燃烧AgI的丙酮溶液产生冰核气溶胶

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第526页（2142字）

AgI是迄今发现的最好的人工冰核物质，它具有成冰阈温高和成核率高的优点，同时毒性较低，用量少。

AgI之所以具有极高的成冰效率，除去它的晶体结构和晶格常数与冰十分接近之外，还因为它能通过高温产生高度分散的冰核气溶胶粒子，从而大大提高了单位质量AgI所产生的冰核数。某些无机和有机物也具有良好的核化冰晶的性质，但在高温下要分解，只能用机械粉碎来分散，产生不了细小的粒子，因而很难达到像AgI那样高的成核率。

AgI气溶胶常用燃烧AgI的丙酮溶液产生。获得AgI气溶胶最常用的方法是将AgI溶于加有增溶剂的丙酮溶液中，再用专门设计的发生器或燃烧炉来燃烧，使用方便。

用于地面人工增雨作业的燃烧炉，常用丙烷(液化石油气)作燃烧气体，同时也作为将AgI丙酮溶液喷成雾状的压力源，雾状溶液与丙烷气体同时燃烧。用于飞机上的发生器没有燃烧气体，直接将AgI丙酮溶液喷成雾状后燃烧。

燃烧时温度在1000℃左右。在燃烧过程中，一部分AgI在高温下升华，再冷却凝结成AgI粒子；一部分AgI在高温下分离为Ag⁺和I^－离子，再结合成AgI粒子，由于碘易逸散，再结合不完全，所以在发生器的器壁上，常附有银的沉积物。

AgI粒子尺度的大小直接关系到单位质量AgI所产生冰核数目的多少，而粒子尺度的大小主要与燃烧温度和气溶胶的排出状况有关。温度过低(＜600℃)容易产生粗粒子，气溶胶排出物不畅，风速太小或AgI燃烧率太高，会使发生器周围AgI粒子浓度过高而由聚合产生大的粒子团。为防止冰核气溶胶粒子在发生器周围堆积，最好的办法是迅速通风稀释，这将降低局地粒子浓度，减少聚合，降低粒子的平均尺度，从而提高AgI的成核率。机载AgI发生器工作在通风良好的条件下．飞机的空速通常在100m／s量级，有利于产生细微的粒子，发挥AgI的效率。

国外多数测量表明，燃烧AgI丙酮溶液产生的粒子峰值直径约为0．03μm，主要分布在0．005～0．2μm间。

丙酮是一种良好的有机溶剂，但在制备AgI丙酮溶液时，仍需先加入增溶剂，才能溶解AgI。常用的增溶剂有NaI，KI和NH₄I，它们在溶液中与AgI的摩尔比通常取1∶2。

随着冰核研究工作的深入，发现使用不同增溶剂所产生的AgI气溶胶性质有很大差别。

还发现在配方中加入其它化学成分，能使成冰阈温和成核率提高，于是导致了产生复合冰核的一些研究工作。

AgI冰核气溶胶粒子入云后与水汽和云滴相互作用，主要通过3种机制产生冰晶：凝华核化，凝结－冻结核化和过冷云滴与AgI核接触而引起冻结的接触核化。

具体通过何种机制产生冰晶，除云的条件外，还取决于冰核本身的性质，如附有吸湿成分的AgI核，容易通过凝结－冻结机制产生冰晶。事实上，这3种机制在冰核入云后可能同时存在，只是它们的相对重要性不同而已。

模拟自然云条件下对AgI气溶胶进行云室检测，比直接测量花费代价小，同样能回答播云催化所关心的问题。检测的可靠性取决于模拟的真实程度。

云室的种类很多，测试的条件与程序也有差别，使各家的成核率检测结果的差别高达1～2个量级。因此在对不同冰核气溶胶进行比较时，用同一云室取得的资料才有比较意义。

还必须注意到，云室检测普遍存有在的一个问题是：注入云室的AgI粒子的浓度比实际播云时引入的浓度高数个量级，这是为了在有限的云室空间中得到足够的冰晶数目所要求的。其结果，有时会造成云室内的“过量催化”引起云室参数的扰动，还会夸大接触核化的核化速率。尽管如此，云室检测仍是目前研究各种人工冰核性质的通用方法，并给出了很多定量结果。

燃烧AgI丙酮溶液是人工增雨的一项重要的催化技术。

不同配方的丙酮溶液产生的AgI气溶胶的成冰性能是不同的，有的配方还形成含其它化学成份的AgI复合冰核，具有比纯AgI气溶胶更好的成冰性能。

评价和正确使用－种催化剂(或其配方)，除了了解它的成冰阈温和成核率随温度的分布外，还应了解它的核化速率和核化机制，并结合催化云的条件和冰核气溶胶在云中扩散情况予以综合考虑。

这样才有可能使催化作业更具针对性，提高催化作业的效果。

人工增雨试验作业包括一系列技术步骤，选好和用好催化剂是其中一个重要环节。

全面了解催化剂的性能——成核率、核化速率和核化机制，对于作业的设计包括催化剂用量与撒播方式、估计催化后云中冰晶浓度以及预告催化效果和降水分布等是十分重要的。在人工催化影响的云模式计算中，如果引入催化剂核化速率的资料，将可能得到更符合实际的定量结果，最近Blumenstein关于山地云催化的模式计算便是一个很好的例子。

(气象科学研究院邺大雄撰)