​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.
    162
  • 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.
    1089
  • 21/01/2019

    Разработка томских ученых спасет от износа детали машин и кардионасосы для пациентов

    ​Специалисты Томского политехнического университета (ТПУ) усовершенствовали метод плазмохимического осаждения нового класса алмазоподобных покрытий, эффективных при применении в разных отраслях промышленности и биомедицины, сообщили РИА Новости в пресс-службе ТПУ.
    1119
  • 18/02/2019

    Сибирские лидары чувствуют взрывчатку на расстоянии 50 метров

    ​Молодые физики из Томска разработали лазерные локаторы с большим антитеррористическим потенциалом: приборы способны незаметно определять взрывчатые вещества по их мельчайшим фрагментам и успешно прошли испытания на железнодорожных вокзалах.
    551
  • 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.
    547
  • 04/09/2019

    Цитируемые ученые ТПУ: катализаторы из золота и оболочки для ТВЭЛов

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за летний период. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 75, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 9,405 (Green Chemistry, Q1).
    419
  • 21/05/2019

    По итогам сочинского форума «Наука будущего — наука молодых»

    ​В Сочи завершились III Международная конференция «Наука будущего» и IV Всероссийский форум «Наука будущего — наука молодых». Мы попросили сибирских ученых, в них участвующих, рассказать, какие проекты они представляли на мероприятиях форума и с какими целями приехали сюда.
    479
  • 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.
    1394
  • 25/07/2019

    Томские ученые могут очистить и изменить свойства поверхности металла за один раз

    ​Ученые Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) и компании «Пучково-плазменные технологии» собрали установку, которая может очистить поверхность металла, упрочнить ее и задать новые нужные свойства за один технологический цикл.
    311
  • 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.
    2090