​Сотрудники Института сильноточной электроники СО РАН описали открытое и воспроизведенное ими в лабораторных условиях явление апокампа — формирование голубых и красных струй плазмы, возникающих на изгибе канала импульсно-периодического электрического разряда в различных газах.

Открытое явление можно использовать для исследования голубых струй (джетов) и красных спрайтов — световых явлений, наблюдаемых в верхних слоях атмосферы на высотах в десятки километров и образующихся естественным путем над областями с грозовой активностью. Подробнее результаты исследований ученых описаны в журналах Physics of Plasmas и «Письма в ЖЭТФ», а также в книге из серии Horizons in World Physics. Исследование диффузных разрядов атмосферного давления и их применений было поддержано Российским научным фондом (РНФ).

Новое явление ученые впервые наблюдали во время экспериментов по созданию диффузной плазмы атмосферного давления, проводимых в рамках проекта РНФ. Было замечено, что перпендикулярно к середине канала разряда появлялись струи плазмы. Повторив эксперименты, ученые установили место, в котором возникает струя — область изгиба плазменного канала, и явление получило название апокампа от греческих слов από — «от» и κάμπη — «изгиб».

Для возникновения апокампа нужны два электрода и импульсно-периодический генератор, формирующий импульсы высокого напряжения. На электроды подается напряжение. При этом канал электрического разряда должен изгибаться, например, за счет наклона электродов. Плазменная струя формируется от места этого изгиба. Апокамп появляется с бóльшей вероятностью, если в используемом газе или смеси газов есть электроотрицательные компоненты, такие как кислород.

Плазма апокампа состоит из двух частей: отростка, который одной стороной контактирует с каналом импульсно-периодического разряда, и струи — стримера, фронт которого движется со скоростью 100-220 километров в секунду. Температура плазмы апокампа в разных его частях колеблется от 100 °С до 1300 °С.

Открытое явление можно использовать для исследования голубых струй (джетов) и красных спрайтов — световых явлений, наблюдаемых в верхних слоях атмосферы на высотах в десятки километров и образующихся естественным путем над областями с грозовой активностью. Интерес к их изучению существенно возрос в последние годы благодаря появлению все более совершенных технических средств наблюдения: как космических станций, так и специальных самолетов-лабораторий.

Эксперименты, проведенные в лаборатории оптических излучений Института сильноточной электроники (ИСЭ) СО РАН, показали, что многие свойства голубых джетов и красных спрайтов совпадают со свойствами апокампов при соответствующих давлениях. Так, фронты голубой струи и апокампа движутся с одинаковой скоростью, а спектральные характеристики голубых струй и красных спрайтов совпадают со спектральными характеристиками апокампа. Кроме того, апокампы, голубые струи и красные спрайты схожи по цвету и форме. Например, голубые струи также состоят из двух частей. Нижняя, примыкающая к грозовому облаку, имеет, как и отросток в апокампе, белый цвет. Верхняя часть имеет форму голубой струи и является стримером.

«Так как высотные атмосферные разряды изучать очень сложно и эти работы связаны с большими материальными затратами, благодаря открытию режима разряда с апокампом часть этих исследований можно проводить в лабораториях, создавая миниатюрные голубые струи и красные спрайты. Это значительно проще, чем в естественных условиях», ‒ добавил один из авторов работы, руководитель гранта и лаборатории оптических излучений ИСЭ Виктор Тарасенко.

Похожие новости

  • 12/04/2016

    В ИСЭ СО РАН разрабатывают систему диагностики бортовой аппаратуры

    ​В 2015 году на орбите отказали несколько спутников российского производства, принадлежащих другим странам: EgyptSat 2, AMOS 5,  при запуске был утрачен «Канопус-СТ». Важнейшая задача, стоящая перед разработчиками — поиск путей предотвращения преждевременных поломок и увеличение срока службы космических аппаратов.
    1067
  • 20/09/2018

    Элегаз и гелий подняли эффективность лазера на азоте

    ​Исследователи из Института сильноточной электроники Сибирского отделения РАН, Томского государственного университета, Томского политехнического университета и Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники разработали новую модель для изучения накачки азотной рабочей среды для лазеров с наносекундными импульсами.
    105
  • 05/12/2016

    Томские ученые модернизировали Сибирскую лидарную станцию

    Три года назад проект Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН по лазерному зондированию атмосферы был поддержан Российским научным фондом. За это время ученые института модернизировали Сибирскую лидарную станцию, разработали измерительные установки, создали макеты уникальных лидаров.
    831
  • 30/11/2016

    Ученые ТПУ и СО РАН создают модифицированные металлы для строительства космических аппаратов

    ​Ученые Томского политехнического университета и Института сильноточной электроники СО РАН разработали метод нанесения на металлы износостойких покрытий с их последующим вплавлением в подложку. Такие модифицированные материалы, благодаря сочетанию легкости, коррозийной стойкости и прочности, могут использоваться в машиностроении, авиа- и космостроении.
    1406
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    2409
  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    1420
  • 07/05/2018

    Томские ученые разрабатывают материал для производства имплантатов

    ​Ученые томского Института физики прочности и материаловедения СО РАН работают над получением биоинертных сплавов с низким модулем упругости для производства медицинских имплантатов. Сегодня самый распространенный материал для имплантатов - технически чистый титан, модуль упругости которого составляет около 120 гигапаскалей.
    291
  • 15/02/2018

    Томские ученые доказали эффективность нового метода диагностики заболеваний мозга

    ​Издательство Nature Publishing Group опубликовало результаты исследований ученых ТГУ, подтверждающие эффективность нового метода диагностики заболеваний головного мозга. Уникальный способ неинвазивной оценки состояния оболочек нервных волокон (миелина) при помощи магнитно-резонансной томографи (МРТ) был разработан под руководством профессора Университета Вашингтона, научного руководителя лаборатории нейробиологии НИИ ББ ТГУ Василия Ярных.
    678
  • 21/06/2018

    Как проекты РФФИ трансформируют реальность

    Словосочетание «фундаментальная наука» вызывает мысли о чем-то очень туманном и абстрактном? Томские ученые уже давно опровергли эти стереотипы в сотрудничестве с Российским фондом фундаментальных исследований.
    365
  • 11/08/2018

    Ученые разработали инфракрасную горелку, которая обогреет сибирские дома

    ​Благодаря новому интерметаллическому сплаву из никелия и алюминия усовершенствованная российскими учеными инфракрасная горелка на испытаниях показала себя экологичной и высокоэффективной. Сегодня ученые работают над созданием перспективных водонагревательных котлов на основе своей горелки, которые очень актуальны для частных домов в Сибири и на Дальнем Востоке.
    398