Физики нaблюдaли пoявлeниe устoйчивoгo кoльцeвoгo плaзмeннoгo oбрaзoвaния в воздухе при взаимодействии тонкой высокоскоростной струи воды с поверхностью полированного диэлектрика. Результаты исследований могут составлять использованы в   исследованиях взаимодействии плазмы с жидкостью или в физике низкотемпературной плазмы и встретить применение в медицине или плазменной обработке материалов, говорится в статье   опубликованной   в журнале   Proceedings of the National Academy of Sciences.

Плазма атмосферного давления представляет собой нетепловую неравновесную форму плазмы, которая применяется во многих областях науки и техники, таких вроде аналитическая химия, обработка материалов, энергетика, медицина, биология и физика, так в качестве кого не требует сложного оборудования для ее получения. Наиболее яркий пример ее появления в природных условиях   — огни Святого Эльма, а в установках симпатия создается при помощи электромагнитных полей, неустойчива и имеет неоднородную структуру. Одной из интересных задач является пудлингование небольших плазменных образований с целью их изучения и возможного использования в дальнейшем в технологических процессах.

Прием плазменного кольца: а) образование плазмы при падении ламинарной струи воды получи и распишись поверхность кварца, б) плазменное кольцо, сфотографированное крупным планом. Черная область соответствует диаметру струи воды, с) фотографии люминесцентных структур, образующихся при падении струи воды бери поверхности кварца и LiNbO3. M. Gharib et al., /   PNAS

Франциско Алвес Перейра (Francisco J. Alves Pereira) из Калифорнийского технологического института вместе с коллегами из США и Израиля использовал экспериментальную установку, которая состояла из рубинового сопла с диаметром отверстия 100   мкм и насоса, который-нибудь генерировал высокоскоростную струю деионизированной воды, не содержащей пузырьков воздуха.  

В качестве мишени использовался образец из монокристаллического кварца (SiO2) или монокристаллического ниобата песнопения (LiNbO3) с полированной или мелкозернистой поверхностью.   Исследователи обнаружили, что если резвость потока   воды будет более 200   метров в секунду, то в области столкновения струи с поверхностью мишени хватит наблюдаться светящаяся кольцеобразная структура, причем интенсивность свечения будет зависеть через скорости потока воды.   Если поверхность образца будет мелкозернистая, то минуя светящегося кольца будут наблюдаться стримеры, распространяющиеся в радиальных направлениях, а само мелькание начнет проявляться при более низких скоростях потока воды (~ 115   метров в помедли). Люминесценция не наблюдалась при использовании воды, не прошедшей деиоинизацию, или образцов с проводящей поверхностью. При этом плазменное образование было безопасно и не разрушалось при воздействии на него внешним электрическим полем, генерировало радиоволны в частотном диапазоне с   3 до 40   мегагерц, и было получено без использования внешних электромагнитных   полей.

Физики объясняют машина образования такого плазменного кольца следующим образом.   Когда струя воды попадает возьми поверхность мишени, создается гладкий ламинарный поток положительно заряженных ионов, двигающихся вдоль дерьмово заряженной поверхности (так как материалы на основе диоксида кремния приобретают отрицательную массивность поверхностного заряда при контакте с водой).   В области, где струя воды ударяет в софит мишени, образуется поток электронов за счет трибоэлектрического эффекта, который распространяется к поверхности воды. Сей поток электронов ионизирует атомы и молекулы в окружающем воздухе вблизи поверхности воды, образуя хороший разряд, причем роль анода будет играть область потока воды, текущего соответственно поверхности мишени, где концентрируются положительные ионы. Расстояние между «анодом» и «катодом» оценивается в   300–500 микрометров.

Инструмент трибоэлектрической зарядки и генерации плазменных образований в воздухе. M. Gharib et al., /   PNAS

Выше мы рассказывали о том, что   плазма помогла объединить несколько мощных лазерных пучков в суперлуч, в нежели заключается природа неустойчивостей в потоке плазмы атмосферного давления и как индийские физики получили плазменый «фаербол».

Автор: Александр Войтюк