Golyó villám, fizika
Ábra. 1. A gázkibocsátás gerjesztési rendszerei: a - a feszültség az elektródákra kerül a kisülési térfogat határain (kapacitív módszer); b - a kisülési térfogat belsejében lévő feszültséget egy változó mágneses mező (indukciós módszer)
Ábra. 2. Gyűrű felületi spirál árammal a plazmában: J1 - poloidális (a tórusz középső síkjára merőlegesen) áram, ami egy H1 toroid mágneses mezőt hoz létre; J2 - hosszirányú áram, amely H2 poloid mágneses mezőt hoz létre; R és a a tórusz külső és belső sugarai
Ábra. 3. Vortexgyűrűben lévõ poloidális áram: 1 - vortexgyûrû (a nyilak jelzik az örvényrétegek forgásirányát); 2 - toroid mágneses mező; 3 - aktuális gyűrű
A golyó villám - egy izzó golyó, ami néha akkor következik be, amikor egy lineáris villám kiürül, az egyik legtitokzatosabb légköri jelenség. A golyó villám természete még mindig ismeretlen, bár 1838-ban az első tudományos publikáció - a híres francia fizikus és csillagász Francois Arago "Thunder and Lightning" című könyve 1838-ban jelent meg. A javasolt hipotézis egy kísérlet arra, hogy megmagyarázza a golyó villámképződésének mechanizmusát a plazmafizika és a gázkibocsátás alapján.
A golyó villám természete
A szokásos, lineáris, villámcsapás természete már régóta megalapozott - ez egy gőzkibocsátás egy grandiózus szikra formájában, amely "csúszik" az erősen feltöltött mennydörgések vagy a felhők és a föld között. Mivel a golyó villám megjelenése lineáris villámcsapással jár, természetesen feltételezhető, hogy természete hasonló. Ezért röviden fontoljuk meg a gázkibocsátások főbb csoportjait.
Erős elektromos vagy váltakozó elektromágneses tér ionizálja az atomokat és a gáz - plazma molekuláit, és elektromos kisülések keletkeznek. A gázkibocsátások feltételesen két fő csoportra oszthatók a jel szerint: a plazmában lévő elektromos mező vonala zárt vagy nem, vagyis az örvény elektromos mező vagy a potenciális.
Ha a feszültséget az elektródákra (1a. Ábra) alkalmazzák, akkor az E elektromos mező erővonalai közel vannak hozzájuk, és nem a plazmában. Egy pár elektróda kondenzátorhoz hasonlóan viselkedik, így az ilyen kibocsátások kapacitív vagy E típusúak. Az elektromos mező állandó, változó vagy impulzusos lehet.
A megfigyelések felhalmozódott anyaga lehetővé teszi a gömbcsukó sajátosságainak meghatározását:
• Elektromágneses hatást fejthet ki, különösen robbanásveszélyes, robbanásveszélyes, és elektromos berendezések kikapcsolásával;
• Életének időtartama - tizedektől néhány percig;
• A golyó villám zárt térben létezhet, beleértve az elektromágneses árnyékolást, például vasbeton szerkezetekben;
• A belső hőmérséklet több ezer fokot ér el (a fénysugár spektrumának megfelelően), de a külső felülete általában alacsony hőmérséklet (a szemtanúk szerint, amelyeket megérintett).
A fenti tulajdonságok, figyelembe véve a gázkibocsátások fizikáját, elégségesek ahhoz, hogy igazolják a villám szerkezetét és fizikai tulajdonságait.
A bomlás közben a golyó villámlyá teszi a korábban tárolt energiát.
Mint bármely zárt térben, a golyó villám energia létezhet váltakozó elektromágneses mező, állandó elektromos vagy állandó mágneses mező formájában.
A változtatható elektromágneses mező hosszú ideig csak nagyon magas Q-tényezőjű rezonátorokban tárolható (a tárolt energiának az átlagos értékhez viszonyított aránya a veszteségek teljesítményének oszcillálásához), amely csak az optikai tartományban érhető el. A fény azonban nem képes elektromágneses hatást kifejteni, és ez a lehetőség eltűnik.
Ha egy nagy energiát egy állandó elektromos mezőben tartanak, a villámban nem lehet magas hőmérséklet, mivel az ionizációhoz vezet, és az elválasztott töltések semlegesítéséhez vezet. De a sugárzás spektruma pontosan egy magas belső hőmérsékletnek felel meg, és ennek következtében nincs erős elektromos mező ott.
Az állandó mágneses mezőnek két formája van. Ez lehet poloidális (a mező egy áramerősséggel), vagy toroidális (egy tekercs mezője, amelynek áramát toruszára korlátozzák). Lássuk, hogy az elektromágneses energia nagy része koncentrálódhat-e a poloidális mezőbe (mágneses dipólus), ami plazmaváltást eredményez árammal. Ebben az esetben az Ampere erői mindegyik szakaszában járnak el, és megpróbálják kibővíteni a tekercset, amely ezredmásodperc alatt bomlik. Ez ellentmond a golyó villám élettartamának bizonyítékaival, ezért a poloid mágneses mező nem képes elektromágneses energiát tárolni.
A fentiekből következik, hogy a gömbölyű elektromágneses energia fő hordozója csak állandó toroid mágneses mező lehet. A termonukleáris szintézis klasszikusa. Saffronov bebizonyította, hogy létezhet egy plazmában egy felületi csavaros áramlású gyűrű formájában. Mindazonáltal érthetetlen, hogy miért hideg a golyó villám felülete. Ezenkívül a konfiguráció stabilitásának fenntartása érdekében szigorúan figyelni kell a poloidális és a hosszirányú áramok (J1 és J2 a 2. ábrán) közötti kapcsolatot, ami a gyakorlatban nehéz elérni.
Tekintsünk egy áramláncot egy vortex gáz-plazma gyűrű belsejében (3. Mint látható például a híres kutató Yu.P. Raiser, lehetséges, hogy nagyon hatékonyan stabilizálja a gázkibocsátást, különösen az indukciót, egy örvénylő gázárammal.
Ebben az esetben a külső közegből származó forró tartomány elválasztja a gyűrűs vortexet (a plazma csak az aktuális réteggel szomszédos rétegekben létezik), és a golyó villám héja hideg marad. Ezenkívül egy ilyen konfiguráció stabil lehet még a felületi áram hosszirányú komponense hiányában is; csak az szükséges, hogy a mágneses mezővel szomszédos vortex rétegének sebessége meghaladja a kritikus értéket.
Az aktuális gyűrű létrehozása poloidális árammal csak elektród nélküli indukciós gázkibocsátás lehetséges. A gömbhullám hipotézisét nagyfrekvenciás kibocsátásként a lineáris villámok fókuszált elektromágneses sugárzása során a fizika Nobel-díjas, P.L. Kapitsa. Azonban a feltételezést nem erősítették meg. Ezért forduljunk az impulzusos induktív kiáramlásokhoz, amelyek a mágneses mező gyors növekedésében merülnek fel (úgynevezett theta-csipet, lásd a 4. ábrát).
A módszer hátránya elsősorban a plazma gyenge stabilitása. A toroid mágneses mezőt azonban teljesen felfoghatja a plazma (vagy ahogy a fizikusok azt mondják, befagyasztják). Ehhez a mágneses mező indukálásához szükséges érték elérése után az áram levágódik (5. Így egy erõs áramimpulzus erõs éles pulzussal történõ táplálásával éles hátsó éllel be lehet fagyasztani a toroid mágneses mezõt a plazmába.