800x6001024x768Auto Width
Главная

Грозовые разряды и загадка шаровой молнии

Шаровая молния в предшествующие века

Свойства грозовой молнии

Существует ли в действительности шаровая молния?

Наблюдения шаровой молнии

Фотографии шаровой молнии

Характерные черты шаровой молнии

Теоретические и экспериментальные исследования

Современное состояние проблемы шаровой молнии

Плазменные теории и плазменные сгустки

Недостаточно создать просто некоторую равновесную конфигурацию плазмы; для удержания необходимо добиться достаточной устойчивости, что и составляет основную трудность в этой проблеме. Неустойчивости, вызванные внутренними процессами в плазме или внешними полями, приводят к очень быстрому распаду плазменных образований. В частности, именно поэтому при удержании плазменного цилиндра в высокочастотном поле в качестве основного механизма удержания использовалось действие постоянного магнитного поля, а переменное электромагнитное поле было лишь вспомогательным. Неустойчивость, возникающая в электромагнитном поле, уменьшалась при наложении постоянного магнитного поля и минимизации области проникновения волны в плазму.

Подвижность вещества плазмы в сочетании с электрическим и магнитным взаимодействием заряженных частиц может обусловить очень сложное движение. Причины его и характер можно иллюстрировать на простых видах типичных неустойчивостей. В плазменном цилиндре, окруженном магнитным полем, параллельным его оси, плазма может выйти за пределы области, занятой ее столбом первоначально кругового сечения, в окружающее пространство, и магнитное поле заполнит образовавшиеся желобки (рис. 23, а). Такое взаимодействие между плазмой и магнитным полем (называемое обменной, конвективной или желобковой неустойчивостью) приводит к быстрому нарастанию начального возмущения, если поле имеет простую конфигурацию, а энергия плазмы в этом процессе уменьшается или остается неизменной. Плазменный цилиндр, окруженный только собственным магнитным полем, которое порождается током, текущим вдоль его оси, склонен изгибаться, демонстрируя неустойчивость типа петли. Когда на коротком участке столба плазма смещается и создается изгиб, магнитное давление на внутренней стороне этого изгиба увеличивается, так как силовые линии сближаются (рис. 23,б). На выгнутой же стороне изгиба магнитное давление уменьшается, что приводит к увеличению изгиба и развитию неустойчивости. Цилиндр можно сделать устойчивым по отношению к деформации такого типа, окружив его металлическими стенками. В последних наводятся токи, магнитое поле которых увеличивает магнитное давление на участки плазмы, перемещающиеся к стенкам, уравновешивая тем самым магнитное давление на противоположной стороне цилиндра, возросшее при изгибе. В цилиндрическом столбе плазмы может возникнуть еще одна деформация типа перетяжки, при которой происходит сужение столба по всему сечению (рис. 23,б).

В месте сужения благодаря сближению магнитных силовых линий создается большее магнитное давление, а это ведет к дальнейшему сжатию. Быстрое нарастание магнитного поля около места сужения в свою очередь индуцирует сильное электрическое поле, как показано на рис. 23, в, которое может быть значительно сильнее внешних полей. Это поле иногда является причиной появления частиц, обладающих большей энергией, чем предполагалось получить в таких экспериментах с плазмой, нагрев которой мог быть достаточным для возникновения кратковременных термоядерных реакций. В процессе образования плазменного столба магнитное поле, направленное вдоль оси цилиндра, оказывается вмороженным в плазму. Оно обеспечивает тогда устойчивость против деформации типа перетяжек, поскольку напряженность поля возрастает в месте наибольшего сужения. Те же неустойчивости (а также некоторые другие), видимо, могут иметь место и в разрядах молний. Предполагается, что, например, подобные процессы играют определенную роль в образовании четочной или шаровой молнии из линейного разряда.

Рис. 23. Простейшие типы неустойчивости плазмы а—желобковая неустойчивость; б — неустойчивость типа петли; в — сосисочная неустойчивость, или неустойчивость типа перетяжки.