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 Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Новая находка доказывает, что эволюция изобрела как минимум два независимых способа бороться с вирусами. Это открытие кардинально меняет представления о развитии иммунитета и расширяет горизонты для поиска новых лекарств.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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