^аНИИ Радиофизики при СПбГУ

^бНИИ Физики при СПбГУ

Опыт изучения плазмы показывает, что переход к неравновесным условиям связан в целом с расширением диапазона проявляемых ею свойств и усложнением протекающих процессов. Эти обстоятельства предъявляют повышенные требования к арсеналу методических и аппаратных средств плазменной диагностики. Случайный характер некоторых нестационарных сильно нелинейных процессов в плазме высокого давления, для адекватного описания требующих измерения пространственно-временных распределений, как минимум, нескольких параметров одновременно, делает задачу их диагностики крайне проблематичной.

В рамках процессов такого рода значительный интерес как для практики сегодняшнего дня, так и для поиска новых физических явлений представляет формирование на основе плазмы накопителя для хранения энергии в нетепловой форме с относительной устойчивостью и обеспечение условий для эффективной накачки его из одного канала и контролируемого сброса энергии в другой. Этот интерес вызван не только необходимостью совершенствования источников электромагнитного излучения, но особенно касается проблемы шаровой молнии и привлечен большой энергоемкостью плазмы, многократно превосходящей возможности химии. Однако решение указанной проблемы в рамках только физики плазмы осложнено противоречивостью сочетания высокой плотности энергии и низкого темпа ее релаксации.

Ввиду того, что в отношение к шаровой молнии стандартно применяемые диагностические возможности оказались недостаточно информативными, длительные попытки ее воспроизведения в лаборатории и теоретического осмысления лишь в последние десятилетия привели к результатам, дающим надежды на успех. Эти результаты, основывающиеся на достижениях науки в целом, определяют круг явлений, составляющих предполагаемую физическую природу феномена и приходящихся на стык ряда областей физики, прежде всего физики плазмы и физики конденсированного состояния. Согласно совокупности имеющихся данных основой шаровой молнии является метастабильное вещество с энергией, характерной для сильно ионизированной плазмы, в то время как его метастабильность определяется относительной устойчивостью разделения зарядов, характерной для конденсированного состояния. Такое вещество должно обладать пониженной плотностью и существовать только при достаточно низкой температуре в виде металла (Маныкин Э.А. с соавторами) и диэлектрика (Бычков В.Л.). К настоящему времени существование метастабильного вещества в простейших формах экспериментально подтверждено, однако достигнутые параметры пока далеки от требуемых и позволяют воспроизводить лишь некоторые свойства естественно возникающих объектов. Тем не менее, для дальнейшего продвижения исследований необходим анализ эффектов, наблюдаемых в эксперименте.

Значительная доля полученных результатов связана с плазмой, содержащей конденсированную фазу. Основным способом ее создания является электрический эрозионный разряд в различных вариантах. В настоящей работе представлен ряд эффектов, выявляющих особенности такой плазмы, проясняющих некоторые свойства и физические условия образования метастабильного вещества. Они показывают, что эрозионная плазма, создаваемая в наиболее неравновесных режимах, содержит металлические, диэлектрические и металл-диэлектрические частицы, связывающие разделенные заряды разного знака с высокой концентрацией, а подвижность электронов весьма низка. В этих условиях повышается роль излучения в процессах переноса энергии, а плазма по своим свойствам приближается к метастабильному веществу диэлектрику.

Особенностью такой плазмы является существование в ней сильно выраженного коммутационного эффекта. Эрозионный радиально-щелевой разряд обладает способностью коммутировать значительные токи при напряжениях, характерных для высоковольтных линий передачи. Благодаря этому изучается возможность создания на его основе аппарата для защиты от перенапряжений и применения в сетях Ленэнерго.