Российские ученые раскрыли тайны плазмы возвратного удара молнии

Фото из открытых источников

Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ) и Объединенного института высоких температур Российской академии наук (ОИВТ РАН) представили новые данные о характеристиках плазмы, возникающей в результате возвратного удара молнии. Как сообщает портал naked-science.ru, ученые выяснили, что эта плазма является оптически тонкой, а ее температура может достигать 30 000 К. При этом примерно 90% испускаемого излучения приходится на вакуумную ультрафиолетовую область спектра.

Результаты исследования, опубликованные в журнале «Оптика и спектроскопия», открывают новые перспективы для разработки плазменных технологий. Понимание процессов, происходящих в молнии, имеет не только теоретическое значение, но и практическую ценность, поскольку может способствовать совершенствованию осветительных приборов и иных технологий, использующих плазму.

Молния представляет собой сложное физическое явление, включающее в себя несколько последовательных процессов. Наиболее значимыми среди них являются ступенчатый и дротиковый лидеры, а также возвратный удар. Первый из них формирует проводящий канал между облаком и землей, а последующий дротиковый лидер восстанавливает этот канал в случае повторного разряда. Возвратный удар, являющийся заключительным этапом процесса, переносит основной электрический заряд и сопровождается наиболее мощным свечением.

Во время возвратного удара электромагнитная волна распространяется практически со скоростью света, а ток, проходящий через канал, достигает максимального значения. Этот процесс сопровождается интенсивным фоторекомбинационным излучением, возникающим при захвате ионами свободных электронов. В результате выделяется энергия, которая влияет на температурные и оптические характеристики плазмы.

В рамках проведенного исследования ученые проанализировали параметры плазмы, такие как температура, давление и удельная мощность излучения. Они рассчитали зависимость этих величин при атмосферном давлении, выявив, что в момент наибольшего тока излучение ограничивает дальнейший рост температуры плазмы. Кроме того, в ходе экспериментов было установлено, что эволюция плазмы проходит в два этапа. На первом этапе происходит расширение плазмы, приводящее к снижению давления до атмосферного уровня. На втором этапе, когда давление стабилизируется, основные параметры проводящего канала практически не меняются.

«Анализ изменений температуры и давления плазмы в динамике, а также учет мощности излучения позволили нам выстроить энергетический баланс эволюции плазмы проводящего канала молнии», — отметил Владимир Крайнов, профессор кафедры теоретической физики МФТИ. Он также подчеркнул, что для более точного моделирования молнии необходимо учитывать классическую теорию излучения.

Полученные данные могут найти применение в различных областях науки и техники. В частности, они помогут усовершенствовать технологии создания источников света, включая криптоновые, ксеноновые и ртутные лампы высокого давления, работающие на принципах, схожих с процессами в плазме молнии.