Вторник, 24.06.2025, 19:42 | Приветствую Вас Гость | Подписка на новости сайта
Меню сайта

Темы
Дождь,гроза,град [792]
Жара [620]
Засуха [213]
Землетрясение [2249]
Извержение [1104]
Космос [413]
Лавина [142]
Мороз [315]
Наводнение,цунами [1120]
Оползень,провал [357]
Пожар [681]
Сель [43]
Снегопад [768]
Теория [3177]
Торнадо,ураган [1199]
Феномены [243]
Эпидемия [2543]

Интересное
Аномальные новости

Новости криптозоологии

Календарь
«  Апрель 2025  »
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
282930

Архив новостей

Реклама

Форма входа

Главная » 2025 » Апрель » 4 » Выявили временные связи в излучении молний
12:18
Выявили временные связи в излучении молний

Коллектив ученых из ФИАН РАН и МФТИ провел детальное исследование электромагнитных излучений, сопровождающих развитие протяженных атмосферных разрядов, инициированных в лабораторных условиях. 

Впервые составлена подробная хронологическая карта генерации различных видов излучений, включая высокочастотное, сверхвысокочастотное, рентгеновское, а также оптические излучения в ближнем инфракрасном и ближнем ультрафиолетовом диапазонах. Результаты исследований позволили лучше понять механизмы генерации излучений в протяженных высоковольтных разрядах, их временные корреляции, а также определить локальные источники излучений.

Работа опубликована в Journal of Applied Physics. Исследования проведены при поддержке Российского научного фонда.

Известно, что высоковольтные атмосферные разряды, например молнии, сопровождаются излучением в широком спектре частот. Генерация того или иного вида электромагнитного излучения зависит от временной стадии эволюции разряда, параметров плазменных структур, прокладывающих путь развития разряда, параметров самой газоразрядной среды, в которой формируется разряд и многих других факторов. Механизмы генерации некоторых видов излучений в атмосферных разрядах, связанных, например, с появлением высокоэнергетичных фотонов (с энергиями более единиц кэВ) или началом эмиссии широкополосного радиоизлучения, еще недостаточно изучены.

Современные исследования показывают, что испускание разрядами радиоволн в диапазоне порядка 10–100 МГц может быть связано со вспышечным развитием стримерных корон, берущих начало от прогретых плазменных каналов – лидеров или же прорастающих от пространственных областей с повышенной ионизацией, называемых иногда изолированными структурами. Это плазменные образования, которые могут появляться на пути распространения результирующего канала разряда и развиваться независимо от него, оказывая при этом определенное влияние на его пространственную эволюцию и генерацию различных электромагнитных излучений. Однако физика быстропротекающих процессов в газоразрядной среде, определяющих генерацию сверхвысокочастотного радиоизлучения (в ГГц диапазоне частот) и высокоэнергетичных рентгеновских фотонов, до сих пор остается предметом активных научных дискуссий.

Ранее было установлено, что при инициировании лабораторных атмосферных разрядов при мегавольтных напряжениях удается зарегистрировать рентгеновские фотоны с энергиями в сотни кэВ. Эмиссия рентгеновского излучения может проявлять сложную пространственную структуру и анизотропию углового распределения, а сам «источник» генерации данного излучения способен распространяться в объеме разряда вдоль плазменных структур с ультравысокой скоростью, порядка 1010 см/сек. При этом первый источник часто возникает вдали от электродов, примерно в области середины разрядного промежутка. Кроме того, исследования выявили определенную корреляцию между появлением вспышек рентгеновского излучения и генерацией СВЧ-излучения в диапазоне 1–6 ГГц.

В рамках эксперимента ученые провели исследования на большой высоковольтной установке, способной генерировать электрические разряды длиной метрового масштаба при напряжениях в миллион вольт и токах порядка десятка килоампер. Разряд инициировался в выходном узле установки, который включал в себя два металлических электрода — отрицательно заряженный конический катод с иглой по центру и заземленный сетчатый анод, расположенных друг напротив друга на расстоянии 55 см. Когда на катод подавали высокое напряжение, в атмосферном воздухе в промежутке между электродами возникал электрический разряд, похожий на разряд реальной молнии.

Развитие разряда сопровождалось генерацией различных электромагнитных излучений. Для их регистрации вокруг установки исследователями был размещен целый комплекс приборов высокого временного и пространственного разрешения. В частности, использовались специальные сборки быстрых сцинтилляционных рентгеновских детекторов, фотоэлектронных умножителей, чувствительных к излучению в ближнем инфракрасном и ближнем ультрафиолетовом диапазонах, система из сверхширокополосных антенн для регистрации радиоизлучений. Дополнительно фиксировалась эволюция разряда с помощью наносекундной фотосъемки плазменных структур, и измерялись ток и напряжения разряда. Благодаря полученным многочисленным экспериментальным данным исследователями была создана универсальная хронологическая карта временных корреляций различных типов электромагнитных излучений, создаваемых протяженными лабораторными атмосферными разрядами (Рис. 1).

В ходе экспериментов ученые выяснили, что в самые первые моменты существования разряд развивается в виде протяженной стримерной короны — слабоионизованной плазмы, формируемой первичными стримерами, распространяющимися от катода навстречу заземленному аноду. Данной стадии развития разряда присуще интенсивное излучение в диапазоне ближнего ультрафиолета и менее интенсивное в области ближнего инфракрасного диапазона (Рис. 2). Примерно на этой же стадии развития разряда наблюдается генерация маломощного высокочастотного радиоизлучения в МГц диапазоне частот (Рис. 3).

Ситуация кардинально меняется, когда с поверхности анода стартуют встречные стримеры. Распространяясь с колоссальной скоростью — порядка десятка тысяч километров в секунду — эти стримеры за десятки наносекунд пересекают весь разрядный промежуток и формируют сложную разветвленную структуру плазменных каналов между противоположными электродами. Показано, что в этот момент резко повышается мощность как высокочастотного (МГц), так и сверхвысокочастотного (ГГц) радиоизлучений. Данный процесс, в свою очередь, сопровождается короткой по времени вспышкой ближнего инфракрасного излучения, а также появлением жесткого рентгеновского излучения. Частотно-временные характеристики радиоизлучений, зарегистрированных в ходе эксперимента, наглядно демонстрируют динамические спектрограммы на рисунках 4 и 5.

С использованием различных комбинаций сборок рентгеновских детекторов и наносекундной визуализации динамики развития плазменных структур разряда исследователям удалось показать, что генерация рентгеновского излучения может начинаться практически синхронно вдоль всего разрядного промежутка, через десятки наносекунд после первых актов взаимодействий встречных стримеров с прикатодной зоной (Рис. 6). Самые первые вспышки рентгеновского излучения при этом наблюдаются в стадии развития разряда, когда в промежутке уже сформирована сложная сеть многочисленных плазменных каналов, а предпробойный ток и напряжение разряда составляют около 500 А и 1 МВ.

Результаты измерений эмиссий рентгеновского излучения в периферийной области разрядного промежутка (с учетом данных, ранее полученных в работе показали, что на протяжении всей длины разрядного промежутка преобладает эмиссия фотонов с энергиями от 5 до 17 кэВ. Генерация фотонов с энергией в сотни кэВ (но не выше 300 кэВ) характерна для катодной, прикатодной, анодной и околоанодной областей разряда, тогда как примерно в середине разрядного промежутка (вдали от обоих электродов) наблюдаются преимущественно низкоэнергетические фотоны. В совокупности же в разряде регистрируются фотоны с энергиями вплоть до 1 МэВ (Рис. 7).

«Результаты наших исследований могут помочь в построении согласованных моделей механизмов генерации рентгеновских излучений в протяженных высоковольтных разрядах, инициированных в лабораторных условиях, и грозовых разрядах в атмосфере Земли, — отметил Ярослав Болотов, ассистент Физтех-кластера академической и научной карьеры МФТИ,  — Благодаря полученным экспериментальным данным нам удалось установить динамику процессов в газоразрядной среде и связанных с ними электромагнитных излучений, предшествующих появлению первых вспышек рентгеновского излучения. Например, было установлено, что перед началом эмиссии рентгеновского излучения плазменная система в разрядном промежутке испускает мощную вспышку в диапазоне ближнего ИК, которая фактически служит временным репером для отслеживания моментов появления первых вспышек высокоэнергетичных фотонов».

«Измерения различных излучений и результаты наносекундной визуализации динамики развития плазменных структур разряда показали, что резкие изменения в характере генерации различных электромагнитных излучений связаны с некоторыми особенностями процессов плазмообразования, возникающих, начиная с момента замыкания всего разрядного промежутка первыми результирующими плазменными каналами, которые, однако, не обладают высокой степенью ионизации. Данное наблюдение указывает на принципиально сложный характер коллективных процессов в плазменной среде, способных вызывать генерацию различных типов излучений. Мы полагаем, что проведенные исследования будут полезны для развития новых методов диагностики электрических явлений и разрядов в земной атмосфере» — рассказал Александр Огинов, кандидат физико-математических наук, исполняющий обязанности заведующего Отдела физики высоких плотностей энергии Физического института имени П.Н. Лебедева.

«Одним из достижений проведенной работы является созданная хронологическая карта, которая детально описывает ключевые временные корреляции между различными типами электромагнитных излучений в широком спектральном диапазоне. В рамках идеи масштабирования газоразрядных процессов в земной атмосфере данная карта может быть полезна для последующих поисковых теоретических и экспериментальных исследований, нацеленных раскрыть физику локальных источников и ключевых механизмов генерации сверхширокополосного радиоизлучения и высокоэнергетичных фотонов во время грозовых явлений и лабораторных атмосферных разрядов» — рассказал Егор Паркевич, кандидат физико-математических наук, исполняющий обязанности заведующего Лаборатории лазерной диагностики плазменных структур Физического института имени П.Н. Лебедева.

Результаты исследований могут помочь расширить современное представление о механизмах формирования протяженных разрядов и связанных с ними электромагнитных явлений, важных для понимания закономерностей формирования натурных молниевых разрядов и разработки новых методов их диагностики. Полученные в работе результаты могут быть использованы при совершенствовании систем грозопеленгации, молниезащиты и подавления мощных электромагнитных помех, в разработке аэрокосмической техники и в технологиях управления плазмой в импульсных электрофизических системах и устройствах, используемых в современной энергетике.

В дальнейшем ученые планируют исследовать пространственные характеристики источников рентгеновского излучения с еще большей точностью, а также разработать модели, объясняющие механизмы генерации радиоизлучений в ГГц-диапазоне частот.

https://naked-science.ru/article/column/vremennye-svyazi-v-izluch

Категория: Дождь,гроза,град | Просмотров: 83 | Добавил: Sergo | Рейтинг: 0.0/0

Последние новости

Порог потепления в полтора градуса будет пройден через три года (6)

Запах ушной серы помог диагностировать болезнь Паркинсона (5)

Выявлены особенности семей детей с ожирением (4)

Сколько ежедневной ходьбы нужно для снятия боли в пояснице (21)

Компьютерной томографии оказалось недостаточно для констатации смерти мозга (13)

Биомаркеры болезней сердца предсказали риск возникновения рака (21)

Разрешили инъекции раз в полгода для профилактики ВИЧ-инфекции (21)

Прослушивание громкой музыки в наушниках повысило риск деменции (32)

Листья лопуха помогли справиться с диабетом и золотистым стафилококком (22)

Как воспринимают мир люди с биполярным расстройством (32)

Жара увеличила риск апноэ сна на 45 процентов (20)

Генная терапия гемофилии B сохранила эффективность через 13 лет (32)

Электросудорожная терапия на треть снизила частоту суицидов при тяжелой депрессии (29)

Метаболит парацетамола вызвал анальгезию (33)

Езду на велосипеде связали со сниженным риском деменции (31)

Реактивация вируса варицелла-зостер парализовала половину лица китаянки (32)

Сахар из морских огурцов назвали перспективным средством от рака (31)

Вероятность получить слабоумие связали с местом проживания (32)

Экосистемы с обилием бабочек лучше адаптировались к внезапным засухам (36)

Как защитить дома от землетрясений на Крайнем Севере (60)

Брак повысил шансы выжить при раке кишечника (50)

Таурину не разрешили считаться маркером старения (50)

Факторы в ходе психоделических исследований (60)

Нашли способ борьбы с раком с помощью света и рентгена (58)

Самый теплый период в истории Земли вызвали не пожары (69)

Российские ученые научились модифицировать белки для борьбы с болезнями (77)

Близость океана связали с увеличением ожидаемой продолжительности жизни (73)

Вирулентность чумной палочки уменьшалась в ходе каждой пандемии (70)

Снижение массы тела в среднем возрасте надолго снизило заболеваемость (75)

Глобальное потепление назвали причиной роста частоты рака у женщин (86)

Составили портрет типичного пациента с хроническими заболеваниями (103)

Англия первой в мире запустила кампанию по вакцинации от гонореи (106)

Куркума и зеленый чай замедлили старение (111)

У культуристов-профи оказался в пять раз выше риск внезапной сердечной смерти (107)

Бессонницу объяснили личностными особенностями человека (116)

Лето 2025 года в России станет одним из самых жарких в истории наблюдений (102)

Сидячий образ жизни после инфаркта увеличил риск его повторения (106)

Американка умерла от прионного заболевания спустя полвека после заражения (108)

Соотношение окружности талии к росту предсказало сердечную недостаточность (103)

ВОЗ порекомендовала моновалентные вакцины от ковида (209)

Европе предрекли эндемичность по лихорадкам денге и чукунгунья (118)

Потепление на полтора градуса пойдет на пользу сибирской тайге (108)

Ожирение в детстве в 4 раза повысило вероятность долгосрочного отпуска по болезни (124)

Вспышки озарения активизировали связи в мозге и улучшили память (222)

Как устроена новая вакцина от аллергии на кошек (127)

«Лежачий небоскрёб в Саудовской Аравии может изменить климат в регионе (125)

Микроповреждения в имплантатах из композита ускорили их срастание с костью (107)

Атмосфера сохраняет «память» о муссонах в виде водяного пара (102)

Физики назвали возможную причину экстремально холодных зим в Европе (211)

Удаление миндалин оказалось эффективнее лазерной тонзиллотомии (105)

Поиск


Популярное

На Восточное побережье США надвигается "Франкеншторм". Он уже забрал 20 жизней (28588)

Человечество вступило в эпоху природных катаклизмов (19486)

Эпидемия бубонной чумы вспыхнула на Мадагаскаре (10437)

«Сэнди» признан вторым самым дорогим ураганом в истории США (10339)

Супервулкан может проснуться в любой момент (8718)

Сегодня по всему миру произошло 49 землетрясений (7278)

30 тысяч человек умирает ежегодно от амариллеза (6762)

Большая грудь сокращает жизнь на годы (5754)

Остров ВИЗЕния (5485)

Англия: зима в начале мая (5237)

Карнавал в Венеции начался с наводнения (5151)

Гигантская Фабианская дыра продолжает расти (5142)

Гипотеза о СПИД (4982)

Селевой поток опять обрушился на уезд Илян (4945)

Число пострадавших от наводнения в Мордовии достигло 4,5 тысяч человек, подтоплено более 2 тысяч домов (4821)

В Москву идет жара (4808)

Вода в реке Белой в Адыгее не может очиститься из-за 5-километрового оползня (4766)

Ураган в Москве 06.05.2012 (4744)

В Англии уходящий год признан самым дождливым в истории метеонаблюдений (4683)

Десятки домов затоплены в Узбекистане в результате наводнения (4648)

Из-за извержения Попокатепетля в Мехико объявлен высший уровень опасности (4613)

Ученые установили точную дату Всемирного потопа (4607)

Йеллоустонский супервулкан (4602)

Землетрясение в Армении (4597)

Пятидесятиградусные морозы пришли в Якутию (4586)

Семь новых природных чудес света (4585)

Самые большие и опасные вулканы мира (4573)

На планете появился новый вид облаков - Асператус (4568)

Вулкан Санторин, погубивший минойскую цивилизацию на Крите, вышел из многолетней спячки (4553)

Жара в Норильске побила 30-летний рекорд (4496)

Совсем скоро человечество ждёт всемирная катастрофа (4464)

В Крыму зарегистрировали землетрясение мощностью 1-2 балла по шкале Рихтера (4393)

Власти борятся с наводнением на Бали (4373)

Как мы измеряем силу землетрясений? (4308)

Самые удивительные природные феномены (4197)

Йеллоустоун взорвется осенью и в мире начнется Апокалипсис (4148)

Изменение климата (4087)

Зимняя гроза на Кузбассе (4064)

У островов Фиджи произошло землетрясение магнитудой 5,5 (3961)

Волну-убийцу создали в обычном бассейне (3938)

Copyright Sergo © 2012-2025

Яндекс.Метрика