Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Создана универсальная установка для изучения миниатюрных аналогов столбчатых красных спрайтов, имеющая три модификации (№1, №2 и №3). В установке №1 использовалась кварцевая трубка длиной до 230 см и внутренним диаметром 5 см при толщине стенок 2.5 мм. Это позволило формировать в воздухе низкого давления плазменные диффузные струи (ПДС) красного цвета длиной до двух метров. В установке №2 внутренний диаметр разрядной трубки был увеличен до 14.2 см, что позволило увеличить диаметр ПДС красного цвета, инициируемых ёмкостным разрядом. При импульсно-периодическом режиме разряда в трубке большого диаметра получены данные о размерах и свойствах ПДС, в том числе, встречных с различной и одинаковой полярностью фронта. В отчёте приводятся фотографии свечения разряда в различных режимах. С трубкой большого диаметра подтверждено, что при одинаковой полярности импульсов напряжения излучение встречных ПДС подавляется. Показано, что во время столкновения разно полярных ПДС, формируемых от двух генераторов, яркость свечения разрядной плазмы между кольцевыми электродами увеличивается. Установка №3 была укомплектована коллектором для измерения параметров пучков убегающих электронов (ПУЭ). Из полученных на установке №3 результатов следует, что при давлениях воздуха 1 и 0.4 Торр одновременно с формирования ПДС от плазмы, создаваемой импульсно-периодическим ёмкостным разрядом, генерируется пучок убегающих электронов. Проведённые исследования показали, что, при формировании ПДС импульсно-периодическим ёмкостным разрядом, пучок убегающих электронов генерируется в отсутствии контакта инициирующей плазмы с металлическими катодом. Установлено, что амплитуда ПУЭ увеличивается с ростом напряжения генератора и, при учёте прозрачности сетки, с коллектора, имеющего диаметр приёмной части 2 см, может превышать 25 мА. Длительность импульса тока пучка на полувысоте при давлении воздуха 1 Торр составила около 3 нс, а его плотность была около 8 A/см^2. Из экспериментов следует, что убегающие электроны (УЭ) набирают основную энергию в области около электродов, где реализуется наибольшая напряжённость электрического поля. Высказано предположение, что при формировании отрицательных стримеров в красных спрайтах, существенную роль играют убегающие электроны. При этом, УЭ ускоряются в областях максимального приведённого электрического поля при инициировании стримеров и влияют на форму верхней части красных спрайтов, увеличивая диаметр отрицательных стримеров, которые распространяются вверх. При экспериментальном моделировании ПДС было обнаружено, что при p = 0.4 Торр свечение плазмы у торца коллектора появлялось раньше, чем в части трубки между правым кольцевым электродом и коллектором. Это можно объяснить инициированием встречного стримера в этой области убегающими электронами и тормозным рентгеновским излучением из коллектора под воздействием ПУЭ. При p = 1 Torr пучок убегающих электронов также приходил на коллектор раньше фронта ПДС, но не успевал инициировать у коллектора обратный стример. В результате проведенных расчётов и сопоставления их с экспериментальными данными показано, что при подаче напряжения отрицательной полярности на пару кольцевых электродов происходит зажигание электрического барьерного разряда в виде протяженных диффузных струй внутри длинной диэлектрической трубки. На основе расчётов по созданной теоретической модели получены данные о концентрации основных заряженных частиц, а также об электрическом поле при формировании стримеров. Установлено, что распространение плазменного канала в трубке за пределами межэлектродного промежутка происходит по стримерному механизму, когда на вершине канала реализуются сверхвысокие (свыше 1000 Тд) напряженности поля, достаточные для формирования потока убегающих электронов. https://applphys.orion-ir.ru/appl-24/24-2/PF-24-2-031_RU.pdf https://link.springer.com/article/10.1134/S1063780X24601044 https://link.springer.com/article/10.1007/s11182-024-03240-y https://hcei.tsc.ru/files/ru/nauka/conference/efre-2024/S5-P-022902.pdf

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Разработана установка для изучения миниатюрных аналогов голубых струй, имеющая внутренний диаметр кварцевой трубки 5 см и электроды в виде острий с радиусом округления 0.1 мм, разряд между которыми эмитировал разряд молнии, которая инициирует голубую струю. Показано, что цвет плазменных диффузных струй (ПДС) зависит от давления воздуха и при высоких давлениях (10 Торр и более) становился голубым, а при давлениях около 1 Торр имел красный цвет. При давлениях менее 0.5 Торр на цвет красных спрайтов существенное влияние могли оказывать пары воды. Установлено, что при относительной влажности воздуха 50% и давлении сотые доли Торр цвет разряда становится белым. Продемонстрировано, что при давлениях воздуха 10 и 28 Торр, которые относятся к области формирования или распространения голубых струй, ПДС начинают приобретать голубой цвет. Показано, что при увеличении давления воздуха форма ПДС начинает зависеть от полярности высоковольтного электрода. При отрицательной полярности диаметр ПДС существенно возрастает и достигает внутренней стенки кварцевой трубки. Однако длина ПДС при этом становилась короче. С увеличением давления до 28 Торр и положительной полярности импульсов напряжения цвет всей струи становится голубым, а её длина начинает существенно превышать длину струи при отрицательной полярности. При давлениях воздуха 75 и 100 Торр, которое соответствует давлению воздуха на высоте инициирования голубых струй в атмосфере Земли, эти тенденция сохранялась. Определены скорости распространения фронта плазменных диффузных струй, фронта первых стримеров, для давлений, соответствующих условиям формирования красных спрайтов. В условиях формировании отрицательных стримеров зарегистрирован пучок убегающих электронов (УЭ). Установлено, что регистрируемый пучок УЭ в ПДС формируется только при генерации отрицательных стримеров. Соответственно в красных спрайтах он должен быть направлен вверх от поверхности Земли при формировании отрицательных стримеров. При напряжении на электродах 25 кВ пучок УЭ был зарегистрирован на расстоянии 17 см от области электронов. Показано, что УЭ генерируются в области максимального электрического поля и опережают фронт первого отрицательного стримера. Голубые струи, как известно, состоят из положительных стримеров и направлены вверх от поверхности Земли. Как известно, напряженности электрического поля для формирования положительных стримеров требуются существенно меньшие, чем для отрицательных. Это определяет формирование голубых струй только за счёт положительных стримеров при сравнительно высоких давлениях воздуха (до 100 Торр). Спектральные измерения показали, что при формировании миниатюрных голубых струй в их спектре излучения наблюдаются только вторая положительная (2+) и первая положительная (1+) системы азота. Красные оттенок высотным разрядам придаёт излучение 1+ системы, но в струях голубого цвета её излучение также присутствует. Изменение цвета струй, как показали измерения, происходит за счет увеличения отношения между интенсивностями 2+ и 1+ системами азота. Установлено, что при формировании мини голубых струй их форма сильно зависит от полярности электрода, используемого для их инициирования. При инициировании ПДС импульсно-периодическим емкостным разрядом, не имеющем прямого контакта с металлическими электродами, пучок УЭ регистрировался только при подаче импульсов напряжения положительной полярности. Создана установка с металлическими электродами, в которой формировался разряд с голубой струёй. Однако пучок электронов не был зарегистрирован ни при положительной полярности импульса напряжения, ни при отрицательной. С помощью коллектора пучок убегающих электронов при давлении воздуха 90 Торр и величине произведения межэлектродного зазора d на давление воздуха p (pd = 108 кВ×Торр был зарегистрирован на установке с металлическим катодом в виде острия. При уменьшении величины произведения межэлектродного зазора на давление воздуха амплитуда пучка УЭ увеличивалась, а при увеличении уменьшалась. Отметим, что в более широком диапазоне давлений регистрировать тормозное рентгеновское излучение из анода, который был изготовлен из латунной сетки или тонкой фольги. Таким образом, при увеличении электрического поля в условиях формирования отрицательных стримеров возможно формирование пучков электронов. В красных спрайтах такие условия возможны при формировании отрицательных стримеров из области “glow”, а при формировании голубых струй только в верхней части гигантских голубых струй на высотах более 60 км. Была создана авторская вычислительная программа, позволившая моделировать развитие разряда в геометрических конфигурациях, близких по параметрам к условиям экспериментов. Результаты расчетов позволяют в деталях проследить пространственно-временную картину развития пробоя в экспериментальных конфигурациях электродов и выявить условия для генерации пучка убегающих электронов при использовании импульсов напряжения отрицательной полярности. https://applphys.orion-ir.ru/appl-24/24-2/PF-24-2-031_RU.pdf https://link.springer.com/article/10.1134/S1063780X24601044 https://link.springer.com/article/10.1007/s11182-024-03240-y https://hcei.tsc.ru/fi les/ru/nauka/conference/efre-2024/S5-P-022902.pdf https://doi.org/10.1134/S1063780X24601044 https://elibrary.ru/item.asp?id=74133920 https://doi.org/10.1007/s11182-024-03240-y https://doi.org/10.1134/S1062873824710547 https://doi.org/10.1007/s11182-025-03522-z https://doi.org/10.37394/232033.2025.3.21 https://doi.org/10.51368/1996-0948-2024-2-31-37 https://doi.org/10.51368/1996-0948-2025-5-64-70 https://doi.org/10.61011/PJTF.2025.06.59928.20152 https://doi.org/10.61011/PJTF.2025.01.59520.20036