Ученые исследовали искусственную молнию с субнаносекундным разрешением
Характеристики электромагнитного излучения длинных искровых разрядов с субнаносекундным временным разрешением впервые измерены командой российских ученых, 24 марта сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу Института прикладной физики (ИПФ) РАН.
Исследователи ИПФ РАН совместно с сотрудниками высоковольтного научно-исследовательского центра (ВНИЦ) Российского федерального ядерного центра — Всероссийского научно-исследовательского института технической физики им. академика Е. И. Забабахина и Нижегородского государственного университета занимаются фундаментальным изучением эффектов генерации электромагнитного излучения высоковольтными разрядами на длинных воздушных промежутках.
Полученные знания будут полезны при разработке приложений, связанных с мониторингом грозовой активности, защитой оборудования от высоковольтного пробоя и электромагнитных помех.
Если излучение на частотах до нескольких десятков мегагерц в настоящее время широко используется для локализации и картирования грозовых явлений, а также для оценки их энергии и динамики, то более высокочастотный гигагерцовый диапазон измерений освоен в меньшей степени.
При этом в публикациях последних лет указывается, что длинные искровые разряды (в том числе молнии) могут быть также источниками короткоимпульсного микроволнового излучения, порождаемого очень быстрыми переходными процессами при взаимодействии мелкомасштабных элементов длинной искры, называемых стримерами.
Созданная во ВНИЦ физическая модель грозовой ячейки, представляющая собой генератор облака водяного пара, который заряжается до электрического потенциала более одного мегавольта относительно земли, и генератор импульсных напряжений 6 МВ, может создавать разряды, моделирующие разные стадии молнии в условиях, максимально приближенных к натурным.
С ее помощью ученые, используя современную быстродействующую аппаратуру, проводят детальные лабораторные исследования тонких особенностей длинного искрового разряда.
В недавнем эксперименте исследователи впервые зарегистрировали импульсное микроволновое излучение длинной искры в форме сверхширокополосных (СШП) электромагнитных импульсов (ЭМИ), которые возникали при стримерных вспышках, предшествующих главной стадии молнии.
Были измерены параметры излучения. Фронт нарастания СШП ЭМИ составляет от 50 до 100 пикосекунд и включает в себя несколько осцилляций электромагнитного поля. Частотный спектр импульсов достигает почти до 10 гигагерц. Также получены абсолютные амплитудные значения напряженностей электрического и магнитного полей и определена поляризация излучения. В направлении тока разряда она оказалась близкой к линейной.
Результаты исследования важны для понимания динамических свойств микроволнового излучения молниевых разрядов, которое является индикатором процессов в облаке, предшествующих главной стадии молнии, также источником помех работы электронной техники в условиях грозы.
Количественные данные СШП ЭМИ, возникающих в процессе развития длинного искрового разряда, позволят верифицировать данные разрабатываемых теоретических моделей грозовых разрядов и лучше понять быстропротекающие процессы в них, считают разработчики.
