Учёные из ФИАН РАН и МФТИ впервые составили подробную хронологическую карту излучений, которые сопровождают атмосферные разряды, подобные молниям, созданные в лаборатории. Они изучили высокочастотное (10–100 МГц), сверхвысокочастотное (1–6 ГГц), рентгеновское, а также оптическое излучение в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах. Эксперименты на установке с напряжением 1 миллион вольт показали, как разные виды излучений связаны во времени и где в разряде они возникают. Результаты помогут лучше понять физику молний и улучшить системы их диагностики.
Изображение сгенерировано Kandinsky
Разряд создавали между двумя электродами на расстоянии 55 см: коническим катодом с иглой и сетчатым анодом. При подаче высокого напряжения возникал разряд, похожий на молнию, а специальные приборы фиксировали излучения. На ранней стадии разряд формировал стримерную корону — слабоионизованную плазму, излучающую ультрафиолет и слабый инфракрасный свет, а также маломощное радиоизлучение в МГц-диапазоне. Когда встречные стримеры с анода пересекали промежуток за десятки наносекунд, появлялись мощные вспышки: радиоизлучение в МГц и ГГц-диапазонах усиливалось, возникал инфракрасный свет и рентгеновское излучение с энергией фотонов до 1 МэВ.
Исследование показало, что рентгеновское излучение начинается через десятки наносекунд после встречи стримеров, чаще всего в середине разрядного промежутка, где преобладают фотоны с энергией 5–17 кэВ, а у электродов — до 300 кэВ. Карта излучений выявила, что перед рентгеновскими вспышками появляется мощная инфракрасная вспышка, которая служит маркером. Эти данные помогут разработать модели молний, улучшить системы грозопеленгации, молниезащиты и управления плазмой в энергетике, а также понять, как возникают высокоэнергетические фотоны и радиоизлучение в природных разрядах.
