Российские физики узнали, как с помощью изучения молний развить плазменные технологии
Ученые МФТИ и ОИВТ РАН показали, что плазма возвратного удара молнии является оптически тонкой. Ее максимальная температура близка к 30 000 K, а приблизительно 90 процентов излучения находится в вакуумной ультрафиолетовой области спектра.
Результаты работы опубликованы в журнале «Оптика и спектроскопия» и будут полезны для развития плазменных технологий. Гроза, гром, молния и теплый летний дождь — завораживающее зрелище. Его изучение, в частности получение новых данных о молнии, имеет множество прикладных аспектов.
Молния — сложное физическое явление, которое выглядит как яркая световая вспышка, чаще всего зигзагообразная. Молния — это результат прохождения искрового электрического разряда по проводящему каналу, предварительно созданному в атмосфере.
Процесс появления молнии включает в себя несколько этапов. Важнейшие из них: ступенчатый и дротиковый лидер, а также возвратный удар. Ступенчатым лидером называют разряд, который создает проводящий канал для движения электрического тока от облака к земле. У молний средней и высокой интенсивности прохождение тока по проводящему каналу может повторяться. Канал восстанавливается благодаря дротиковому лидеру, а за ним следует возвратный удар. Возвратный удар — это разряд, осуществляющий перенос большей части заряда молнии. Именно этот этап появления молнии исследовали ученые МФТИ и ОИВТ РАН.
Надо отметить, что при возвратном ударе скорость распространения электромагнитной волны в атмосфере близка к скорости света. Также возвратный удар характеризуется максимальным током и, следовательно, наиболее ярким свечением. Основной вклад в его интенсивность вносит фоторекомбинационное излучение.
Фоторекомбинационное излучение наблюдается, когда ион захватывает пролетающий электрон, при этом в излучение переходит кинетическая энергия свободного электрона и энергия образующейся химической связи.
В ходе работы ученые определили параметры плазмы молнии: температуру, давление и удельную мощность излучения — и рассчитали зависимость удельной мощности излучения равновесной плазмы от температуры при атмосферном давлении (Рисунок 1). Следует пояснить, что плазма — это четвертая форма состояния вещества, представляющая собой газ, который кроме нейтральных атомов и молекул, содержит также свободные электроны и ионы, при этом сумма зарядов всех частиц равна нулю.
Ученые показали, что плазма возвратного удара молнии оптически тонкая. Ее максимальная температура близка к 30 000 K. В момент прохождения максимального тока излучение ограничивает рост температуры плазмы. Приблизительно 90% излучения находится в вакуумной ультрафиолетовой области спектра.
В ходе эволюции плазма достигает состояния равновесия внутри электронной, атомной и ионной подсистем. Необходимое для этого время, в зависимости от подсистемы, составляет микросекунды или десятки микросекунд. Также состояние каждой подсистемы характеризуется соответствующей температурой, и они могут различаться. На основе этих данных в ходе возвратного удара молнии можно выделить две стадии (Рисунок 2). На первой стадии давление воздуха падает до атмосферного в результате расширения плазмы. На второй стадии, когда давление близко к атмосферному, параметры плазмы проводящего канала почти не изменяются с течением времени.
«Одновременная оценка изменений во времени температуры и давления плазмы, которая находится в проводящем канале молнии, и учет мощности излучения позволил нам составить энергетический баланс эволюции плазмы проводящего канала, — сказал Владимир Крайнов, профессор кафедры теоретической физики МФТИ. — Считаю, что следует включить классическую теорию излучения в современные компьютерные модели молнии».
Данные, полученные учеными, позволят развивать плазменные технологии, в частности, разработать усовершенствованные криптоновые и ксеноновые лампы, а также ртутные лампы высокого давления.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Ученые раскрыли причины удивительной сохранности крупнейшей из пирамид Гизы. Секрет того, что за прошедшие тысячелетия пирамиду не разрушили землетрясения, кроется в особенностях ее конструкции, в том числе в так называемых разгрузочных камерах, расположенных непосредственно над погребальной камерой фараона.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно