|
Новое физическое явление, связанное с молниями
|
|
|
|
Российские физики зарегистрировали новую форму электромагнитного излучения длинной искры. Этот субнаносекундный импульс возникает перед главной стадией высоковольтного разряда, подобного грозовому. Знание свойств таких импульсов важно для понимания природы грозовых явлений, а также для разработок в области молниезащиты: мощные короткоимпульсные излучения можно рассматривать как поражающие факторы молнии.
|
|
|
|
Лаборатория моделирования геофизических плазменных явлений ИПФ РАН под руководством кандидата физико-математических наук Михаила Гущина активно занимается изучением импульсных излучений электрических разрядов, в том числе – молниевых. Поскольку практически невозможно предсказать, когда и где произойдет разряд молнии, для проведения экспериментов физикам приходится создавать лабораторные модели этого явления.
|
|
|
|
Отдел геофизической электродинамики ИПФ РАН, в состав которого входит лаборатория, давно сотрудничает с ВНИЦ РФЯЦ-ВНИИТФ (г. Истра Московской области). Ранее в рамках гранта Российского научного фонда под руководством ведущего научного сотрудника ВНИЦ Владимира Сысоева исследователи работали с моделью грозовой ячейки, которая представляет собой генератор облака водяного пара, заряжаемого до электрического потенциала более одного мегавольта относительно земли.
|
|
|
|
Уже тогда они предположили существование нового вида микроволнового излучения длинной искры – короткого, мощного, одиночного импульса, возникающего перед главной стадией разряда. Ученые классифицировали его как сверхширокополосный электромагнитный импульс (СШП ЭМИ).
|
|
|
Подтвердить догадку помог новый эксперимент. На этот раз использовался мощный генератор Маркса, который позволяет работать при импульсном напряжении до шести мегавольт и способен формировать искровые разряды длиной до нескольких десятков метров. Ученые смоделировали удар молнии в заземленный объект, при этом длина искры составляла более четырех метров.
|
|
|
|
Для постановки эксперимента необходимо было решить проблему с оборудованием, способным зафиксировать сверхкороткий импульс и измерить его параметры. Обычно приборы, предназначенные для регистрации электромагнитных сигналов, связанных с грозовой активностью, имеют микросекундное временное разрешение. Для фиксации сверхкоротких импульсов исследователи подобрали отечественное широкополосное оборудование с нано- и пикосекундным временным разрешением, разработали специальную методику измерений.
|
|
|
|
В результате экспериментов исследователи установили, что СШП ЭМИ длительностью около 200 пикосекунд и временем нарастания фронта около 100 пикосекунд наблюдаются более чем в половине положительных разрядов, и заметно реже в отрицательных разрядах.
|
|
|
|
«В течение двух экспериментальных кампаний (октябрь 2022 и сентябрь 2023) мы изучили около 300 длинных искровых разрядов и достоверно установили наличие ранее неизвестного эффекта при развитии молний. Нам удалось зафиксировать волновую форму импульсного излучения, измерить ключевые параметры. Сигнал довольно необычен по своей форме; это практически “однополярный” импульс. Он мощный, одиночный и очень короткий. Генерацию такого субнаносекундного импульса можно рассматривать как новое физическое явление», – рассказал Михаил Гущин.
|
|
|
|
Открытие ученых ИПФ РАН и ВНИЦ РФЯЦ-ВНИИТФ интересно не только для фундаментальной науки о быстрых процессах в длинном искровом разряде. Обнаруженные импульсы можно считать еще одним поражающим фактором молнии, опасным, в первую очередь, для электроники. Это явление требует дальнейшего изучения для понимания конкретных механизмов генерации импульсов и оценки возможных последствий.
|
|
|
|
Источник
|
