Fig. 1. Scheme de excitație a evacuărilor de gaz: a - se aplică tensiune la electrozi la limitele volumului de descărcare (metoda capacitivă); b - tensiunea din interiorul volumului de descărcare este indusă de un câmp magnetic variabil (metoda de inducție)
Fig. 2. Inel cu curent de suprafață elicoidală în plasmă: J1 - polidecid (perpendicular pe planul median al torusului), creând un câmp magnetic toroidal H1; J2 - curent longitudinal care creează un câmp magnetic poloal H2; R și a sunt razele exterioare și interioare ale torusului
Fig. 3. Inel cu curent semiidal din inelul vortex: 1 - inel de vârtej (săgețile indică direcția de rotație a straturilor de vârtej); 2 - câmp magnetic toroidal; 3 - inel curent
Fulgerul cu fulgere - o minge strălucitoare, care apare uneori atunci când un fulger liniar este descărcat, este unul dintre cele mai misterioase fenomene atmosferice. Natura fulgerului este încă necunoscută, deși prima publicație științifică pe această temă - cartea "Thunder and Lightning" de faimosul fizician francez și astronomul Francois Arago - a fost publicată încă din 1838. Ipoteza propusă este o încercare de a explica mecanismul de formare a fulgerului cu bile pe baza fizicii plasmei și a descărcării gazelor.
Natura fulgerului cu bile
Natura fulgerului obișnuit, liniar a fost stabilită de mult - este o descărcare de gaze sub forma unei scântețe grandioase, care "alunecă" între nori de furtună puternic încărcați sau nori și pământ. Deoarece apariția fulgerului cu bile este asociată cu un fulger liniar, este firesc să se presupună că natura sa este similară. Prin urmare, să examinăm pe scurt principalele grupe de deversări de gaze.
Un câmp electromagnetic puternic electric sau alternativ ionizează atomii și moleculele unui gaz - plasma apar și apare o descărcare electrică. Evacuările de gaz pot fi împărțite condiționat în două grupuri principale, în funcție de semnul: liniile câmpului electric din plasmă sunt închise sau nu, cu alte cuvinte - câmpul electric vortex sau cel potențial.
Dacă tensiunea este aplicată pe electrozii (Figura 1a), liniile de forță ale câmpului electric E sunt aproape de ele, mai degrabă decât în plasmă. O pereche de electrozi se comportă ca un condensator, astfel încât descărcările se numesc tip capacitiv sau tip E. Câmpul electric poate fi constant, variabil sau pulsatoriu.
Materialul acumulat de observații face posibilă stabilirea mai multor caracteristici inerente fulgerului cu bile:
• Poate produce efecte electromagnetice, în special puternice atunci când este ucis cu explozie, și dezactivează aparatele electrice;
• Timpul vieții - de la zeci de secunde la câteva minute;
• fulgerul cu bile poate exista în spații închise, inclusiv ecranare electromagnetică, de exemplu în structuri din beton armat;
• Temperatura sa internă atinge câteva mii de grade (judecând după spectrul radiației luminoase), dar suprafața exterioară are, de regulă, o temperatură scăzută (conform martorilor oculari pe care i-a atins).
Proprietățile de mai sus, ținând cont de fizica deversărilor de gaze, sunt suficiente pentru a justifica structura trăsnetului și proprietățile sale fizice.
Fulgerul cu fulii în timpul dezintegrării eliberează energia stocată anterior.
La fel ca în orice spațiu închis, energia cu fulgere a mingii poate exista sub forma unui câmp electromagnetic alternativ, a unui câmp magnetic constant sau electric constant.
Un câmp electromagnetic variabil poate fi stocat pentru o lungă perioadă de timp numai în rezonatoare cu un factor Q extrem de ridicat (raportul dintre cantitatea de energie stocată și media pentru o perioadă de oscilație a puterii pierderilor), realizabilă numai în domeniul optic. Cu toate acestea, lumina nu este capabilă să producă efecte electromagnetice, iar această posibilitate dispare.
Dacă o energie mare este cuprinsă într-un câmp electric constant, nu poate fi o temperatură ridicată în interiorul trăsnetului, deoarece duce la ionizarea substanței și neutralizarea încărcăturilor separate. Dar spectrul radiațiilor sale corespunde exact temperaturii interne ridicate și, prin urmare, nu există un câmp electric puternic acolo.
Un câmp magnetic constant are două forme. Poate fi semialidă (câmpul de întoarcere cu curent) sau toroidal (câmpul unei bobine cu un curent curbat într-un torus). Să vedem dacă cea mai mare parte a energiei electromagnetice se poate concentra în câmpul poloal (dipol magnetic), care creează o viraj cu plasmă cu curent. În acest caz, forțele lui Ampere acționează asupra fiecărei secțiuni, încercând să extindă bobina, care se va deteriora în mii de secunde. Acest lucru contrazice dovezile duratei de viață a fulgerului cu bile, și, prin urmare, câmpul magnetic poloidal nu poate stoca energia electromagnetică.
Din cele de mai sus rezultă că principalul purtător al energiei electromagnetice în fulgerul cu bile poate fi doar un câmp magnetic toroidal constant. Clasicul sintezei termonucleare. Saffronov a demonstrat că poate exista într-o plasmă sub formă de inel cu un șurub de suprafață. Totuși, rămâne de neînțeles de ce suprafața fulgerului cu bile este rece. Mai mult, pentru a menține stabilitatea acestei configurații necesită raportul respectarea exactă a poloidal și curenții longitudinali (J1 și J2 din fig. 2), care, în practică, dificil de implementat.
Să luăm în considerare un inel curent în interiorul unui inel cu gaz-plasmă vortex (figura 3). După cum sa arătat, de exemplu, faimosul cercetător Yu.P. Raiser, este posibil să se stabilizeze foarte eficient un debit de gaze, în special de inducție, printr-un flux de gaz rotativ.
În acest caz, regiunea fierbinte din mediul extern separă vortexul inelar (plasma există doar în straturile adiacente stratului actual), iar coaja fulgerului cu fulgere rămâne rece. În plus, o astfel de configurație poate fi stabilă chiar și în absența unei componente longitudinale a curentului de suprafață; este necesar doar ca viteza stratului vortexului adiacent câmpului magnetic să depășească valoarea critică.
Creați un inel curent cu curentul semiidal poate descărca doar gazele de inducție cu electrodeless. Ipoteza de fulger globular ca o descărcare de înaltă frecvență în focalizat electromagnetice fulger radiații liniar avansat Premiul Nobel pentru fizică academician PL Kapitsa. Cu toate acestea, presupunerea sa nu a fost confirmată. Așa că ne întoarcem la deversărilor de inducție de impulsuri care apar atunci când o creștere bruscă a câmpului magnetic (numit „theta-vârf de cuțit“, vezi. Fig. 4).
Dezavantajul metodei este, în primul rând, stabilitatea slabă a plasmei. Cu toate acestea, câmpul magnetic toroidal poate fi capturat complet de plasmă (sau, așa cum spun fizicienii, este înghețat în el). Pentru a face acest lucru, după atingerea valorii necesare a inducției câmpului magnetic, curentul este întrerupt (figura 5). Astfel, alimentând un impuls de curent puternic la rândul său, cu o margine de tracțiune ascuțită, se poate "îngheța" câmpul magnetic toroidal în plasmă.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: