​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

  • 26/11/2019

    Ученые в Томске разрабатывают устройства для преобразования оптических сигналов

    ​Ученые Института оптики атмосферы (ИОА) в Томске разрабатывают системы формирования оптических сигналов с заданным распределением интенсивности, в том числе, для визуально-оптической диагностики объектов и быстропротекающих процессов.
    727
  • 30/12/2020

    Топ-30 разработок сибирских ученых в 2020 году

    ​На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-30 сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2020 года, размещенных на нашем сайте.
    6406
  • 02/03/2020

    В России придумали, как управлять свойствами керамики

    ​Неизвестный ранее физический эффект, существенно повышающий возможности управления свойствами керамики, обнаружен учеными Томского политехнического университета (ТПУ). Результаты исследования могут быть использованы для разработки новых видов керамики с улучшенными эксплуатационными свойствами, считают его авторы.
    1079
  • 12/08/2021

    Сибирские ученые управляют электронным пучком во время его импульса

    ​Группа ученых из Института сильноточной электроники СО РАН впервые продемонстрировала возможность управления мощностью электронного пучка в течение его импульса, генерируемого источником электронов с плазменным катодом.
    1284
  • 28/05/2021

    "На острие науки": томские учёные проводят открытые лекции для всей страны

     Ученые Томского госуниверситета (ТГУ) участвуют во всероссийской акции "На острие науки" и рассказывают о своих исследованиях простым языком в формате открытых офлайн- и онлайн-лекций.
    1789
  • 09/01/2020

    Ученые удвоят ресурс моторов из алюминия

    ​За счет новой технологии обработки сплавов срок эксплуатации легких алюминиевых двигателей увеличится и станет таким же, как у наиболее распространенных чугунных. Это приведет к улучшению динамики и экономичности массовых моделей автомобилей.
    892
  • 17/02/2021

    Антивирусную лампу, представленную томскими учеными, планируется запустить в производство

    ​Антивирусную лампу, представленную томскими учеными, планируется запустить в производство. Напомним, разработанную ими антивирусную лампу нового типа представили ученые Института сильноточной электроники СО РАН, изготовили ее в НПЦ "Полюс".
    549
  • 07/07/2021

    Летающая лаборатория: что изучают на единственном в России научном воздушном судне

    ​Министр науки и высшего образования РФ Валерий Фальков п​осетил Томский Академгородок, где ознакомился с современными разработками и исследованиями.  В Институте оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского Отделения РАН Валерию Фалькову рассказали об уникальных исследованиях, которые проводят в летающей лаборатории.
    931
  • 18/05/2021

    Компьютерные эксперименты Александра Корчуганова

     Исследования металлов принесли молодому ученому несколько престижных побед. Прошлый год стал для научного сотрудника лаборатории компьютерного конструирования материалов Института физики прочности и материаловедения (ИФПМ) СО РАН кандидата физико-математических наук Александра Корчуганова поистине урожайным.
    1613
  • 29/01/2021

    Для кого Томск и наука неразделимы: об академике Николае Ратахине

    Список всего, что успел сделать за годы научной деятельности Николай Ратахин (а ему недавно исполнилось 70 лет), весьма внушительный. Одно перечисление достижений ученого в любимой им сфере займет не одну страницу.
    825