Экспериментальное наблюдение удержания или его признаков

Несколько примеров применения моделей для объяснения свойств разрядов.

Рассмотрим на основе модели 4 устройство шаровой молнии. Но прежде чем говорить об устройстве, представим условия её образования. По мнению автора, она может появляться, когда внешними силами заряды предварительно разделены в пространстве, а затем действие внешних сил прекратилось и система релаксирует к состоянию равновесия. Разделение зарядов может происходить быстро или медленно.

Быстро разделяются заряды, например, при воздействии лазерного импульса на твёрдую мишень в вакууме, при коротких высоковольтных разрядах в воздухе и т. п. В этом случае часть электронов «вырывается вперёд… появляется нескомпенсированный объёмный заряд и возникает электрическое поле, затормаживающее электроны и ускоряющее ионы» (примеры являются одновременно экспериментальным подтверждением исходных посылок модели 4).

Примером медленного разделения может, по-видимому, служить описанный в книге Стаханова случай образования шаровых молний в конвекционном потоке распылённой заряженной краски. Устройство шаровой молнии представляется соответствующим модели 4, т. е. в ограниченном объёме имеется избыток заряженных тяжёлых частиц (не обязательно, но чаще, по-видимому, положительных), создающих электростатическое давление, имеется ограничивающая объём диэлектрическая оболочка некоторой толщины, с повышенной концентрацией упомянутых частиц со стороны внутреннего объёма, а также повышенной концентрацией частиц противоположного знака с наружной стороны.

Избыточное электростатическое давление компенсируется поверхностным натяжением оболочки (вряд ли существенным перепадом плотности, который в данном случае может быть, по-видимому, и в обратную сторону). «Материалом» как внутренней, так и внешней частей оболочки служат, скорее всего, сольватированные ионы (или близкие по свойствам агрегаты, вплоть до образования из заряженных частиц краски), затрудняющие процесс нейтрализации и способствующие появлению сил поверхностного натяжения.

Оболочка, таким образом, подвержена действию двух уравновешивающихся сил (электростатических — расширение, поверхностного натяжения — сжатие; аналогично электрону в жидком гелии), что, по-видимому, и приводит к её относительной устойчивости. Как известно вопрос устойчивости шаровой молнии — наиболее уязвимое место гипотез, объясняющих её природу. Электрическое поле шаровой молнии в дальней зоне должно соответствовать знаку заряда внутри оболочки или отсутствовать (на поздних стадиях релаксации). При рассмотрении поведения шаровой молнии в ближней зоне напрашивается сравнение с наблюдавшимся автором поведением плазмоидов. Приведём описание двух экспериментов.

Один из них проводился на наполненной кислородом в интервале давлений 10−2…10−3 мм. рт.ст. ячейке диаметром 60 мм, в которой возбуждался слабый тлеющий Н-разряд. Ячейка имела также отросток, с размещённым в нём подвижным электродом. При возбуждении разряда возникал плазмоид сферической формы. Размеры его могли регулироваться в пределах 30…50 мм изменением давления и напряжения возбуждения.

Плазмоиды представляли собой оболочку, очерченную неярким резким слоем, толщиной? 1 мм; свечение в объёме было слабее чем в слое, но ярче чем в области между плазмоидом и стенкой. При плавном, в течение? 1 сек, выключении напряжения они исчезали взрывообразно увеличиваясь в размерах. Они легко перемещались по ячейке, отталкиваясь от электрода с небольшим отрицательным потенциалом. При повышении потенциала в отрицательную сторону плазмоид можно было разделить пополам с плавным образованием перед разрывом двух каплевидных половинок.

Но попытка уничтожить с помощью положительного потенциала на электроде окончилась неудачей: на некотором расстоянии движение к электроду прекращалось, а резкий слой начинал прогибаться внутрь и сохранялся даже в том случае, когда объект оказывался проколотым насквозь, т. е. плазмоид превращался в тор. Был сделан вывод о том, что плазмоид представляет собой близкое к нейтральному образование.

В другом эксперименте использовалась горизонтально расположенная трубка диаметром 20 мм, длиной 15 см с двумя электродами на расстоянии? 10 см один от другого. Один из электродов мог быть подвижным. Наполнение было тем же, что и в предыдущем случае. Возбуждаться могли, одновременно или порознь, H-разряд и, с помощью электродов, разряд постоянного тока. В первом случае появлялся плазмоид в форме вытянутого эллипсоида, во втором — наблюдались страты.

Режим разряда постоянного тока подбирался так, что наблюдалась одна страта. Она оказалась близкой по форме к плазмоиду и занимала пространство примерно равное его половине. Предварительной регулировкой обеих напряжений, перемещением ВЧ катушки или электрода можно было добиться положения, когда форма, размещение и вид головки страты визуально не отличались от соответствующих признаков плазмоида, возникавшего на месте страты при смене питающих напряжений.

Эксперимент проводился с целью выполнения плавного перевода плазмоида в страту и, в общем-то, не был закончен. Манипулируя напряжениями и положением возбудителей, удавалось делать перевод (почти плавный), но тщательная отработка последовательности манипуляций не проводилась (экспериментам не придавалось такого значения, как сейчас, и они откладывались в расчёте на повторение в случае необходимости).

На основании этого и предыдущего экспериментов (были ещё наблюдения), а также общих соображений (на зависимостях распределения потенциала вдоль слоистого тлеющего разряда постоянного тока в районе головок страт отмечаются в литературе местные максимумы потенциала, свидетельствующие о повышении на данном участке концентрации положительных зарядов относительно среднего значения) был сделан вывод о том, что процессы, приводящие к образованию плазмоида и страты близки по своей сути, т. е. в районе резкого слоя плазмоида со стороны «катода» (примыкающего к стенке объёма, заряженного по отношению к плазмоиду, судя по поведению последнего, отрицательно) имеется повышенная концентрация отрицательных частиц (ионов?), а со стороны «анода» (центра ячейки) — положительных.

Таким образом, получается, что плазмоид устроен в соответствии с моделью 4: изнутри — положительный заряд, снаружи — отрицательный, и не очень сильно отличающийся от нулевого суммарный заряд. Это напоминает предполагаемое устройство шаровой молнии. В чистом гелии не наблюдалось ни плазмоидов ни страт. Граница интенсивного контрагированного разряда в нём образуется, по-видимому, за счёт перепада плотности, а не вклада отрицательных ионов (инертные газы не склонны к образованию отрицательных ионов). Но это лишь варианты модели 4.

С учётом явления удержания становится объяснимой устойчивость шаровой молнии. Схема устройства молнии не противоречит большинству имеющихся в литературе описаний конкретных объектов. Получают объяснение некоторые непонятные явления, относящиеся к проблеме, например, существование «чёрных» шаровых молний, сравнительно долгоживущих искусственных образований, отсутствие тенденции к образованию долгоживущих объектов у инертных газов и т. п.