Физики нашли порог рождения плотной плазмы при электрическом разряде в воздухе
Физики впервые установили точный порог давления, при котором электрический разряд в воздухе начинает создавать плотную металлическую плазму за счет испарения катода. Это открывает новые возможности для управления плазменными процессами и синтезом наноматериалов.
Источник: Новости науки.
МОСКВА, 13 июля. /Новости науки/. Российские физики впервые обнаружили порог давления воздуха, при котором меняется механизм образования плотной плазмы в электрическом разряде. Исследование показало, что при давлении выше 100 миллиметров ртутного столба плазма формируется за счет взрывного испарения материала катода, тогда как при более низком давлении разряд развивается только благодаря ионизации газа. Об этом сообщила пресс-служба Российского научного фонда.
Полученные результаты позволяют управлять процессами образования плазмы, что важно для создания металлических наночастиц, повышения надежности высоковольтных коммутаторов и развития импульсной энергетики. До сих пор считалось, что первые наносекунды после электрического пробоя практически невозможно изучить напрямую, поэтому происхождение плотной прикатодной плазмы оставалось предметом дискуссий.
«Взрывные катодные процессы конкурируют с объемной ионизацией воздуха, и мы впервые увидели четкую границу, на которой один механизм сменяется другим. Снижение давления всего на несколько десятков миллиметров ртутного столба относительно 100 миллиметров ртутного столба — и взрывной выброс металла с катода полностью исчезает, разряд переходит в режим, управляемый объемной ионизацией газа», — рассказал руководитель проекта, старший научный сотрудник Физического института имени П. Н. Лебедева РАН Егор Паркевич.
Исследование выполнили ученые ФИАН, Московского физико-технического института и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. В экспериментах использовалась медная проволока толщиной около 100 микрометров в качестве катода, а за процессом наблюдали с помощью пикосекундной лазерной диагностики, позволяющей получать до 18 кадров за один импульс с пространственным разрешением 2–3 микрометра. Исследователи установили, что при давлениях от 100 до 760 миллиметров ртутного столба микронеровности на поверхности катода менее чем за одну наносекунду взрывообразно испаряются, образуя облако металлической плазмы с плотностью электронов, примерно в десять раз превышающей максимально возможную при полной ионизации воздуха.
Ранее было известно, что в электрических разрядах плотная плазма возникает у поверхности катода уже в первые наносекунды после пробоя, однако оставалось неясно, образуется ли она из окружающего воздуха или из материала электрода. Новая работа впервые показала существование четкой границы между этими двумя механизмами. В дальнейшем ученые планируют изучить свойства возникающих при разряде металлических наночастиц и проверить возможность масштабирования обнаруженного эффекта на многоострийные катодные системы.
Полученные результаты позволяют управлять процессами образования плазмы, что важно для создания металлических наночастиц, повышения надежности высоковольтных коммутаторов и развития импульсной энергетики. До сих пор считалось, что первые наносекунды после электрического пробоя практически невозможно изучить напрямую, поэтому происхождение плотной прикатодной плазмы оставалось предметом дискуссий.
«Взрывные катодные процессы конкурируют с объемной ионизацией воздуха, и мы впервые увидели четкую границу, на которой один механизм сменяется другим. Снижение давления всего на несколько десятков миллиметров ртутного столба относительно 100 миллиметров ртутного столба — и взрывной выброс металла с катода полностью исчезает, разряд переходит в режим, управляемый объемной ионизацией газа», — рассказал руководитель проекта, старший научный сотрудник Физического института имени П. Н. Лебедева РАН Егор Паркевич.
Исследование выполнили ученые ФИАН, Московского физико-технического института и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. В экспериментах использовалась медная проволока толщиной около 100 микрометров в качестве катода, а за процессом наблюдали с помощью пикосекундной лазерной диагностики, позволяющей получать до 18 кадров за один импульс с пространственным разрешением 2–3 микрометра. Исследователи установили, что при давлениях от 100 до 760 миллиметров ртутного столба микронеровности на поверхности катода менее чем за одну наносекунду взрывообразно испаряются, образуя облако металлической плазмы с плотностью электронов, примерно в десять раз превышающей максимально возможную при полной ионизации воздуха.
Ранее было известно, что в электрических разрядах плотная плазма возникает у поверхности катода уже в первые наносекунды после пробоя, однако оставалось неясно, образуется ли она из окружающего воздуха или из материала электрода. Новая работа впервые показала существование четкой границы между этими двумя механизмами. В дальнейшем ученые планируют изучить свойства возникающих при разряде металлических наночастиц и проверить возможность масштабирования обнаруженного эффекта на многоострийные катодные системы.
