Российские исследователи захватили сбегающие электроны в лабораторных условиях

Исследователи из Института сильноточной электроники СО РАН в Томске первыми в мире зарегистрировали бегущие электроны — стремительные заряженные частицы — внутри лабораторной модели атмосферных разрядов, известных как красные спрайты. Эти явления напоминают огромные светящиеся столбы, достигающие до 50 километров в высоту, которые возникают в полярных слоях атмосферы на высоте 50–90 километров во время мощных гроз. До сих пор такие электроны обнаруживались лишь в обычных молниях на высотах до 15 километров, но никогда в спрайтах.

В ходе эксперимента исследователи сконструировали установку, воспроизводящую условия мезосферы — слоя атмосферы на высоте 50–90 километров. Она состояла из кварцевой трубки с разреженной воздушной средой, в которой с помощью электродов и импульсов высокого напряжения создавалась плотная плазма. В трубке образовывались плазменные струи длиной до двух метров — миниатюрные реплики красных спрайтов. Специальный коллектор регистрировал бегущие электроны, возникающие на границе плазмы и струй. Эти частицы приобретают больше энергии, чем теряют при столкновениях с молекулами, что делает их «бегущими» в электрическом поле. В ходе эксперимента они опережали фронт струи, как предположительно происходит в естественных спрайтах, где электроны движутся вверх по каналам, известным как стримеры.

Это открытие значимо, поскольку бегущие электроны способны инициировать каскады частиц, усиливая свечение спрайтов, а также генерировать рентгеновское излучение, представляющее опасность для спутников на орбитах около 200 километров. Помимо этого, они могут вызывать электромагнитные помехи, нарушающие работу радиосвязи. Новая установка дает возможность изучать эти процессы в лабораторных условиях, моделируя воздействие разрядов на технологии. В перспективе ученые намерены исследовать бегущие электроны в голубых джетах и других формах спрайтов, чтобы более глубоко понять их роль в атмосфере и защитить космическую технику.

Источник: iXBT