Шаровая молния по заказу

…возникающие под действием электрического разряда или микроволнового излучения на границе раздела фаз металл-диэлектрик.

С их помощью можно поднять в небо самолет новейшей конструкции, завести машину в любой мороз и даже паять микросхемы.

Фотографии из статьи доктора физико-математических наук профессора Игоря Коссого и его коллег из Института общей физики имени Прохорова в серьезном научном журнале «Физика плазмы» больше похожи на кадры из фильма о жизни шаровой молнии. Вот она возникает, вот летит, удаляясь от источника, вот опять возвращается.

На самом деле это не вполне шаровая молния, да и возникает она не случайно, а «по заказу». Это так называемый плазмоид - сгусток металлической, как выяснилось в результате отдельного исследования, высокотемпературной плазмы. Что особенно важно - существующей на порядки дольше, чем породивший ее инициирующий разряд или импульс микроволнового излучения.

Ученые создают такие плазмоиды, изучают и пытаются управлять их свойствами не только из спортивного интереса, хотя само по себе явление интригует до крайности. Дело в том, что плазмоиды эти обещают стать незаменимыми «зажигалками» для газовых смесей в двигателях внутреннего сгорания. А еще с их помощью, возможно, удастся проводить тончайшую сварку. И если работы в этом направлении исследователи только начинают, то поведение плазмоидов в газовых смесях авторы уже довольно подробно изучили. И выяснили вот что - в самых общих чертах, конечно.

Под воздействием сравнительно небольшого короткого электрического разряда, импульса микроволнового или лазерного излучения на границе раздела фаз металл-диэлектрик образуется сгусток плазмы - как бы нагретая до нескольких тысяч градусов частичка.

Состоит она из атомов металла, а также электронов и ионов, на которые атомы частично распались. В инертном газе или в вакууме плазма эта быстро, за время, не превышающее сотню микросекунд, затухает - остывает. Что и не удивительно - энергия у нее на свечение тратится, а взять ее неоткуда.

Самое интересное начинается в атмосфере горючей - в смеси, например, метана с кислородом. Потому что в ней, как выяснили ученые, плазма начинает жить своей собственной жизнью. «Подпитываясь» энергией горючей смеси, она не затухает в сотни раз дольше, целые миллисекунды, и может перемещаться в пространстве, причем на довольно большие расстояния. И за это время плазмоиды могут очень многое успеть - ведь температура у них нешуточная, около пяти тысяч по Кельвину, - поджечь, например, остывшую на морозе газовую смесь (вот она, проблема «посаженных» зимой слабосильными свечами аккумуляторов). Или такую, которая несется с огромной скоростью - настолько высокой, что обычная искра поджечь ее просто не успевает, как костер на ветру.

С этой проблемой столкнулись создатели двигателей для сверхскоростных самолетов - поджечь газовую струю в них обычными методами не удается. А плазмоид, отрываясь от источника, несется в смеси горючих газов, как камень в лавине, и газы в конце концов нагреваются и загораются.

Интересно и то, что спектр излучения плазмоидов существенно смещен в сторону жесткого ультрафиолета, что само по себе уже повышает реакционную способность смеси газов. Под действием облучения молекулы в них диссоциируют на атомы, и «горючесть» смеси увеличивается - газ горит, упрощенно говоря, быстрее и жарче.

Исследования продолжаются - загадок в открытом явлении еще много. Но главное уже сделано - известно, как и из чего сделать источники плазмоидов, как продлить жизнь этим миниатюрным родственникам шаровых молний. Теперь наряду с теоретическими изысканиями на первый план выступает прикладной аспект - научиться плазмоиды использовать. И тогда, возможно, машины и вправду не будут «глохнуть» на морозе, потому что в двигателе каждой будет по персональной шаровой молнии.

inauka.ru