Пятница, 03.05.2024, 14:37
Приветствую Вас Гость |
|
|
Распад шаровой молнии Если вкратце проанализировать, в применении к плазменно-пучковой системе ШМ, такие процессы взаимодействия плазмы с электронным пучком, как релаксация пучка в плазме, развитие и стабилизация пучковой неустойчивости, процессы трансформации колебаний в электромагнитные волны, образование и коллапс каверн, возникновение параметрических неустойчивостей, то с их помощью можно объяснить ряд наблюдаемых свойств шаровой молнии, в частности ее завершающей стадии: взрыва или «испарения» без образования ударных волн в среде.
Рассмотрим процесс «испарения» шаровой молнии.
В системе ШМ действуют параллельно два механизма релаксации электронного пучка при его взаимодействии с плазмой:
1) ударная ионизация (выравнивание температуры электронного пучка с температурой электронов плазмы). Осуществляется с помощью процессов ударной ионизации и возбуждения газовой среды. Хотя термин «ударная» ионизация здесь, как и в случае с линейной молнией, довольно таки условен. Из-за относительно большого неэкранированного заряда пучка вырывание электронов из атомов происходит до прямого столкновения пучка с частицами среды, под действием электрического поля;
2) бесстолкновительная релаксация электронного пучка в плазме – передача энергии пучка плазменным волнам. При этом в плазме развивается пучковая неустойчивость (т.е. рост амплитуды плазменных волн) которая, вследствие нелинейного взаимодействия с пучком и выходом плазменных колебаний из резонансной с пучком области, стабилизируется (прекращается ее рост).
Релаксацию можно интерпретировать также как процесс потери энергии электронного пучка с течением времени, при котором дальнейшее стационарное существование плазмы невозможно, т.к. она образовалась и поддерживалась энергией пучка.
Важную роль в релаксации электронного пучка в плазме шаровой молнии занимает время релаксации. Под «временем релаксации» следует понимать промежуток времени, в течение которого энергия пучка сравнивается с энергией теплового движения частиц плазмы. При этом увеличивается скорость рекомбинационных процессов, в результате которых плазма прекращает свое существование и превращается в обычный газ (воздух).
Если время релаксации высокоэнергичного электронного пучка в плазме мало, т.е. за малый промежуток времени плазме передается большое количество энергии, то тепловая энергия частиц плазмы резко возрастает, что вызывает быструю диффузию ионов и электронов в окружающую среду – происходит термодинамический взрыв плазмы. При этом существенную роль могут играть также различные нестабилизированные неустойчивости, возникающие в плазме в момент быстрой релаксации пучка.
Однако, в плазменно-пучковой системе ШМ более вероятен другой процесс, а именно: «медленная» релаксация пучка в плазме, в среднем от нескольких секунд до нескольких минут. Это время, по существу, и определяет время «жизни» шаровой молнии. Следует учитывать, что оно существенно зависит от энергии запертого электронного пучка и поэтому может значительно отличаться от вышеуказанной величины.
Так как процесс релаксации происходит относительно медленно, то плазма успевает путем теплопередачи, излучения и т.п. процессов отдать часть своей энергии окружающей среде, при этом температура плазмы и соответственно тепловая энергия частиц ее составляющих возрастать не будет, а значит, не будет и изменения состояния плазмы в течение всего времени торможения электронного пучка до тепловых скоростей. При этом завершающая стадия существования плазмы, а значит и ШМ (при истощении энергии электронного пучка), будет определяться только энергией рекомбинационных процессов и образования химических связей; эта энергия, как правило, невелика, и она не приводит к макроскопическим кинетическим изменениям состояния ШМ (теплового расширения газа, взрыва плазмы и т.д.). Таким образом, осуществляется процесс «испарения» шаровой молнии, на месте плазменного шара которой образуется облако газа, из которого она состояла.
Рассмотрим теперь наиболее вероятные процессы, которые могут привести к взрыву шаровой молнии.
1. К взрыву ШМ может привести развитие в ее плазме т.н. модуляционной неустойчивости, в результате которой происходит образование каверн, расположенных преимущественно в ЗНК (см. рис. 5) плазменной системы шаровой молнии, с запертыми в них квантами ленгмюровских колебаний (плазмонами). На нелинейной стадии такой неустойчивости происходит коллапс – схлопывание каверн, носящее характер взрыва.
2. В результате трансформации ленгмюровских колебаний в электромагнитные волны и распада ленгмюровской волны на ленгмюровскую и ионно-звуковую в плазме может возникнуть параметрическая неустойчивость, следствием которой является распад плазмы в виде взрыва шаровой молнии.
Надо также отметить, что данный процесс может быть осуществлен и без механизма трансформации колебаний. Его развитие возможно при распространении в плазме любой, даже от внешнего источника, электромагнитной волны заданной частоты и амплитуды, в результате чего будет иметь место периодическая пространственно-временная модуляция параметров плазмы. Такой электромагнитной волной может служить радиоволна определенной частоты и амплитуды от внешнего излучающего источника. Рассмотренный процесс, взрыва шаровой молнии, происходит без каких-либо видимых причин, поэтому такой взрыв является практически непредсказуемым, он может произойти в любой момент времени.
3. Взрыв ШМ может быть вызван и другими причинами, в частности, взаимодействием шаровой молнии с различными предметами и веществами. Так, например, к взрыву может привести активное горение вещества, соприкоснувшегося с поверхностью шаровой молнии, контакт ШМ с металлическими предметами, звуковые колебания воздуха определенной частоты и т.д. При этом взрыв может сопровождаться образованием искрового разряда – это выход электронного пучка в атмосферу, т.е. процесс обратный образованию ШМ из обычной линейной.
Можно только предполагать, какие процессы при этом развиваются. Возможно, что происходит нарушение равновесия в сбалансированной системе шаровой молнии, приводящее к развитию различных неустойчивостей, изменению состояния плазмы и ее взрыву.
Конечно, описанная выше завершающая стадия шаровой молнии ее мирное «испарение» и взрыв – это лишь возможный вариант поведения предложенной модели. Абсолютно точно предсказать завершающую стадию шаровой молнии практически не представляется возможным, т.к. все ее описание носит статистический, приближенный характер. Но все же попробуем определить основные свойства этой плазменно-пучковой модели шаровой молнии.
|
|
| Статистика |
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
|