本發明涉及人工降雨領域，一種采用碘化銀納米顆粒進行人工降雨的方法及播撒裝置。

背景技術：

1、人工影響天氣技術(如人工降雨、防雹等)是應對氣象災害、緩解水資源短缺的重要手段。其中，碘化銀(agi)因其優異的成冰核性能，被廣泛應用于冷云催化作業。目前主流技術主要通過以下兩種方式釋放碘化銀顆粒：

2、1.燃燒型煙條

3、將碘化銀粉末與火藥混合壓制為柱狀煙條，通過飛機攜帶至作業區域后點燃。火藥燃燒產生高溫使碘化銀升華氣化，形成氣溶膠顆粒，隨氣流擴散至云層。然而，該方法存在顯著缺陷：

4、火工品依賴：煙條屬民爆品，其生產、存儲、運輸需審批，流程復雜且周期長。

5、有效成分占比低：單根煙條中碘化銀含量僅十余克，其余成分為火藥及粘合劑，催化效率受限。

6、顆粒均勻性差：燃燒過程溫度波動導致碘化銀顆粒尺寸分布寬泛(數百納米至數十微米)，影響成冰核效率。

7、2.高炮/火箭彈播撒

8、將碘化銀裝填于炮彈彈頭，通過爆炸擴散催化劑。此方式雖可快速覆蓋較大區域，但存在彈藥管制嚴格、作業成本高(單次發射成本超萬元)及安全風險等問題。

9、近年來，激光技術因其精準可控的特性被探索用于氣象干預。例如，飛秒激光可通過電離空氣誘導局部凝結，但該方法依賴云層固有水分且無法主動引入凝結核，適用范圍有限。另有研究提出利用激光燒蝕金屬靶材生成氣溶膠，但其目標為空氣凈化或材料合成，未涉及碘化銀的氣化控制及人工降雨場景適配。

10、現有技術瓶頸總結：

11、火工品依賴導致作業審批復雜化，難以滿足突發性氣象干預需求；

12、碘化銀有效利用率低，催化成本居高不下；

13、傳統燃燒/爆炸法生成的顆粒尺寸分布不可控，成冰核率不穩定；

14、新興激光技術尚未與碘化銀催化機制有效結合，缺乏針對性解決方案。

技術實現思路

1、要解決的技術問題：克服傳統人工降雨技術對火工品的依賴、碘化銀利用率低及顆粒尺寸不可控導致的成核效率低下問題，提供一種安全高效、可精準生成納米級凝結核的激光催化人工降雨方法及裝置。

2、本發明提供了一種采用碘化銀納米顆粒進行人工降雨的方法，在飛行器上搭載激光發生器和碘化銀靶材，包括以下步驟：

3、(a)通過激光發生器產生的脈沖激光束；

4、(b)調節所述激光束的能量密度至1–100j/cm2，脈沖寬度為納秒至飛秒級，脈沖重復頻率為10—100khz，使激光束聚焦作用于碘化銀靶材表面；

5、(c)利用所述激光束的瞬態光熱效應，使碘化銀靶材發生非分解性氣化，生成碘化銀蒸氣；

6、(d)通過高空低溫高速氣流，使所述碘化銀蒸氣在空氣中冷凝為10–1000nm的碘化銀納米顆粒，形成人工凝結核；

7、(e)將所述碘化銀納米顆粒釋放至目標云層的頂部或內部，促進云中水汽凝結與降水形成。

8、本發明還提供了一種實現權利要求1所述方法的播撒裝置，包括：

9、激光發生器模塊：輸出脈沖能量1–100j/cm2的納秒激光束；

10、靶倉：內設置有靶材、激光器輸出模塊，利用激光器輸出模塊的輸出激光束產生的瞬態光熱效應，使碘化銀靶材材表面發生非分解性氣化，生成碘化銀蒸氣；通過喇叭口結構進氣口，將飛行過程中的冷空氣進行壓縮加速，加速后的冷空氣將對碘化銀蒸氣進行快速冷卻凝結，形成碘化銀顆粒，并通過喇叭口結構出氣口將碘化銀顆粒釋放至目標云層中。

11、上述技術方案中，激光發生器模塊輸出的激光通過光纖引入到激光器輸出模塊，激光在激光器輸出模塊內部進行準直，經過可調反射鏡將激光光斑聚焦到靶材上。

12、上述技術方案中，靶倉喇叭口結構進氣口與喇叭口結構出氣口之間設置有靶材氣化段，靶材氣化段底部用于設置靶材，靶材氣化段頂部設置有保護窗口，保護窗口上設置激光器輸出模塊。

13、上述技術方案中，靶倉喇叭口結構進氣口與喇叭口結構出氣口之間設置有靶材氣化段，靶材氣化段軸線上設置有靶材旋轉裝置，靶材套設固定在靶材旋轉裝置的固定圓柱上。

14、上述技術方案中，靶材氣化段的入口處設置有前旋轉裝置安裝結構，包括：

15、螺紋圓環，通過第一固定支撐與靶材氣化段的內壁固定，螺紋圓環的軸線與靶材氣化段的軸線重合。

16、上述技術方案中，靶材氣化段的出口處設置有后旋轉裝置安裝結構，包括：

17、包括軸承固定圓環，通過第二固定支撐與靶材氣化段的內壁固定，軸承固定圓環內固定有軸承，軸承的軸線與靶材氣化段的軸線重合。

18、上述技術方案中，靶材旋轉裝置包括：

19、前端電機安裝結構，前端電機安裝結構沿電機的輸出軸的方向設置有螺紋柱，螺紋柱與螺紋圓環螺紋配合固定，螺紋柱的中心引出電機的輸出軸，電機輸出軸貫穿固定圓柱的軸線后插入軸承孔中。

20、上述技術方案中，激光器輸出模塊包括與靶材氣化段軸線平行的導軌，導軌上安裝有移動平臺，移動平臺通過驅動電機驅動在導軌上沿導軌移動，移動平臺上設置有聚焦鏡和第二反光鏡，還包括準直鏡，第一反射鏡，準直鏡將光纖傳入的光準直后傳送給第一反射鏡，第一反射鏡將激光反射給第二反射鏡，第二反射鏡將激光反射給聚焦鏡聚焦后穿過保護窗口后打向靶材。

21、上述技術方案中，第一反射鏡與第二反射鏡之間的激光與導軌平行。

22、因為本發明采用上述技術手段，因此具備以下有益效果：

23、1.精準控制碘化銀顆粒尺寸：通過激光能量密度(1–100j/cm2)、脈沖重復頻率、脈沖寬度(納秒至飛秒級)的精確調控，結合冷空氣快速冷凝工藝，可穩定生成10–1000nm的碘化銀納米顆粒，其尺寸與云中過冷水滴的成核需求高度匹配，顯著提升成冰核效率。

24、2.避免火工品依賴：采用激光氣化替代傳統火藥燃燒或爆炸播撒方式，無需審批民爆品，簡化作業流程并降低安全風險。

25、3.提高碘化銀利用率：通過非分解性氣化工藝及靶材旋轉裝置設計，實現靶材均勻氣化，避免無效損耗，單次作業催化劑量較燃燒法提升10倍以上。

26、4.動態適應復雜氣流環境：喇叭口結構進氣口(2)與出氣口(7)的壓縮加速設計，結合飛行器高速移動，可增強碘化銀蒸氣與冷空氣的混合效率，確保顆粒均勻擴散至云層。

27、5.定焦氣化，降低成本：移動平臺(3-3)與靶材旋轉裝置的協同控制，使激光光斑在靶材表面動態掃描，實現定焦氣化碘化銀，大大降低實現成本。

技術特征：

1.一種采用碘化銀納米顆粒進行人工降雨的方法，其特征在于，在飛行器上搭載激光發生器和碘化銀靶材，包括以下步驟：

2.一種實現權利要求1所述方法的播撒裝置，其特征在于，包括：

3.根據權利要求2所述的播撒裝置，其特征在于，激光發生器模塊輸出的激光通過光纖(1)引入到激光器輸出模塊(3)，激光在激光器輸出模塊(3)內部進行準直，經過可調反射鏡將激光光斑聚焦到靶材(5)上。

4.根據權利要求2所述的播撒裝置，其特征在于，靶倉喇叭口結構進氣口(2)與喇叭口結構出氣口(7)之間設置有靶材氣化段(4)，靶材氣化段底部(4-3)用于設置靶材(5)，靶材氣化段頂部(4-2)設置有保護窗口(4-1)，保護窗口(4-1)上設置激光器輸出模塊(3)。

5.根據權利要求2所述的播撒裝置，其特征在于，靶倉喇叭口結構進氣口(2)與喇叭口結構出氣口(7)之間設置有靶材氣化段(4)，靶材氣化段軸線上設置有靶材旋轉裝置，靶材套設固定在靶材旋轉裝置的固定圓柱(12)上。

6.根據權利要求5所述的播撒裝置，其特征在于，靶材氣化段(4)的入口處設置有前旋轉裝置安裝結構，包括：

7.根據權利要求5所述的播撒裝置，其特征在于，靶材氣化段(4)的出口處設置有后旋轉裝置安裝結構，包括：

8.根據權利要求7所述的播撒裝置，其特征在于，靶材旋轉裝置包括：

9.根據權利要求5所述的播撒裝置，其特征在于，激光器輸出模塊(3)包括與靶材氣化段(4)軸線平行的導軌(3-1)，導軌上安裝有移動平臺(3-3)，移動平臺(3-3)通過驅動電機(3-2)驅動在導軌上沿導軌移動，移動平臺上設置有聚焦鏡(3-5)和第二反光鏡(3-4)，還包括準直鏡(3-7)，第一反射鏡(3-6)，準直鏡將光纖傳入的光準直后傳送給第一反射鏡(3-6)，第一反射鏡將激光反射給第二反射鏡(3-4)，第二反射鏡(3-4)將激光反射給聚焦鏡(3-5)聚焦后穿過保護窗口(4-1)后打向靶材。

10.根據權利要求9所述的播撒裝置，其特征在于，第一反射鏡與第二反射鏡(3-4)之間的激光與導軌(3-1)平行。

技術總結
本發明涉及人工降雨領域，一種采用碘化銀納米顆粒進行人工降雨的方法及播撒裝置。主旨在于克服傳統人工降雨技術對火工品的依賴、碘化銀利用率低及顆粒尺寸不可控導致的成核效率低下問題。主要方案包括通過激光發生器產生的脈沖激光束；調節所述激光束的能量密度至1?100J/cm<supgt;2</supgt;，脈沖寬度為納秒至飛秒級，脈沖重復頻率為10?100kHz，使激光束聚焦作用于碘化銀靶材表面；利用所述激光束的瞬態光熱效應，使碘化銀靶材發生非分解性氣化，生成碘化銀蒸氣；通過高空低溫高速氣流，使所述碘化銀蒸氣在空氣中冷凝為10?1000nm的碘化銀納米顆粒，形成人工凝結核；將所述碘化銀納米顆粒釋放至目標云層的頂部或內部，促進云中水汽凝結與降水形成。

技術研發人員：孫輝,周旭,劉其婭,胡永琴,曾體賢,鄭悅誠
受保護的技術使用者：中國氣象局人工影響天氣中心
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28