meglio compresi facendo riferimento ai disegni in cui numeri uguali identificano parti simili e in cui:

FICO. 1 è una vista schematica semplificata della terra (non in scala) con una linea di campo magnetico (forza) lungo la quale si realizza la presente invenzione;

FICO. 2 è una forma di realizzazione all'interno della presente invenzione in cui una regione selezionata di plasma è elevata ad un'altitudine maggiore;

FICO. 3 è una rappresentazione semplificata e idealizzata di un fenomeno fisico coinvolto nella presente invenzione; e

FICO. 4 è una vista schematica di un'altra forma di realizzazione all'interno della presente invenzione.

FICO. 5 è una vista schematica di una forma di realizzazione di apparato nell'ambito della presente invenzione .

MIGLIORI MODI PER REALIZZARE L'INVENZIONE

Il campo magnetico terrestre è in qualche modo analogo a un magnete a barra dipolo. In quanto tale, il campo magnetico terrestre contiene numerosi campi divergenti o linee di forza, ciascuna linea che interseca la superficie terrestre in punti sui lati opposti dell'equatore. Le linee di campo che intersecano la superficie terrestre vicino ai poli hanno apici che si trovano nei punti più lontani nella magnetosfera terrestre mentre quelle più vicine all'Equatore hanno apici che raggiungono solo la porzione inferiore della magnetosfera.

A varie altitudini sopra la superficie terrestre, ad esempio sia nella ionosfera che nella magnetosfera, il plasma è naturalmente presente lungo queste linee di campo. Questo plasma è costituito da un numero uguale di particelle cariche positivamente e negativamente (cioè elettroni e ioni) che sono guidate dalla linea di campo. È ben stabilito che una particella carica in un campo magnetico ruota attorno alle linee di campo, il centro di rotazione in ogni caso viene chiamato "centro di guida" della particella. Quando la particella rotante si muove lungo una linea di campo in un campo uniforme, seguirà un percorso elicoidale attorno al suo centro guida, quindi movimento lineare, e rimarrà sulla linea di campo. Sia gli elettroni che gli ioni seguono percorsi elicoidali attorno a una linea di campo ma ruotano in direzioni opposte. Le frequenze alle quali gli elettroni e gli ioni ruotano attorno alla linea di campo sono chiamate frequenze giromagnetiche o frequenze ciclotroniche perché sono identiche all'espressione per le frequenze angolari di rotazione delle particelle in un ciclotrone. La frequenza di ciclotrone degli ioni in un dato campo magnetico è inferiore a quella degli elettroni, in proporzione inversa alla loro massa.

Se le particelle che formano il plasma lungo le linee del campo terrestre continuassero a muoversi con un angolo di beccheggio costante, spesso indicato come "alfa", presto impatterebbero sulla superficie terrestre. L'angolo di inclinazione alfa è definito come l'angolo tra la direzione del campo magnetico terrestre e la velocità (V) della particella. Tuttavia, nei campi di forza convergenti, l'angolo di inclinazione cambia in modo tale da consentire alla particella di girarsi ed evitare l'impatto. Consideriamo una particella che si muove lungo una linea di campo verso la terra. Si muove in una regione di crescente intensità del campo magnetico e quindi sine alfa aumenta. Ma il seno alfa può solo aumentare fino a 1,0, a quel punto la particella si gira e inizia a salire lungo la linea di campo e l'alfa diminuisce. Il punto in cui la particella ruota è chiamato punto specchio, e lì alfa è uguale a novanta gradi. Questo processo viene ripetuto all'altra estremità della linea di campo dove esiste lo stesso valore di intensità del campo magnetico B, cioè Bm. La particella si gira di nuovo e questo è chiamato "punto coniugato" del punto specchio originale. La particella viene quindi intrappolata e rimbalza tra i due specchi magnetici. La particella può continuare a oscillare nello spazio in questo modo per lunghi periodi di tempo. Il luogo effettivo in cui una particella si specchierà può essere calcolato da quanto segue: sin2 alfa o =B o /B m (1)

in cui:

alfa o =angolo di inclinazione equatoriale della particella

B o = intensità di campo equatoriale su una particolare linea di campo

B m = intensità di campo nel punto dello specchio

Recenti scoperte hanno stabilito che ci sono regioni sostanziali di particelle naturalmente intrappolate nello spazio che sono comunemente chiamate "cinture di radiazioni intrappolate". Queste cinture si trovano ad altitudini superiori a circa 500 km e di conseguenza si trovano nella magnetosfera e principalmente al di sopra della ionosfera.

La ionosfera, sebbene possa sovrapporsi ad alcune delle cinture di particelle intrappolate, è una regione in cui le forze idrostatiche governano la sua distribuzione delle particelle nel campo gravitazionale. Il movimento delle particelle all'interno della ionosfera è governato da forze sia idrodinamiche che elettrodinamiche. Mentre ci sono poche particelle intrappolate nella ionosfera, tuttavia, il plasma è presente lungo le linee di campo nella ionosfera. Le particelle cariche che formano questo plasma si muovono tra le collisioni con altre particelle lungo percorsi elicoidali simili attorno alle linee di campo e sebbene una particolare particella possa diffondersi verso il basso nella bassa atmosfera terrestre o perdere energia e divergere dalla sua linea di campo originale a causa di collisioni con altre particelle , queste particelle cariche sono normalmente sostituite da altre particelle cariche disponibili o da particelle che vengono ionizzate dalla collisione con detta particella. La densità elettronica (Ne ) del plasma varierà con le condizioni effettive e le posizioni coinvolte. Inoltre, in prossimità delle linee di campo sono presenti particelle neutre, ioni ed elettroni.

La produzione di ionizzazione potenziata altererà anche la distribuzione dei costituenti atomici e molecolari dell'atmosfera, in particolare attraverso una maggiore concentrazione di azoto atomico. L'atmosfera superiore è normalmente ricca di ossigeno atomico (il costituente atmosferico dominante sopra i 200 km di altitudine), ma l'azoto atomico è normalmente relativamente raro. Ci si può aspettare che questo si manifesti in un aumento del flusso d'aria, tra gli altri effetti.

Come è noto nella fisica del plasma, le caratteristiche di un plasma possono essere alterate aggiungendo energia alle particelle cariche o ionizzando o eccitando particelle aggiuntive per aumentare la densità del plasma. Un modo per farlo è riscaldare il plasma che può essere realizzato in diversi modi, ad esempio, compressione ohmica, magnetica, onde d'urto, pompaggio magnetico, risonanza ciclotronica elettronica e simili.

Poiché nella presente invenzione è coinvolto il riscaldamento per risonanza ciclotronica elettronica, è necessaria una breve discussione dello stesso. L'aumento dell'energia degli elettroni in un plasma invocando il riscaldamento per risonanza ciclotrone elettronica, si basa su un principio simile a quello utilizzato per accelerare le particelle cariche in un ciclotrone. Se un plasma è confinato da un campo magnetico assiale statico di intensità B, le particelle cariche ruoteranno attorno alle linee di forza con una frequenza data, in hertz, come f g =1,54×10 3 B/A, dove: B=magnetico intensità di campo in gauss e A=numero di massa dello ione.

Supponiamo che un campo variabile nel tempo di questa frequenza si sovrapponga al campo statico B confinante il plasma, per passaggio di una corrente a radiofrequenza attraverso una bobina concentrica a quella che produce il campo assiale, quindi ad ogni semiciclo della loro rotazione attorno al linee di campo, le particelle cariche acquisiscono energia dal campo elettrico oscillante associato alla radiofrequenza. Ad esempio, se B è 10.000 gauss, la frequenza del campo che è in risonanza con i protoni in un plasma è 15,4 megahertz.

Applicato agli elettroni, il riscaldamento per risonanza ciclotronica dell'elettrone richiede un campo oscillante avente una frequenza definita determinata dall'intensità del campo di confinamento. La radiazione a radiofrequenza produce campi variabili nel tempo (elettrici e magnetici) e il campo elettrico accelera la particella carica. Gli elettroni energizzati condividono la loro energia con ioni e neutri subendo collisioni con queste particelle, aumentando così efficacemente la temperatura degli elettroni, degli ioni e dei neutri. La ripartizione dell'energia tra queste specie è determinata dalle frequenze di collisione. Per una comprensione più dettagliata della fisica coinvolta, vedere "Controlled Thermonuclear Reactions", Glasstone e Lovberg, D. Van Nostrand Company, Inc., Princeton, NJ, 1960 e "The Radiation Belt and Magnetosphere", Hess,

Facendo ora riferimento ai disegni, la presente invenzione fornisce un metodo ed un apparato per alterare almeno una regione di plasma che giace lungo una linea di campo, particolarmente quando passa attraverso la ionosfera e/o la magnetosfera. FICO. 1 è un'illustrazione semplificata della terra 10 e di una delle sue forze magnetiche dipolo o linee di campo 11. Come si comprenderà, la linea 11 può essere una qualsiasi delle numerose linee di campo esistenti in natura e le posizioni geografiche effettive 13 e 14 della linea 11 sarà scelto in base a una particolare operazione da eseguire. Le posizioni effettive in cui le linee di campo si intersecano con la superficie terrestre sono documentate e sono facilmente accertabili dagli esperti del ramo.

La linea 11 passa attraverso la regione R che si trova ad un'altitudine sopra la superficie terrestre. Un'ampia gamma di altitudini è utile data la potenza che può essere impiegata dalla pratica di questa invenzione. L'effetto di riscaldamento della risonanza del ciclotrone elettronico può essere fatto agire sugli elettroni ovunque al di sopra della superficie della terra. Questi elettroni possono essere già presenti nell'atmosfera, nella ionosfera e/o nella magnetosfera della terra, o possono essere generati artificialmente con una varietà di mezzi come raggi X, fasci di particelle cariche, laser, la guaina di plasma che circonda un oggetto come come un missile o una meteora e simili. Inoltre, particelle artificiali, ad esempio elettroni, ioni, ecc., possono essere iniettate direttamente nella regione R da un razzo lanciato dalla terra o da un satellite orbitante che trasporta, ad esempio, un carico utile di materiale radioattivo a decadimento beta; emettitori alfa; un acceleratore di elettroni; e/o gas ionizzati come idrogeno; vedi brevetto USA. 4.042.196. L'altitudine può essere maggiore di circa 50 km se lo si desidera, ad esempio può essere compresa tra circa 50 km e circa 800 km e, di conseguenza, può trovarsi nella ionosfera o nella magnetosfera o in entrambe. Come spiegato sopra, il plasma sarà presente lungo la linea 11 all'interno della regione R ed è rappresentato dalla linea elicoidale 12. Il plasma 12 è composto da particelle cariche (cioè elettroni e ioni) che ruotano attorno a percorsi elicoidali opposti lungo la linea 11.

L'antenna 15 è posizionata il più vicino possibile alla posizione 14 dove la linea 11 interseca la superficie terrestre. L'antenna 15 può essere di qualsiasi costruzione nota per un'elevata direzionalità, per esempio, un tipo phased array, angolo di diffusione del fascio (θ). Vedere "The MST Radar at Poker Flat, Alaska", Radio Science, vol. 15, n. 2, mar.-apr. 1980, pp. 213-223, che è qui incorporato per riferimento. L'antenna 15 è accoppiata al trasmettitore 16 che genera un fascio di radiazione elettromagnetica ad alta frequenza ad un'ampia gamma di frequenze discrete, ad esempio da circa 20 a circa 1800 kilohertz (kHz).

Il trasmettitore 16 è alimentato da mezzi generatori di potenza 17 che sono preferibilmente costituiti da uno o più grandi generatori elettrici commerciali. Alcune forme di realizzazione della presente invenzione richiedono grandi quantità di energia, ad esempio fino a 10 9 a 10 11watt, in onda continua o potenza pulsata. La generazione della potenza necessaria rientra nello stato dell'arte. Sebbene i generatori elettrici necessari per la pratica dell'invenzione possano essere alimentati in qualsiasi modo noto, ad esempio da reattori nucleari, impianti idroelettrici, combustibili idrocarburici e simili, questa invenzione, a causa della sua grande richiesta di potenza in determinate applicazioni, è particolarmente adatto per l'uso con determinati tipi di fonti di combustibile che si trovano naturalmente in posizioni geografiche strategiche intorno alla terra. Ad esempio, in Alaska e in Canada esistono grandi riserve di idrocarburi (petrolio e gas naturale). Nell'Alaska settentrionale, in particolare nella regione del North Slope, sono attualmente facilmente disponibili grandi riserve. Anche l'Alaska e il Canada settentrionale sono idealmente situati geograficamente per quanto riguarda le latitudini magnetiche. L'Alaska fornisce un facile accesso a linee di campo magnetico che sono particolarmente adatte alla pratica di questa invenzione, poiché molte linee di campo che si estendono ad altitudini desiderabili per questa invenzione intersecano la terra in Alaska. Quindi, in Alaska, c'è una combinazione unica di fonti di carburante grandi e accessibili alle intersezioni delle linee di campo desiderabili. Inoltre, in Alaska è presente in abbondanza una fonte di combustibile particolarmente desiderabile per la generazione di grandi quantità di elettricità, essendo questa fonte il gas naturale. La presenza di grandi quantità di gas naturale a combustione pulita alle latitudini dell'Alaska, in particolare sul versante nord, e la disponibilità di magnetoidrodinamici (MHD), turbine a gas, celle a combustibile, I generatori elettrici elettrogasdinamici (EGD) che funzionano in modo molto efficiente con il gas naturale forniscono una sorgente di alimentazione ideale per i requisiti di potenza senza precedenti di alcune delle applicazioni della presente invenzione. Per una discussione più dettagliata dei vari mezzi per generare elettricità da combustibili idrocarburici, vedere "Electrical Aspects of Combustion", Lawton e Weinberg, Clarendon Press, 1969. Ad esempio, è possibile generare l'elettricità direttamente all'alta frequenza necessaria per pilotare il sistema d'antenna. Per fare ciò, tipicamente la velocità di flusso dei gas di combustione (v), passata perturbazione del campo magnetico di dimensione d (nel caso di MHD), seguire la regola: v=df vedere "Electrical Aspects of Combustion", Lawton e Weinberg, Clarendon Press, 1969. Ad esempio, è possibile generare l'elettricità direttamente all'alta frequenza necessaria per pilotare il sistema di antenna. Per fare ciò, tipicamente la velocità di flusso dei gas di combustione (v), passata perturbazione del campo magnetico di dimensione d (nel caso di MHD), seguire la regola: v=df vedere "Electrical Aspects of Combustion", Lawton e Weinberg, Clarendon Press, 1969. Ad esempio, è possibile generare l'elettricità direttamente all'alta frequenza necessaria per pilotare il sistema di antenna. Per fare ciò, tipicamente la velocità di flusso dei gas di combustione (v), passata perturbazione del campo magnetico di dimensione d (nel caso di MHD), seguire la regola: v=df

dove f è la frequenza alla quale viene generata l'elettricità. Quindi, se v=1,78×10 6 cm/sec e d=1 cm, l'elettricità verrebbe generata a una frequenza di 1,78 mHz.

In altre parole, in Alaska, il giusto tipo di carburante (gas naturale) è naturalmente presente in grandi quantità e alle giuste latitudini magnetiche per la pratica più efficiente di questa invenzione, una combinazione di circostanze davvero unica. Le latitudini magnetiche desiderabili per la pratica di questa invenzione interessano la superficie terrestre sia a nord che a sud dell'equatore, latitudini particolarmente desiderabili essendo quelle, sia a nord che a sud, che corrispondono in grandezza alle latitudini magnetiche che circondano l'Alaska.

Facendo ora riferimento alla FIG. 2 è illustrata una prima forma di realizzazione in cui una regione selezionata R 1 del plasma 12 è alterata dal riscaldamento per risonanza ciclotronica di elettroni per accelerare gli elettroni del plasma 12, che seguono percorsi elicoidali lungo la linea di campo 11.

Per ottenere questo risultato, la radiazione elettromagnetica viene trasmessa all'inizio, essenzialmente parallela alla linea 11 tramite l'antenna 15 come onda di radiazione polarizzata circolarmente destra 20. L'onda 20 ha una frequenza che ecciterà la risonanza ciclotrone elettronica con il plasma 12 alla sua altitudine iniziale o originale . Questa frequenza varierà a seconda della risonanza ciclotrone elettronica della regione R 1 che, a sua volta, può essere determinata dai dati disponibili in base alle altitudini della regione R 1, essendo usata la particolare linea di campo 11, l'intensità del campo magnetico terrestre, ecc. Possono essere impiegate frequenze da circa 20 a circa 7200 kHz, preferibilmente da circa 20 a circa 1800 kHz. Inoltre, per ogni data applicazione, ci sarà una soglia (livello di potenza minimo) necessaria per produrre il risultato desiderato. Il livello di potenza minimo è funzione del livello di produzione e movimento di plasma richiesto, tenendo in considerazione eventuali processi di perdita che possono essere dominanti in un particolare plasma o percorso di propagazione.

Quando la risonanza ciclotronica elettronica si stabilisce nel plasma 12, l'energia viene trasferita dalla radiazione elettromagnetica 20 nel plasma 12 per riscaldare e accelerare gli elettroni in esso contenuti e, successivamente, gli ioni e le particelle neutre. Man mano che questo processo continua, le particelle neutre presenti all'interno di R 1 vengono ionizzate e assorbite nel plasma 12 e questo aumenta la densità di elettroni e ioni del plasma 12. Quando l'energia degli elettroni viene aumentata a valori di circa 1 kilo elettronvolt (kev), la forza speculare generata (spiegata sotto) dirigerà il plasma eccitato 12 verso l'alto lungo la linea 11 per formare un pennacchio R 2 ad un'altitudine maggiore di quella di R 1 .

L'accelerazione del plasma risulta dalla forza su un elettrone prodotta da un campo magnetico statico non uniforme (B). La forza, detta forza speculare, è data da F=-μ∇B (2)

dove μ è il momento magnetico dell'elettrone e ∇ B è il gradiente del campo magnetico, μ essendo ulteriormente definito come: W/B=mV⊥ 2 / 2B

dove Wè l'energia cinetica nella direzione perpendicolare a quella delle linee del campo magnetico e B è l'intensità del campo magnetico sulla linea di forza su cui si trova il centro guida della particella. La forza rappresentata dall'equazione (2) è la forza responsabile di una particella che obbedisce all'equazione (1).

Poiché il campo magnetico è divergente nella regione R 1 , si può dimostrare che il plasma si muoverà verso l'alto dalla zona di riscaldamento, come mostrato in fig. 1 e inoltre si può dimostrare che 1/2M e V e ⊥ 2 (≉1/2M e V e ⊥ 2 (Y)+1/2M i V i ∥ 2 (Y) (3)

dove il lato sinistro è l'energia cinetica trasversale iniziale dell'elettrone; il primo termine a destra è l'energia cinetica degli elettroni trasversali in un punto (Y) nella regione del campo espanso, mentre il termine finale è l'energia cinetica degli ioni parallela a B nel punto (Y). Quest'ultimo termine è ciò che costituisce il flusso ionico desiderato. È prodotto da un campo elettrostatico costituito da elettroni che vengono accelerati secondo l'equazione (2) nella regione del campo divergente e trascina con sé ioni. L'equazione (3) ignora l'energia cinetica dell'elettrone parallela a B perché V e ∥ ≉V i, quindi la maggior parte dell'energia cinetica parallela risiede negli ioni a causa delle loro masse maggiori. Ad esempio, se si applica un flusso di energia elettromagnetica da circa 1 a circa 10 watt per centimetro quadrato alla regione R, la cui altitudine è di 115 km, verrà generato un plasma avente una densità (N e ) di 10 12 per centimetro cubo e spostato verso l'alto nella regione R 2 che ha un'altitudine di circa 1000 km. Il movimento degli elettroni nel plasma è dovuto alla forza dello specchio mentre gli ioni sono mossi dalla diffusione ambipolare (che risulta dal campo elettrostatico). Questo effettivamente "solleva" uno strato di plasma 12 dalla ionosfera e/o magnetosfera ad un'altezza maggiore R 2. L'energia totale richiesta per creare un plasma con un'area di base di 3 chilometri quadrati e un'altezza di 1000 km è di circa 3×10 13 joule.

FICO. 3 è una rappresentazione idealizzata del movimento del plasma 12 all'eccitazione mediante risonanza ciclotrone elettronica all'interno del campo di forza divergente della terra. Gli elettroni (e) vengono accelerati alle velocità richieste per generare la forza speculare necessaria per provocare il loro movimento verso l'alto. Allo stesso tempo le particelle neutre (n) che sono presenti lungo la linea 11 nella regione R 1 vengono ionizzate e diventano parte del plasma 12. Quando gli elettroni (e) si muovono verso l'alto lungo la linea 11, trascinano ioni (i) e neutri (n) con essi ma con un angolo di circa 13 gradi rispetto alla linea di campo 11. Inoltre, qualsiasi particolato che può essere presente nella regione R 1 , sarà spazzato verso l'alto con il plasma. Quando le particelle cariche del plasma 12 si muovono verso l'alto, altre particelle come i neutri all'interno o al di sotto di R 1, entra per sostituire le particelle che si muovono verso l'alto. Questi neutri, in alcune condizioni, possono trascinare con sé particelle cariche.

Ad esempio, quando un plasma si sposta verso l'alto, altre particelle alla stessa altitudine del plasma si spostano orizzontalmente nella regione per sostituire il plasma in aumento e formare nuovo plasma. L'energia cinetica sviluppata da dette altre particelle mentre si muovono orizzontalmente è, ad esempio, dello stesso ordine di grandezza dell'energia cinetica zonale totale dei venti stratosferici noti per esistere.

Facendo nuovamente riferimento alla FIG. 2, il plasma 12 nella regione R 1 viene spostato verso l'alto lungo la linea di campo 11. Il plasma 12 formerà quindi un pennacchio (area tratteggiata in figura 2) che sarà relativamente stabile per periodi di tempo prolungati. L'esatto periodo di tempo varierà ampiamente e sarà determinato dalle forze gravitazionali e da una combinazione di termini di perdita radiativa e diffusiva. Nell'esempio dettagliato precedente, i calcoli si basavano sulla formazione di un pennacchio producendo 0 +energie di 2 ev/particella. Sarebbero necessari circa 10 ev per particella per espandere il plasma 12 fino al punto di apice C (FIG. 1). Lì almeno alcune delle particelle di plasma 12 saranno intrappolate e oscilleranno tra punti speculari lungo la linea di campo 11. Questa oscillazione consentirà quindi un ulteriore riscaldamento del plasma intrappolato 12 mediante riscaldamento stocastico che è associato a particelle intrappolate e oscillanti. Vedere "Un nuovo meccanismo per accelerare gli elettroni nella ionosfera esterna" di RA Helliwell e TF Bell, Journal of Geophysical Research, vol. 65, n. 6, giugno 1960. Ciò viene preferibilmente effettuato ad un'altitudine di almeno 500 km.

Il plasma dell'esempio tipico potrebbe essere impiegato per modificare o interrompere le trasmissioni a microonde dei satelliti. Se si desidera un black-out di trasmissione inferiore al totale (ad esempio, rimescolamento mediante segnali digitali di sfasamento), la densità del plasma (N e ) deve essere solo almeno di circa 10 6 per centimetro cubo per un plasma che si origina ad un'altitudine di da circa 250 a circa 400 km e di conseguenza è necessario fornire meno energia (cioè radiazione elettromagnetica), ad esempio 10 8 joule. Allo stesso modo, se la densità N e è dell'ordine di 10 8, un pennacchio correttamente posizionato fornirà una superficie riflettente per le onde VHF e può essere utilizzato per migliorare, interferire o modificare in altro modo le trasmissioni di comunicazione. Si può vedere da quanto precede che mediante un'applicazione appropriata di vari aspetti della presente invenzione in posizioni strategiche e con fonti di energia adeguate, viene fornito un mezzo e un metodo per causare interferenze o anche l'interruzione totale delle comunicazioni su una porzione molto ampia della terra. . Questa invenzione potrebbe essere impiegata per interrompere non solo le comunicazioni terrestri, sia civili che militari, ma anche le comunicazioni aeree e marittime (sia di superficie che sotterranee). Ciò avrebbe significative implicazioni militari, in particolare come barriera o fattore di confusione per missili o aeroplani ostili. La cintura o le cinture di ionizzazione potenziata prodotte dal metodo e dall'apparato della presente invenzione, particolarmente se installate sull'Alaska settentrionale e sul Canada, potrebbero essere impiegate come dispositivo di preallarme, nonché come mezzo di interruzione delle comunicazioni. Inoltre, la semplice capacità di produrre una situazione del genere in un periodo di tempo pratico può essere di per sé una forza deterrente all'azione ostile. La combinazione ideale di linee di campo adatte che intersecano la superficie terrestre nel punto in cui sono disponibili sostanziali fonti di combustibile per la generazione di quantità molto grandi di energia elettromagnetica, come il versante nord dell'Alaska, fornisce i mezzi per realizzare quanto sopra in un periodo di tempo pratico , per esempio, requisiti strategici potrebbero richiedere il raggiungimento delle regioni alterate desiderate in periodi di tempo di due minuti o meno e questo è realizzabile con la presente invenzione, specialmente quando la combinazione di gas naturale e generatori magnetoidrodinamici, turbine a gas, celle a combustibile e/o generatori elettrici EGD sono impiegati al punto in cui le linee di campo utili intersecano la superficie terrestre. Una caratteristica di questa invenzione che soddisfa un requisito fondamentale di un sistema d'arma, cioè il controllo continuo dell'operabilità, è che piccole quantità di potenza possono essere generate per scopi di controllo dell'operabilità. Inoltre, nello sfruttamento di questa invenzione, poiché il fascio elettromagnetico principale che genera la fascia ionizzata potenziata della presente invenzione può essere modulato esso stesso e/o una o più onde di radiazione elettromagnetica addizionali possono essere urtate sulla regione ionizzata formata dalla presente invenzione come verrà descritto più dettagliatamente in seguito a riguardo alla FIG. 4, una quantità sostanziale di segnali modulati casualmente di grande ampiezza di potenza può essere generata in una modalità altamente non lineare. Ciò può causare confusione o interferenza con o addirittura la completa interruzione dei sistemi di guida impiegati anche dagli aeroplani e missili più sofisticati. La capacità di impiegare e trasmettere su aree molto vaste della terra una pluralità di onde elettromagnetiche di frequenze variabili e di cambiarle a piacimento in maniera casuale, fornisce una capacità unica di interferire con tutte le modalità di comunicazione, terra, mare e/o aria, allo stesso tempo. A causa della giustapposizione unica della fonte di combustibile utilizzabile nel punto in cui le linee di campo desiderabili intersecano la superficie terrestre, tale interferenza di comunicazione ad ampio raggio e completa può essere ottenuta in un periodo di tempo ragionevolmente breve. A causa del fenomeno di mirroring sopra discusso, esso può anche essere prolungato per periodi di tempo consistenti in modo che non sia un mero effetto transitorio che potrebbe essere semplicemente atteso da una forza contraria. Pertanto, questa invenzione fornisce la capacità di immettere quantità di energia senza precedenti nell'atmosfera terrestre in posizioni strategiche e di mantenere il livello di iniezione di energia, in particolare se si utilizzano impulsi casuali, in un modo molto più preciso e meglio controllato di quanto finora realizzato dal precedente arte, in particolare dalla detonazione di ordigni nucleari di varia potenza a varie altitudini. Laddove gli approcci della tecnica precedente producevano effetti meramente transitori, la combinazione unica di carburante e linee di campo desiderabili nel punto in cui si verifica il carburante consente di stabilire, rispetto agli approcci della tecnica precedente, effetti controllati con precisione e di lunga durata che non possono, in pratica, essere semplicemente aspettato. Inoltre, conoscendo le frequenze dei vari fasci elettromagnetici impiegati nella pratica della presente invenzione, è possibile non solo interferire con comunicazioni di terze parti, ma sfruttare uno o più di tali fasci per realizzare una rete di comunicazioni anche se il resto delle comunicazioni mondiali sono interrotte. In altre parole, ciò che viene utilizzato per disturbare un altro' Le comunicazioni di s possono essere impiegate da un esperto di questa invenzione come rete di comunicazione allo stesso tempo. Inoltre, una volta stabilita la propria rete di comunicazione, l'ampia portata degli effetti della presente invenzione potrebbe essere impiegata per captare segnali di comunicazione di altri per scopi di intelligence. Pertanto, si può vedere che gli effetti di disturbo ottenibili da questa invenzione possono essere impiegati a beneficio della parte che sta praticando questa invenzione poiché la conoscenza delle varie onde elettromagnetiche impiegate e di come varieranno in frequenza e ampiezza può essere utilizzata per un vantaggio per la comunicazione positiva e per scopi di intercettazione allo stesso tempo. Tuttavia, questa invenzione non è limitata ai luoghi in cui la fonte di combustibile esiste naturalmente o dove le linee di campo desiderabili intersecano naturalmente la terra' superficie di s. Ad esempio, il carburante, in particolare il carburante idrocarburico, può essere trasportato mediante condutture e simili nel luogo in cui deve essere attuata l'invenzione.

FICO. 4 illustra un'altra forma di realizzazione in cui una regione selezionata di plasma R 3 che si trova all'interno della ionosfera terrestre viene alterata per aumentarne la densità per cui uno strato 30 relativamente stabile di plasma relativamente denso viene mantenuto all'interno della regione R 3. La radiazione elettromagnetica viene trasmessa all'inizio essenzialmente parallela alla linea di campo 11 tramite l'antenna 15 come un'onda polarizzata circolarmente destra e ad una frequenza (ad esempio, 1,78 megahertz quando il campo magnetico all'altitudine desiderata è 0,66 gauss) in grado di eccitare la risonanza ciclotrone elettronica nel plasma 12 alla particolare altitudine del plasma 12. Ciò provoca il riscaldamento delle particelle (elettroni, ioni, neutri e particolato) e la ionizzazione delle particelle non cariche adiacenti alla linea 11, che vengono tutte assorbite nel plasma 12 per aumentarne la densità . La potenza trasmessa, ad esempio 2×10 6 watt per un tempo di riscaldamento fino a 2 minuti, è inferiore a quella richiesta per generare la forza speculare F necessaria per spostare il plasma 12 verso l'alto come nella precedente forma di realizzazione.

Pur continuando a trasmettere la radiazione elettromagnetica 20 dall'antenna 15, un secondo raggio di radiazione elettromagnetica 31, che è ad una frequenza definita diversa dalla radiazione dall'antenna 15, viene trasmesso da una o più seconde sorgenti attraverso l'antenna 32 nello strato 30 e viene assorbito in una porzione dello strato 30 (area tratteggiata in FIG. 4). L'onda di radiazione elettromagnetica dall'antenna 32 è modulata in ampiezza per adattarsi a una modalità nota di oscillazione f 3 nello strato 30. Questo crea una risonanza nello strato 30 che eccita una nuova onda di plasma 33 che ha anche una frequenza di f 3e che poi si propaga attraverso la ionosfera. Wave 33 può essere utilizzato per migliorare o interrompere le comunicazioni o entrambi a seconda di ciò che si desidera in una particolare applicazione. Naturalmente, possono essere generate più di una nuova onda 33 e le varie nuove onde possono essere modulate a piacimento ed in modo altamente non lineare.

FICO. 5 mostra un apparato utile in questa invenzione, particolarmente quando vengono impiegate quelle applicazioni di questa invenzione che richiedono quantità estremamente grandi di potenza. Nella FIG. 5 è mostrata la superficie terrestre 40 con un pozzo 41 che si estende verso il basso fino a penetrare nel giacimento di produzione di idrocarburi 42. Il giacimento di idrocarburi 42 produce gas naturale da solo o in combinazione con petrolio greggio. Gli idrocarburi sono prodotti dal giacimento 42 attraverso il pozzo 41 e la testa pozzo 43 a un sistema di trattamento 44 tramite il tubo 45. Nel trattamento 44, i liquidi desiderabili come petrolio greggio e condensati di gas vengono separati e recuperati tramite il tubo 46 mentre gas e liquidi indesiderati come l'acqua, H 2S, e simili sono separati tramite il tubo 47. I gas desiderabili come l'anidride carbonica sono separati tramite il tubo 48 e il flusso di gas naturale rimanente viene rimosso dal trattamento 44 tramite il tubo 49 per lo stoccaggio in mezzi di cisterna convenzionali ( non mostrato) per l'uso futuro e/o l'uso in un generatore elettrico come un magnetoidrodinamico, una turbina a gas, una cella a combustibile o un generatore EGD 50. Qualsiasi numero e combinazione desiderati di diversi tipi di generatori elettrici può essere impiegato nella pratica di questa invenzione. Il gas naturale viene bruciato nel generatore 50 per produrre notevoli quantità di elettricità che viene poi immagazzinata e/o fatta passare attraverso il filo 51 ad un trasmettitore 52 che genera la radiazione elettromagnetica da utilizzare nel metodo della presente invenzione.

Naturalmente, la fonte di combustibile non deve essere utilizzata nel suo stato naturale ma potrebbe prima essere convertita in un'altra seconda forma di fonte di energia come idrogeno, idrazina e simili, ed elettricità quindi generata da detta seconda forma di fonte di energia.

Si può vedere da quanto precede che quando la desiderabile linea di campo 11 interseca la superficie terrestre 40 in corrispondenza o in prossimità di una grande sorgente di idrocarburi naturale 42, quantità estremamente grandi di energia possono essere prodotte e trasmesse in modo molto efficiente nella direzione delle linee di campo. Ciò è particolarmente vero quando la fonte di combustibile è il gas naturale e vengono impiegati generatori magnetoidrodinamici. Inoltre, tutto ciò può essere realizzato in un'area fisica relativamente piccola quando vi è la coincidenza unica della sorgente di combustibile 42 e della desiderabile linea di campo 11. Naturalmente, in FIG. 5 per semplicità. Per un grande giacimento di idrocarburi 42, una pluralità di pozzetti 41 può essere impiegata per alimentare uno o più mezzi di accumulo e/o depuratori e un numero di generatori 55 pari a quello necessario per alimentare uno o più trasmettitori 52 ed una o più antenne 54. Poiché tutti gli apparati da 44 a 54 può essere impiegato e utilizzato essenzialmente alla vista in cui si trova la fonte di combustibile naturale 42, tutta la radiazione elettromagnetica necessaria 20 viene generata essenzialmente nella stessa posizione della fonte di combustibile 42. Ciò fornisce una quantità massima di radiazione elettromagnetica utilizzabile 20 poiché non ci sono perdite significative di stoccaggio o trasporto da sostenere. In altre parole, l'apparato è portato alla vista della fonte di combustibile dove la desiderabile linea di campo 11 interseca la superficie terrestre 40 su o vicino alla posizione geografica della fonte di combustibile 42,

La generazione di elettricità per moto di un fluido conduttore attraverso un campo magnetico, cioè magnetoidrodinamica (MHD), fornisce un metodo di generazione di energia elettrica senza parti meccaniche in movimento e quando il fluido conduttore è un plasma formato dalla combustione di un combustibile come il naturale gas, si realizza una combinazione idealizzata di apparecchi poiché il gas naturale a combustione molto pulita forma il plasma conduttore in modo efficiente e il plasma così formato, quando passa attraverso un campo magnetico, genera elettricità in modo molto efficiente. Pertanto, l'uso della fonte di combustibile 42 per generare un plasma mediante la sua combustione per la generazione di elettricità essenzialmente nel luogo in cui si verifica la fonte di combustibile è unico e ideale quando sono richiesti elevati livelli di potenza e desiderabili linee di campo 11 intersecano la terra' s superficie 40 in corrispondenza o in prossimità del sito della fonte di combustibile 42. Un vantaggio particolare per i generatori MHD è che possono essere fatti per generare grandi quantità di potenza con un dispositivo di piccolo volume e peso leggero. Ad esempio, un generatore MHD da 1000 megawatt può essere costruito utilizzando magneti superconduttori per pesare circa 42.000 libbre e può essere facilmente sollevato in aria.

Questa invenzione ha una varietà fenomenale di possibili ramificazioni e potenziali sviluppi futuri. Come accennato in precedenza, potrebbero verificarsi distruzione, deflessione o confusione di missili o aerei, in particolare quando vengono impiegate particelle relativistiche. Inoltre, vaste regioni dell'atmosfera potrebbero essere sollevate a un'altitudine inaspettatamente elevata in modo che i missili incontrino forze di resistenza impreviste e non pianificate con conseguente distruzione o deflessione delle stesse. La modifica del clima è possibile, ad esempio, alterando i modelli del vento dell'alta atmosfera o alterando i modelli di assorbimento solare costruendo uno o più pennacchi di particelle atmosferiche che agiranno come una lente o un dispositivo di messa a fuoco. Inoltre, come accennato in precedenza, possono verificarsi modifiche molecolari dell'atmosfera in modo da ottenere effetti ambientali positivi. Oltre a cambiare effettivamente la composizione molecolare di una regione atmosferica, una particolare molecola può essere scelta per una maggiore presenza. Ad esempio, le concentrazioni di ozono, azoto, ecc. nell'atmosfera potrebbero essere aumentate artificialmente. Allo stesso modo, il miglioramento ambientale potrebbe essere ottenuto provocando la rottura di varie entità chimiche come anidride carbonica, monossido di carbonio, ossidi di azoto e simili. Il trasporto di entità può essere realizzato anche quando si sfrutta l'effetto di trascinamento causato da regioni dell'atmosfera che risalgono lungo linee di campo divergenti. Le particelle di piccole dimensioni possono quindi essere trasportate e, in determinate circostanze e con la disponibilità di energia sufficiente, particelle o oggetti più grandi potrebbero essere influenzati in modo simile. Particelle con caratteristiche desiderate come adesività, la riflettività, l'assorbimento, ecc., possono essere trasportati per scopi o effetti specifici. Ad esempio, si potrebbe creare un pennacchio di particelle appiccicose per aumentare la resistenza di un missile o di un satellite che lo attraversa. Anche i pennacchi di plasma aventi una densità di particelle cariche sostanzialmente inferiore a quella descritta sopra produrranno effetti di trascinamento sui missili che influenzeranno un missile leggero (fittizio) in un modo sostanzialmente diverso da un missile pesante (vivo) e questo effetto può essere utilizzato per distinguere tra il due tipi di missili. Un pennacchio in movimento potrebbe anche servire come mezzo per rifornire una stazione spaziale o per focalizzare una grande quantità di luce solare su porzioni selezionate della terra. Rilievi di portata globale potrebbero essere realizzati anche perché la terra' Il campo magnetico naturale di s potrebbe essere alterato in modo significativo in modo controllato dagli effetti beta del plasma con conseguente, ad esempio, migliori indagini magnetotelluriche. Sono possibili anche le difese contro gli impulsi elettromagnetici. Il campo magnetico terrestre potrebbe essere ridotto o interrotto ad altitudini appropriate per modificare o eliminare il campo magnetico nelle regioni ad alta generazione di elettroni Compton (ad esempio, da scoppi nucleari ad alta quota). Campi elettrici ad alta intensità e ben controllati possono essere forniti in posizioni selezionate per vari scopi. Ad esempio, la guaina di plasma che circonda un missile o un satellite potrebbe essere utilizzata come innesco per attivare un campo ad alta intensità tale da distruggere il missile o il satellite. Inoltre, nella ionosfera possono essere create irregolarità che interferiranno con il normale funzionamento di vari tipi di radar, ad es. radar ad apertura sintetica. La presente invenzione può essere utilizzata anche per creare cinture artificiali di particelle intrappolate che a loro volta possono essere studiate per determinare la stabilità di tali parti. Inoltre, pennacchi secondo la presente invenzione possono essere formati per simulare e/o svolgere le stesse funzioni svolte dalla detonazione di un dispositivo nucleare di tipo "heave" senza dover effettivamente far esplodere un tale dispositivo. Così si può vedere che le ramificazioni sono numerose, di vasta portata e di utilità estremamente varia. pennacchi secondo la presente invenzione possono essere formati per simulare e/o svolgere le stesse funzioni svolte dalla detonazione di un ordigno nucleare di tipo "heave" senza dover effettivamente detonare tale ordigno. Così si può vedere che le ramificazioni sono numerose, di vasta portata e di utilità estremamente varia. pennacchi secondo la presente invenzione possono essere formati per simulare e/o svolgere le stesse funzioni svolte dalla detonazione di un ordigno nucleare di tipo "heave" senza dover effettivamente detonare tale ordigno. Così si può vedere che le ramificazioni sono numerose, di vasta portata e di utilità estremamente varia.

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Metodo e apparato per innescare un cambiamento sostanziale nelle caratteristiche della terra e misurare i cambiamenti della terra
https://patents.google.com/patent/US404219...r+magnetosphere

US4042196A
stati Uniti
971-07-21
Domanda presentata da Cornell Research Foundation Inc
1971-07-21
Priorità a US05/164.793
1971-08-23
Priorità rivendicata da US05/174.048
1977-08-16
Domanda accolta
1977-08-16
Pubblicazione di US4042196A
1994-08-16
Scadenza anticipata
Stato
Scaduto - A vita

Astratto
C'è rivelato metodo e apparato per innescando un cambiamento sostanziale in caratteristiche ionosferiche di il terra e misurando alcune caratteristiche selezionate di ilterra. La precipitazione di particelle energetiche sostanziali viene innescata attraverso l'iniezione di gas ionizzato a bassa energia, come l'idrogeno,in il regione di grandi flussi di particelle energetiche in o vicino il equatore magnetico. Il è noto che il processo di perdita si verifica naturalmente, ma un cambiamento innescato si ottiene attraverso l'iniezione di quantità maggiori di gas ionizzato a bassa energia rispetto a quelle naturalmente presenti, preferibilmente in il cuspide regione, che di solito si estende all'interno il orbita sincrona per diverse ore verso la mezzanotte locale.

Quello che si rivendica è:
1. apparato per innescando un cambiamento sostanziale in una caratteristica ionosferica selezionata di il terra che comprende in combinazione
un satellite orbitale terrestre,
una sorgente di gas ionizzato a bassa energia su detto satellite, e
si intende per causando il rilascio di detto gas da detto satellite ad intervalli di tempo selezionati determinati da il posizione di detto satellite, quando in orbita terrestre, in un campo di radiazioni ad alta intensità intrappolato da il campo magnetico terrestre.
2. Il invenzione definita in rivendicazione 1 in cui detti mezzi per causare il rilascio include i mezzi per rilasciando ad intermittenza detto gas in una serie di dribbling o blob.
3. Il invenzione definita in rivendicazione 1, in cui detto satellite è un satellite sincrono.
4. Il invenzione definita in rivendicazione 1 in cui detto rilascio è causato a il cuspide regione Su il lato notturno di il terra.

Descrizione
Il Il governo ha dei diritti in questa invenzione ai sensi dei Grant No. GA 11415 e GA 878 assegnati da il Fondazione Nazionale della Scienza.
In precedenza ho sottolineato che l'iniezione di plasma freddo (gas ionizzato a bassa energia) da il ionosfera in il magnetosfera potrebbe produrre una maggiore turbolenza in modalità whistler e la precipitazione associata di elettroni energetici.
Altri hanno riconosciuto che un fenomeno parallelo per onde ioniche ciclotroniche e protoni possono sorgere se il protoni energetici si diffondono attraverso il plasma pausa in il alta densità di plasma regione di il magnetosfera. Lo suggeriscono come un meccanismo per rimuovere il protoni responsabili per il parte asimmetrica di ilcorrente di anello. Altri ancora hanno suggerito che le nuvole di bario si liberassero a grandi distanze in il magnetosfera aumenterà anche il densità del plasma freddo e può quindi anche produrre precipitazione di elettroni attraverso una maggiore turbolenza in modalità whistler, creando eventualmente un'"aurora artificiale".
Un altro suggerimento precedente è stato quello di "accendere" il Aurora boreale con il riscaldamento il ionosfera con onde radio, ma erano necessarie elevate quantità di energia e questo metodo ha avuto esito negativo.
Secondo questa invenzione in adeguate distribuzioni energetiche delle particelle, un aumento sostanziale in la precipitazione energetica delle particelle è ottenuta mediante iniezione di quantità molto modeste di plasma freddo, per esempio idrogeno. Il le precipitazioni derivano da un aumento di il turbolenza in modalità whistler (e in modalità ione-ciclotrone) risultante da il iniezione di plasma freddo. Ille condizioni iniziali più favorevoli sono una distribuzione di particelle energetiche molto morbide e intense con una bassa densità di plasma freddo. Queste condizioni sono soddisfattein il cuspide regione Su il lato notturno di il terra.
Il il disegno allegato mostra una sezione equatoriale parziale di il terra e il campo di radiazioni ad alta intensità intrappolato al suo interno da il campo magnetico terrestre.
Una descrizione dettagliata di il modo in che un aumento in la densità del plasma freddo può produrre precipitazioni è indicata in un articolo intitolato "Influenza della convezione magnetosferica e del vento polare sulla perdita di elettroni da il Outer Radiation Belt" di Brice e Lucas, apparendo inJournal of Geophysical Research, Space Physics Vol. 16, n. 4 1 febbraio 1971, qui incorporata per riferimento e qui non ripetuta. Brevemente,il l'instabilità della modalità whistler produrrà la precipitazione di elettroni energetici e in determinate condizioni produrrà un limite in ilnumero di particelle che possono essere stabilmente intrappolate. Questo limite si applica solo agli elettroni la cui energia supera una certa energia di soglia, E T , che è paragonabile e scala comeildensità di energia magnetica per particella, B 2 /2μoN, dove μo èil permeabilità dello spazio libero e N è il densità del numero di elettroni. Il il limite stabile è indipendente da ildensità del numero totale di particelle. Consideriamo ora una situazionein quale ill'energia di soglia E T1 è maggiore diilenergia caratteristica delle particelle. La maggior parteil le particelle energetiche non sono quindi soggette a illimite di intrappolamento e densità molto elevate possono verificarsi (e si verificano). Seil la densità del plasma freddo è aumentata, ill'energia di soglia viene ridotta, per esempio, da E T1 a E T2 . Gli elettroni con energie comprese tra E T1 ed E T2 diventeranno quindi soggetti ail limite di intrappolamento, e i flussi inizialmente elevati saranno rapidamente ridotti a questo limite (in pochi secondi) attraverso la diffusione dell'angolo di inclinazione e la precipitazione in il atmosfera. Ciò presumibilmente produrrebbe una quantità significativa di luminosità aurorale. Un modo di praticareil invenzione è di rilasciare, in modo intermittente piccole quantità di plasma (dribbling o blob per finalità di raccolta dati) da un satellite sincrono. Il la densità del plasma iniziale ottimale sarebbe tale che ill'energia delle particelle dominanti era alcune volte B 2 /2μoN, con flussi molto ripidi e intensi come notato sopra. Queste condizioni sono soddisfattein il cuspide regione, che di solito si estende all'interno il orbita sincrona per diverse ore verso la mezzanotte locale.
Il rilascio iniziale e il l'aurora risultante potrebbe fornire informazioni su il forma di il linea di campo attraverso il satellite e diffusione di ilplasma iniettato lungo le linee di campo. Se questa diffusione è lenta, sono necessari rilasci molto più piccoli comeil parametro significativo è il densità elettronica, N, in e vicino il piano equitoriale.
Se il il plasma viene iniettato da un satellite sincrono piuttosto che da uno in viaggio in orbita attraverso il iniezione selezionata regione dopo l'iniezione, il il plasma si separerebbe da il astronave a causa di ilE×B deriva. I rilasci intermittenti produrrebbero una serie di blob, ciascuno con una patch di aurora associata. Da queste patchil modello di deriva di il macchie in il magnetosferasarebbe subito evidente. Diffusione diil le macchie lungo le linee di campo verrebbero osservate come estensioni di ilmacchie aurorali. I cambiamentiin densità in il le macchie si rifletterebbero in i cambiamenti in il energia minima di il precipitare gli elettroni.
Ci si aspetterebbero effetti qualitativamente simili da il ioni a causa dell'aumento della turbolenza ionica del ciclotrone, ma ill'aurora risultante sarebbe probabilmente più debole e più diffusa. Ancheil tempo di perdita per il i protoni sono di il ordine di un'ora in modo che il precipitazione ionica in il atmosfera sarebbe meno utile come strumento diagnostico.
Un'ulteriore possibilità è indicata da ilmorfologia delle sottotempeste magnetosferiche che suggerisce fortemente che ne sia responsabile un'instabilità esplosiva. Si ritiene che le precipitazioni inil ionosfera cambia in il parametri ionosferici (temperatura, densità, conducibilità, correnti e campi elettrici), che si riflettono in il magnetosferae causare ulteriori precipitazioni. Questo mostra che seil le precipitazioni vengono aumentate artificialmente al momento opportuno, potrebbe verificarsi una sottotempesta.