CC BY
41
ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 537.52
Д. Ч. Ким1, А. С. Семёнов1, Ю. В. Бебихов1, В. А. Ефимов2, В. М. Спиридонов1, П. С. Татаринов1
Разработка и испытание установки для изучения лабораторного аналога шаровой молнии
'СВФУ им. М.К. Аммосова, Политехнический институт (филиал), г. Мирный, Россия 2СПбГУ, Академическая гимназия им. Д.К. Фаддеева, г. Санкт-Петербург, Россия
Аннотация. «Шаровой плазмоид» является результатом уникального типа импульсного «гатчинского» разряда, в котором плазменный сгусток вырастает из разряда и отделяется от центрального электрода. Его свечение длится в свободном полете в течение нескольких сотен миллисекунд без внешнего электрического источника питания, после чего он рассеивается. К настоящему времени детальное понимание процессов, определяющих ключевые стадии развития импульсного «гатчинского» разряда и необходимых для установления механизмов образования долгоживущих шаровых плазмоидов, отсутствует, поэтому экспериментальные исследования являются актуальными. В работе для изучения этого типа разряда создана установка. Описаны основные узлы установки, включающие в себя: реактор, высоковольтное оборудование, датчики
КИМ Дин Чер - к. ф.-м. н., доцент, Политехнический институт (филиал) СВФУ им. М.К. Аммосова, доцент кафедры ЭиАПП.
E-mail: dc.kim@s-vfu.ru
KIM Din Cher - Candidate of Science (phys. and math.), Associate professor, Polytechnic Institute (branch) of M.K. Ammosov North-Eastern Federal University, Associate professor of the department of electrification and automation of industrial production.
СЕМЁНОВ Александр Сергеевич - к. ф.-м. н., доцент, Политехнический институт (филиал) СВФУ им. М.К. Аммосова, заведующий кафедрой ЭиАПП.
E-mail: sash-alex@yandex.ru
SEMENOV Alexander Sergeevich - Candidate of Science (phys. and math.), Associate professor, Polytechnic Institute (branch) of M.K. Ammosov North-Eastern Federal University, head of the department of electrification and automation of industrial production.
БЕБИХОВ Юрий Владимирович - к. ф.-м. н., Политехнический институт (филиал) СВФУ им. М.К. Аммосова, доцент кафедры ЭиАПП.
E-mail: bebikhov.yura@mail.ru
BEBIKHOV Yuriy Vladimirovich - Candidate of Science (phys. and math.), Polytechnic Institute (branch) of M.K. Ammosov North-Eastern Federal University, Associate professor of the department of electrification and automation of industrial production.
тока и напряжения, газовый искровой разрядник. Кроме того, описан ряд экспериментов и включен набор предварительных данных, обеспечивающих основу для продолжения исследований: ток разряда и напряжение на емкости, форма и цвет образующихся плазмоидов, выбрасывание частиц из плазмоида и вспышки шариков внутри плазмоида. Получены следующие важные результаты: продемонстрированы образования объемных плазмоидов шарообразной и тороидальной форм; наблюдение за цветом плазмоидов показало, что они меняют цвет в течение своей жизни во время распространения (наблюдались желтые, красные, фиолетовые, зеленые цвета); зарегистрирован вылет ярко светящихся маленьких частиц из плазмоида в автономном режиме; показано, что внутри плазмоида в течение его жизни вспыхивают круглые светящиеся шарики. В результате экспериментов не было замечено высокой вариабельности от разряда к разряду. При реализации разряда стабильно воспроизводятся плазмоиды с близкими базовыми характеристиками (размер, время жизни, сила тока, скорость полета и т. д.) с разбросом до 20% от «гатчинского».
Ключевые слова: емкость, конденсаторная батарея, реактор, разрядник, сопротивление, высоковольтный источник напряжения, гатчинский разряд, шаровая молния, плазмоид, Тесла.
Авторы выражают глубокую благодарность ведущему научному сотруднику В. Н. Ищенко и старшему научному сотруднику С. А. Кочубею ИФП СО РАН имени А. В. Ржанова за помощь по сборке высоковольтной части установки.
DOI 10.25587/SVFU.2020.80.6.002
D. Ch. KM, A. S. SemenoV, Yu. V. BebikhoV, V. A. Efimov2, V. M. SpiridonoV, P. S. TatarinoV
Development and testing of the installation for studying the laboratory analog of ball lightning
'Polytechnic Institute (branch) of M.K. Ammosov North-Eastern Federal University, Mirny, Russia 2Saint Petersburg State University, Academic Gymnasium, St. Petersburg, Russia
Abstract. A spherical plasmoid is the result of a unique type of pulsed «Gatchina» discharge, in which a plasma clot grows out of the discharge and separates from the central electrode and its glow lasts in free flight for several hundred milliseconds without an external electrical power source before dissipating. To date, there is no detailed understanding of the processes that determine the key stages in the development of a pulsed «Gatchina» discharge and are necessary to establish the
ЕФИМОВ Вячеслав Алексеевич - учащийся, Санкт-Петербургский государственный университет, Академическая гимназия им. Д.К. Фаддеева.
E-mail: efimov.vch@gmail.com
EFIMOV Vyacheslav Alekseevich - Saint Petersburg State University, Academic Gymnasium n.a. D.K. Faddeev, student.
СПИРИДОНОВ Валентин Михайлович - студент 5 курса, Политехнический институт (филиал) СВФУ им. М.К. Аммосова.
E-mail: kafeiagp@rambler.ru
SPIRIDONOV Valentin Mikhailovich - 5th year student of Polytechnic Institute (branch) of M.K. Ammosov North-Eastern Federal University.
ТАТАРИНОВ Павел Семенович - старший преподаватель Политехнический институт (филиал) СВФУ им. М.К. Аммосова, кафедры ЭиАПП.
E-mail: paveltatarinov@mail.ru
TATARINOV Pavel Semenovich - sr. lecturer of the department of electrification and automation of industrial production, Polytechnic Institute (branch) of M.K. Ammosov North-Eastern Federal University.
mechanisms of formation of long-lived spherical plasmoids, so experimental studies are urgent. A setup has been created to study this type of discharge. The main units of the installation are described, including: a reactor, high-voltage equipment, current and voltage sensors, and a gas spark gap. In addition, a number of experiments are described and a set of preliminary data are included that provide a basis for further research: the discharge current and voltage across the capacitor, the shape and color of the resulting plasmoids, the ejection of particles from the plasmoid and the bursts of balls inside the plasmoid. The following important results were obtained: formations of spherical and toroidal bulk plasmoids were demonstrated; observation of the color of plasmoids showed that they change color during their life during propagation (yellow, red, purple, green colors were observed); the emission of brightly glowing small particles from the plasmoid was recorded in an autonomous mode; it is shown that round glowing balls flare up inside the plasmoid during its life. As a result of the experiments, no high variability from discharge to discharge was observed. When the discharge is realized, plasmoids with similar basic characteristics (size, lifetime, current strength, flight speed, etc.) are stably reproduced with a spread of up to 20% of the «Gatchina» one.
Keywords: capacity, capacitor bank, reactor, spark gap, resistance, high-voltage voltage source, Gatchina discharge, ball lightning, plasmoid, Tesla.
The authors express their deep gratitude to the leading researcher V. N. Ishchenko and the senior researcher S. A. Kochubei, the Institute for Physical Problems of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences named after A. V. Rzhanov for their help in assembling the high-voltage part of the installation.
Введение
За последние несколько столетий были собраны сотни свидетельств очевидцев, описывающих долгоживущие (десятки секунд) светящиеся огненные шары в небе, однако удовлетворительного объяснения таинственному поведению шаровой молнии (ШМ) пока не существует. С помощью научных приборов природную шаровую молнию удалось исследовать впервые ученым из Китая [1].
Первые сообщения о лабораторных шаровых молниях относятся к работе Николы Тесла в Колорадо-Спрингс, который впервые описал их в 1899 г. [2]. На кафедре ЭиАПП МПТИ (ф) СВФУ им. М.К. Аммосова были начаты исследования по трансформатору Тесла и его применению [3], основываясь на работе Н. Тесла. Параллельно ведутся исследования по «гатчинскому» разряду [4], первый этап которых представлен в настоящей работе.
В последнее время в разных странах активизировались работы по изучению шаровых плазмоидных разрядов в попытках не только объяснить длительное время существования шаровых плазмоидов (ШП), но и изучить механизмы их образования [5-15]. Эмиссионная спектроскопия в инфракрасном диапазоне выполнена в [7-9], абсорбционная инфракрасная спектроскопия представлена в [10], масс-спектрометрический анализ выполнен в [11], в [12] выполнены исследования на электронном микроскопе.
Однако этих исследований явно недостаточно, т. к. понимания строения и происхождения ШМ по-прежнему нет. К тому же имеются расхождения в результатах опубликованных работ. Мы полагаем, что напряжение и энергия, на которые заряжают конденсаторы, ток, который генерируется во время разряда, и длительность импульса, используемого для генерации шарового плазмоида в разряде типа «гатчинского», существенно отличаются от естественного удара линейной молнии в землю. В связи с чем для поиска природных параметров разряда, приводящих к образованию шаровых молний в атмосфере, возникает необходимость в проектировании и изготовлении установки с расширенными электрическими и энергетическими параметрами.
Целью нашей работы является создание установки для экспериментального изучения долгоживущих шаровых плазмоидов и малоизученных форм естественных электрических разрядов в атмосфере.
По вопросу практического применения ШМ укажем только, что она содержит в себе большую накопленную энергию, т. е. это некий уникальный конденсатор энергии. Запасенная энергия на единицу массы вещества ШМ превосходит все существующие накопители, чем вызывает большой интерес ученых, инженеров и технологов.
Отметим также, что предложено много теоретических моделей ШМ, но до сих пор не существует общепринятого объяснения, почему шаровая молния ведет себя таким загадочным образом. Обзор теоретических работ можно найти в [16-18].
Постановка задачи
В модели воздушной плазмы шаровые плазмоиды должны рассеяться за время рекомбинации электронов с ионами и возбужденных состояний атомов и молекул, длительность которых менее 10 мс. Это несоответствие с реальным временем указывает на то, что существует какой-то не выявленный до сих пор механизм, с помощью которого ШП стабилизируются и живут долго. Экспериментальный поиск этого потенциального механизма мотивировал нашу работу, изложенную в этой статье.
Проведенные до сих пор экспериментальные работы не дают ответа на основные вопросы, связанные со стабильностью шаровых плазмоидов и их продолжительностью времени жизни. Остаются неизученными разряды при более широком диапазоне энергий разряда и более высоком напряжении, чем сообщалось ранее. В связи с чем возникает необходимость в проектировании и изготовлении более энергоемкой установки напряжением до 20 кВ и выше.
Результаты, полученные в новых экспериментах, дадут основание для дальнейших экспериментальных исследований «гатчинской» системы. Опишем ряд экспериментов и набор предварительных данных, чтобы обеспечить основу, с которой можно продолжить наши исследования по поиску параметров, приводящих к генерации ШП, максимально приближенных к природным ШМ.
Результаты исследования
Экспериментальная установка
Для генерации шаровых плазмоидов при атмосферном давлении спроектирована и изготовлена установка типа «гатчинского» разряда [4]. Для обеспечения максимально точного описания устройства ниже будут описаны ключевые компоненты системы.
Реактор шаровых плазмоидов
Спроектированный реактор в собранном виде показан на рис. 1.
Рис. 1. Вид сверху на собранный реактор
Оба электрода реактора находятся в пластиковой (полипропиленовой) банке емкостью 7 литров, которая заполнена чистой холодной водопроводной водой.
Катод расположен таким образом, что только кончик электрода выступает над поверхностью воды примерно на 1-3 мм. Катод, который используется во всех экспериментах в данной работе, представляет собой твердый углеродный стержень диаметром 8 мм и длиной 60 мм. Катод изолирован от воды с помощью лазерной кварцевой трубки с внутренним диаметром 8 мм и наружным диаметром 12 мм. Прямой катод крепится в двух точках, для чего просверлены отверстия в центре крестовины и на дне банки. Крестовина изготовлена из поликарбоната на станке ЧПУ Высокое отрицательное напряжение подводится к катоду с помощью куска кабеля марки РК-50.
В качестве анода используется медное кольцо диаметром, равным диаметру дна банки. Кольцо располагается перпендикулярно осевой ориентации катода, т. е. плоскость анода параллельна дну банки. Этот медный электрод находится в воде на глубине примерно 160 мм ниже поверхности воды.
Высоковольтное оборудование
В первом варианте конденсаторная батарея собрана из конденсаторов ИК 5-100 с максимальным рабочим напряжением 5 кВ общей емкостью С0=500 мкФ. Электрическая схема высоковольтной цепи приведена на рис. 2. На рис. 3 показана собранная высоковольтная часть установки. Для измерения напряжения U0 на накопительной емкости С0 включен микроамперметр |mA с последовательным шунтом Rm. Заряжается С0 через зарядное сопротивление R3. При зарядке переключатель SA1 отсоединяет разрядное сопротивление Rp от конденсатора.
Рис. 2. Принципиальная электрическая схема установки
Рис. 3. Высоковольтная часть экспериментальной установки
Источник высокого напряжения PQ2 состоит из повышающего однофазного трансформатора и высоковольтного выпрямителя. Высоковольтный трансформатор намотан на ферритовом кольцевом сердечнике. Высоковольтный выпрямитель собран по схеме диодного моста.
Диодный мост собран из последовательно сдвоенных диодных столбов Д1008, шунтированных конденсатором, емкость которого выбирается из условия:
С = 2,8 • С3 • N2,
где С3 - емкость столбов относительно земли (менее 3 пФ), N - число последовательных столбов. Максимальное постоянное обратное напряжение столба по паспорту 10 кВ.
Регулирование выпрямленного напряжения в установках с полупроводниковыми диодами возможно только на стороне входного переменного тока. Для этого собран специальный регулировочный блок PQ с автотрансформатором на 230 В, 500 Вт. Регулировать выпрямленное напряжение можно в пределах 0...20 кВ. Также отметим, что предусмотрено удвоение напряжения до 40 кВ и наращивание емкости до желаемой величины параллельным их соединением.
Датчики тока и высоковольтного напряжения
Ток измеряли косвенно, по напряжению на токовом шунте R = 0,2 Ом, включенном последовательно с разрядной камерой с низковольтной стороны. Форма тока в цепи определяется развитием электрического пробоя, а его максимальное значение в основном ограничено сопротивлением водяной банки.
Напряжение с шунта и ф передается к осциллографу по коаксиальному кабелю с волновым сопротивлением 2 (рис. 4). Кабель на конце имеет согласующее сопротивление. Падение напряжения пропорционально изменяющемуся во времени току, если сопротивление шунта является чисто активным в определенном диапазоне частот:
иш {() =i {()• .
Рис. 4. Схема измерения импульсного тока в разрядной цепи с помощью токового шунта
Рис. 5. Высоковольтный делитель напряжения
Для измерения высоковольтного напряжения применяется резистивно-ёмкостный делитель напряжения с осциллографом, схема которого показана на рис. 5. Основной характеристикой делителя является коэффициент деления, определяемый как:
г + г,
K=
Ubmx Z2
где Z и Z2 - полные сопротивления высоковольтного и низковольтного плеч делителя. В нашем случае K=5000.
Чтобы коэффициент деления не зависел от частоты, требуется выполнение условия:
* — —2 * CC2 ,
которое желательно не нарушать при подключении измерительных цепей низковольтного плеча.
Для регистрации осциллограмм применялся осциллограф Tektronix TDS-2012В с полосой пропускания 100 МГц. По осциллограммам тока и напряжения оценивалась энергия, выделившаяся в межэлектродном промежутке.
Газовый искровой разрядник тригатрон
Конденсаторная батарея С0 коммутировалась с электродной системой с помощью воздушного разрядника - тригатрона собственного изготовления (рис. 3 под номером 5). Принципиальная электрическая схема поджига показана на рис. 6. При срабатывании разрядника из реактора безотказно с хлопком вылетает автономный плазмоид.
Результаты экспериментов
В первом же эксперименте проявились необычные свойства «гатчинского» разряда: образование шарообразного плазмоида с резкой границей с воздухом, которые убедили нас, что установка собрана правильно. Все результаты хорошо воспроизводятся. Добавок каких-либо растворов для изменения проводимости воды не использовали.
Ток разряда и напряжение на емкости
Типичная осциллограмма тока и напряжения на конденсаторе С0 показана на рис. 7. Первоначально батарея С0 заряжена до U0 = 4,84 кВ. Форма импульса тока определяется сопротивлением RPL плазменного канала, который намного меньше сопротивления цилиндрического объема налитой воды ЛН2О. Эти сопротивления включены последовательно, поэтому разряд конденсатора практически происходит с постоянной времени т = RH O • C0.
Рис. 6. Электрическая схема поджига газового разрядника
HantEk Ш7Щ\ J1 ы тмт Ijwl 20.0ms
Measure >
Frequency
909.0Hz
►Period
CH2\ 0.00V
0.00000Hz
Modify
Рис. 7. Осциллограмма тока (синяя) и напряжения (желтая)
Масштабы тока, напряжения и временной развертки указаны на осциллограмме. После окончания тока остаточное напряжение на конденсаторе достигает значения 1,6 кВ и остается на этом уровне. Отключение конденсатора от разрядного промежутка в автономной фазе плазмоида не производилось.
Форма и цвет образующихся плазмоидов
Все видеозаписи производились камерой EX-ZRЮ0 со скоростью записи 240 к/с и разрешением 432x320. Отсчет времени ведется с момента появления первого светящегося пятна на катоде. Погрешность определения этого момента времени не более 4 мс.
Анализ видеозаписей показал, что в основном образуются шарообразные плазмоиды, реже - тороидальные плазмоиды. На рис. 8 (а) показано образование торообразного плазмоида. Начальное напряжение на конденсаторе ПС0 = 3,85 кВ. Во всех наших экспериментах сначала всегда отрывается шарообразная форма плазмоида, которая в
процессе подъема расширяется и может трансформироваться в торообразную форму. Но чаще не превращается в тор, а просто рассеивается до полного исчезновения. В свою очередь тороидальная форма может эволюционировать назад в шароподобную форму, как показано на рис. 8 (а) в момент /=235 мс.
Очевидцы наблюдают природные шаровые молнии разных цветов. Но, помимо этого, в наших экспериментах наблюдается изменение цвета свечения плазмоидного разряда во времени в одном «выстреле», как показано на рис. 8 (б).
I = 215 мс I = 235 мс Г = 194мс Г = 218,5мс
(а) (б)
Рис. 8. Стоп-кадры образования плазмоида разной формы (а) и цвета (б)
Начальное напряжение на конденсаторе С0=500 мкФ, Пс0 = 3,74 кВ. Разряд начинается с маленького яркого светлого круглого пятна на катоде с синими стримерами. Через 8,1 мс увеличивающееся белое круглое пятно выпучивается кверху в форме купола, и яркое розовое свечение заполняет все пространство над поверхностью воды. К моменту времени 12,25 мс ярко светящийся купол вырастает до формы, которую можно описать уравнением:
( - к (( + у2 )
z = А ■ ехр К '.
В розовое свечение боковой стенки банки добавляется светло-желтый оттенок. Отличие цвета водной поверхности от цвета банки связано с отличием в их отражательной способности.
К моменту времени 78,25 мс при своем всплытии купол вытягивается в сигарообразную форму. Причем розовое и желтое свечения пропадают, и появляется синее свечение внешней оболочки плазмоида, что говорит о возможном свечении азота воздушной атмосферы. К моменту времени 107,1 мс поднимающийся светящийся купол приобретает яйцеобразную форму и «готовится» к отрыву.
К моменту времени 169 мс плазмоид, продолжая всплывать, полностью отрывается от катода. Этот стоп-кадр примечателен тем, что показывает внутреннее строение плазмоида. Данный плазмоид состоит из горячего внутреннего «ядра», который окружен желтой оболочкой, затем красно-оранжевой и, наконец, диффузной «дымчатой» оболочкой, четко граничащей с холодным не светящимся окружающим газом. При этом стенки банки светятся ярким желто-оранжевым цветом.
Выбрасывание частиц из плазмоида
Напряжение на конденсаторе ПС0 = 3,52 кВ. Под влиянием гидро-газодинамических факторов во всплывающем объеме газоразрядной плазмы содержится вода, находящаяся как в виде пара, так и в виде тонко-дисперсного тумана. На рис. 9 (а) зарегистрировано рождение светящихся маленьких шариков, вылетающих из плазмоида. На рис. 9 (б) показано появление во времени внутри плазмоида в разных местах ярких светящихся шариков, что отражает плазмохимические процессы внутри плазмоида. Здесь напряжение ПС0 = 3,96 кВ.
Обсуждение результатов
Из проведенных экспериментов следует, что плазмоиды имеют изолирующую от окружающей атмосферы пограничную оболочку, которую наблюдают многие. Хотя атмосферный азот всегда существует, но цвет границы не всегда синий, как на рис. 8 (б) (интенсивные линии N2+ 391,2 нм, 427,8 нм). Мы наблюдали еще желтый, красный и другие цвета границы. Это наводит на мысль о том, что синий цвет может давать и кальций (линии Са I 422,6 нм, Са II 393,4 нм и 396,7 нм), образовавшийся в результате диссоциации карбоната кальция, растворенного в водопроводной воде. Нельзя исключать фиолетовую систему молекулы циана CN (В2! ^ X2!,) (X = 395,33 нм, X = 399,11 нм, X = 460,61 нм).
Четко выраженная внутренняя структура плазмоида на рис. 8 (а) = 174 мс) и рис. 8 (б) ( = 169 мс) говорит о том, что излучение не относится к обычному тепловому равновесному свечению нагретого однородного тела (газа). Разные цвета внутренних оболочек говорят о том, что свечение вызывает не нагретое газовое тело с плавным профилем температуры от центра к периферии, а, возможно, хемилюминесценция продуктов газоплазменной смеси. Присутствие яркого желто-оранжевого цвета может быть связано со свечением молекулярных полос СаОН (544-567 нм и 586-651 нм) или с наличием молекул N, атомов железа или натрия. Напрашивается необходимость применения спектроскопической диагностики состава плазмоида.
Из плазмоида вылетают светящиеся маленькие частички (рис. 9, а), о чем не сообщалось ранее в других работах. При этом плазмоид имеет явно выраженную форму гриба. Это свидетельствует об интенсивном восходящем газодинамическом потоке при образовании плазмоида, который способен уносить капли и другие частички с поверхности воды. Из рис. 9 (б) следует, что плазмоид практически висит над банкой, что связано с наличием капель воды в виде полидисперсного тумана. Тогда средняя плотность вещества в сфере мало отличается от плотности окружающего воздуха и в результате ШП буквально плавает в окружающем воздухе.
4
(а) (б)
Рис. 9. Регистрация вылетающих светящихся шариков из плазмоида (а) и вспышек шариков внутри плазмоида (б)
Выбрасывание светящихся шариков из ШП объясняет эффект низкой скорости его подъема, регистрируемого в экспериментах [7, 8]. В данной работе для объяснения этого эффекта делается предположение, что плазмоиды могут содержать в себе капли воды, которые увеличивают среднюю плотность. В наших экспериментах предположение авторов [7] подтверждается.
В работах [19-21], объясняющих происхождение внутренней энергии ШМ, предполагается, что ШМ, выбрасываемая линейной молнией, поражающей почву, содержит наночастицы (нитевидную сеть наночастиц) кремния. Горение наночастиц обеспечивает внутреннюю энергию для его существования. Если при ударе молнии в землю образуются наночастицы, то они действительно могут захватываться и уноситься ШМ.
Заключение
1. Разработана и испытана лабораторная установка для экспериментального изучения шаровых плазмоидов «гатчинского» разряда.
2. Продемонстрированы образования объемных плазмоидов двух типов: шарообразной и тороидальной форм. Причем изначально шарообразная форма изредка переходит в тороидальную.
3. Наблюдение за цветом плазмоидов показало, что они меняют цвет в течение своей жизни во время распространения. На нашей установке, как и у природных ШМ, наблюдаются желтые, красные, фиолетовые, зеленые цвета плазмоидных шаров.
4. Зарегистрирован вылет ярко светящихся маленьких частиц из плазмоида в автономном режиме. Показано, что внутри плазмоида в течение его жизни вспыхивают круглые светящиеся шарики.
5. Мы не заметили особо высокую вариабельность от разряда к разряду, хотя ряд авторов отмечают это. В идентичных условиях на нашей установке стабильно воспроизводятся плазмоиды с близкими базовыми характеристиками (размер, время жизни, сила тока, скорость полета и т. д.) с разбросом до 20%.
К настоящему времени детальное понимание процессов, определяющих ключевые стадии развития импульсного «гатчинского» разряда и необходимых для установления
механизмов образования долгоживущих шаровых плазмоидов, отсутствует, поэтому экспериментальное изучение ШП все еще актуально.
На следующем этапе наших исследований планируется определение основных продуктов разряда, обусловливающих образование и свечение шарового плазмоида спектральными методами.
Л и т е р а т у р а
1. Cen J., Yuan P., Xue S. Observation of the Optical and Spectral Characteristics of Ball Lightning // Physical Review Letters. - 2014. - V. 112. - Is. 3. - No. 035001. DOI: 10.1103/ PhysRevLett.112.035001
2. Nikola Tesla. Colorado Springs Notes: 1899-1900 / Ed. A.S. Marincic. - Belgrade: Yugoslavia: Nolita, 1978.
3. The engines on the corona discharge. IYPT2019. 1. Invent Yourself [Электронный ресурс].
- Режим доступа: https://youtu.be/xtqPVszxKFg, свободный - (20.09.2020)
4. Егоров А. И., Степанов С. И. Долгоживущие плазмоиды - аналоги шаровой молнии, возникающие во влажном воздухе // Журнал технической физики. - 2002. - Т. 72. - № 12.
- С. 102-104. (Переводная версия: Egorov A.I., Stepanov S.I. Long-lived plasmoids produced in humid air as analogues of ball lightning // Technical Physics. - 2002. - V. 47. - Is. 12. - P. 1584-1586. DOI: 10.1134/1.1529952).
5. Sakawa Y., Sugiyama K., Tanabe T., More R. Fireball Generation in a Water Discharge // Plasma and Fusion Research. - 2006. - V. 1. - No. 039. DOI: 10.1585/pfr.1.039
6. Hayashi N., Satomi H., Mohri T., Kajiwara T., Tanabe T. General nature of luminous body transition produced by pulsed discharge on an electrolyte solution in the atmosphere // IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering. - 2009. - V. 4. - Is. 5. - P. 674-676. DOI: 10.1002/tee.20460
7. Versteegh A., Behringer K., Fantz U., Fussmann G., Juttner B., Noack S. Long-living plasmoids from an atmospheric water discharge // Plasma Sources Science and Technology. - 2008. - V. 17. - Is. 2.
- No. 024014. DOI: 10.1088/0963-0252/17/2/024014
8. Khorunzhiy M. O., Kuleshov A. N., Yefimov B. P. Long-living plasma excited by electric discharge in water // IEEE Transactions on Plasma Science. - 2011. - V. 39. - Is. 11-1. - P. 2648-2649. DOI: 10.1109/TPS.2011.2166408
9. Fantz U., Kalafat S., Friedl R., Briefi S. Generation of an atmospheric plasmoid from a water discharge: An analysis of the dissipated energy // Journal of Applied Physics. - 2013. - V. 114. - Is. 4.
- No. 043302. DOI: 10.1063/1.4816311
10. Friday D. M., Broughton P. B., Lee T. A., Schutz G. A., Betz J. N., Lindsay C. M. Further insight into the nature of ball-lightning-like atmospheric pressure plasmoids // Journal of Physical Chemistry A.
- 2013. - V. 117. - Is. 39. - P. 9931-9940. DOI: 10.1021/jp400001y
11. Dubowsky S. E., Friday D. M., Peters K. C., Zhao Z., Perry R. H., McCall B. J. Mass spectrometry of atmospheric-pressure ball plasmoids // International Journal of Mass Spectrometry. - 2015. - V. 376.
- P. 39-45. DOI: 10.1016/j.ijms.2014.11.011
12. Stephan K. D., Dumas S., Komala-Noor L., McMinn J. Initiation, growth and plasma characteristics of 'Gatchina' water plasmoids // Plasma Sources Science and Technology. - 2013. - V. 22.
- Is. 2. - No. 025018. DOI: 10.1088/0963-0252/22/2/025018
13. Dubowsky S. E., Deutsch B., Bhargava R., McCall B.J. Infrared emission spectroscopy of atmospheric-pressure ball plasmoids // Journal of Molecular Spectroscopy. - 2016. - V. 322. - P. 1-8. DOI: 10.1016/j.jms.2016.02.005
14. Stelmashuk V., Hoffer P. Experimental Study of a Long-Living Plasmoid Using HighSpeed Filming // IEEE Transactions on Plasma Science. - 2017. - V. 45. - Is. 12. - P. 3160-3165. DOI: 10.1109/TPS.2017.2770224
15. Шабанов Г. Д. О возможности создания природной шаровой молнии импульсным разрядом нового вида в лабораторных условиях // Успехи физических наук. - 2019. - Т. 189. - № 1.
- С. 95-111. (Переводная версия: Shabanov G.D. On the possibility of making natural ball lightning
using a new pulse discharge type in the laboratory // Physics-Uspekhi. - 2019. - V. 62. - Is. 1.
- P. 92-107. DOI: 10.3367/UFNr.2018.03.038318).
16. Donoso J., Trueba J. L., Ranada A. F. The Riddle of Ball Lightning: A Review // TheScientificWorldJournal. - 2006. - V. 6. - P. 254-278. DOI: 10.1100/tsw.2006.48
17. Shmatov M. L., Stephan K. D. Advances in ball lightning research // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. - 2019. - V. 195. - No. 105115. DOI: 10.1016/j.jastp.2019.105115
18. Yousuo Z. Conditions for producing and maintaining plasma ball lightning in the atmosphere // Advances in Atmospheric Sciences. - 1989. - V. 6. - Is. 1. - P. 62-74. DOI: 10.1007/BF02656918
19. Abrahamson J. Ball lightning from atmospheric discharges via metal nanosphere oxidation: From soils, wood or metals // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. - 2002. - V. 360. - Is. 1790. - P. 61-88. DOI: 10.1098/rsta.2001.0919
20. Abrahamson J., Dinniss J. Ball lightning caused by oxidation of nanoparticle networks from normal lightning strikes on soil // Nature. - 2000. - V. 403. - Is. 6769. - P. 519-521. DOI: 10.1038/35000525
21. Stephan K. D., Massey N. Burning molten metallic spheres: One class of ball lightning? // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. - 2008. - V. 70. - Is. 11-12. - P. 1589-1596. DOI: 10.1016/j.jastp.2008.05.014
R e f e r e n c e s
1. Cen J., Yuan P., Xue S. Observation of the Optical and Spectral Characteristics of Ball Lightning // Physical Review Letters. - 2014. - V. 112. - Is. 3. - No. 035001. DOI: 10.1103/ PhysRevLett.112.035001
2. Nikola Tesla. Colorado Springs Notes: 1899-1900 / Ed. A.S. Marincic. - Belgrade: Yugoslavia: Nolita, 1978.
3. The engines on the corona discharge. IYPT2019. 1. Invent Yourself [Elektronnyj resurs]. -Rezhim dostupa: https://youtu.be/xtqPVszxKFg, svobodnyj - (20.09.2020)
4. Egorov A. I., Stepanov S. I. Dolgozhivushchie plazmoidy - analogi sharovoj molnii, voznikayushchie vo vlazhnom vozduhe // ZHurnal tekhnicheskoj fiziki. - 2002. - T. 72. - № 12. - S. 102-104. (Perevodnaya versiya: Egorov A.I., Stepanov S.I. Long-lived plasmoids produced in humid air as analogues of ball lightning // Technical Physics. - 2002. - V. 47. - Is. 12. - P. 1584-1586. DOI: 10.1134/1.1529952).
5. Sakawa Y., Sugiyama K., Tanabe T., More R. Fireball Generation in a Water Discharge // Plasma and Fusion Research. - 2006. - V. 1. - No. 039. DOI: 10.1585/pfr.1.039
6. Hayashi N., Satomi H., Mohri T., Kajiwara T., Tanabe T. General nature of luminous body transition produced by pulsed discharge on an electrolyte solution in the atmosphere // IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering. - 2009. - V. 4. - Is. 5. - P. 674-676. DOI: 10.1002/tee.20460
7. Versteegh A., Behringer K., Fantz U., Fussmann G., Juttner B., Noack S. Long-living plasmoids from an atmospheric water discharge // Plasma Sources Science and Technology. - 2008. - V. 17. - Is. 2.
- No. 024014. DOI: 10.1088/0963-0252/17/2/024014
8. Khorunzhiy M. O., Kuleshov A. N., Yefimov B. P. Long-living plasma excited by electric discharge in water // IEEE Transactions on Plasma Science. - 2011. - V. 39. - Is. 11-1. - P. 2648-2649. DOI: 10.1109/TPS.2011.2166408
9. Fantz U., Kalafat S., Friedl R., Briefi S. Generation of an atmospheric plasmoid from a water discharge: An analysis of the dissipated energy // Journal of Applied Physics. - 2013. - V. 114. - Is. 4.
- No. 043302. DOI: 10.1063/1.4816311
10. Friday D. M., Broughton P. B., Lee T. A., Schutz G. A., Betz J. N., Lindsay C. M. Further insight into the nature of ball-lightning-like atmospheric pressure plasmoids // Journal of Physical Chemistry A.
- 2013. - V. 117. - Is. 39. - P. 9931-9940. DOI: 10.1021/jp400001y
11. Dubowsky S. E., Friday D. M., Peters K. C., Zhao Z., Perry R. H., McCall B. J. Mass spectrometry of atmospheric-pressure ball plasmoids // International Journal of Mass Spectrometry. - 2015.
- V. 376. - P. 39-45. DOI: 10.1016/j.ijms.2014.11.011
12. Stephan K. D., Dumas S., Komala-Noor L., McMinn J. Initiation, growth and plasma characteristics of 'Gatchina' water plasmoids // Plasma Sources Science and Technology. - 2013. - V. 22.
- Is. 2. - No. 025018. DOI: 10.1088/0963-0252/22/2/025018 46
13. Dubowsky S. E., Deutsch B., Bhargava R., McCall B.J. Infrared emission spectroscopy of atmospheric-pressure ball plasmoids // Journal of Molecular Spectroscopy. - 2016. - V. 322. - P. 1-8. DOI: 10.1016/j.jms.2016.02.005
14. Stelmashuk V., Hoffer P. Experimental Study of a Long-Living Plasmoid Using HighSpeed Filming // IEEE Transactions on Plasma Science. - 2017. - V. 45. - Is. 12. - P. 3160-3165. DOI: 10.1109/TPS.2017.2770224
15. SHabanov G. D. O vozmozhnosti sozdaniya prirodnoj sharovoj molnii impul'snym razryadom novogo vida v laboratornyh usloviyah // Uspekhi fizicheskih nauk. - 2019. - T. 189. - № 1. - S. 95111. (Perevodnaya versiya: Shabanov G.D. On the possibility of making natural ball lightning using a new pulse discharge type in the laboratory // Physics-Uspekhi. - 2019. - V. 62. - Is. 1. - P. 92-107. DOI: 10.3367/UFNr.2018.03.038318).
16. Donoso J., Trueba J. L., Ranada A. F. The Riddle of Ball Lightning: A Review // TheScientificWorldJournal. - 2006. - V. 6. - P. 254-278. DOI: 10.1100/tsw.2006.48
17. Shmatov M. L., Stephan K. D. Advances in ball lightning research // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. - 2019. - V. 195. - No. 105115. DOI: 10.1016/j.jastp.2019.105115
18. Yousuo Z. Conditions for producing and maintaining plasma ball lightning in the atmosphere // Advances in Atmospheric Sciences. - 1989. - V. 6. - Is. 1. - P. 62-74. DOI: 10.1007/BF02656918
19. Abrahamson J. Ball lightning from atmospheric discharges via metal nanosphere oxidation: From soils, wood or metals // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. - 2002. - V. 360. - Is. 1790. - P. 61-88. DOI: 10.1098/rsta.2001.0919
20. Abrahamson J., Dinniss J. Ball lightning caused by oxidation of nanoparticle networks from normal lightning strikes on soil // Nature. - 2000. - V. 403. - Is. 6769. - P. 519-521. DOI: 10.1038/35000525
21. Stephan K. D., Massey N. Burning molten metallic spheres: One class of ball lightning? // Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. - 2008. - V. 70. - Is. 11-12. - P. 1589-1596. DOI: 10.1016/j.jastp.2008.05.014
^iMSr^Sr
