Himičeskaâ fizikaHimičeskaâ fizikaХимическая физика0207-401XThe Russian Academy of Sciences68095410.31857/S0207401X24100074Химическая физика атмосферных явленийResearch ArticleStimulated detonation of a high-energy heterogeneous plasma formation created by capillary erosive plasma generator and magneto- plasma compressorСтимулированная детонация высокоэнергетичных гетерогенных плазмоидов, созданных плазменным эрозионным генератором и магнитоплазменным компрессоромKlimovA. I.КлимовА. И.
Russian Federation
klimov.anatoly@gmail.comBrovkinV. G.БровкинВ. Г.
Russian Federation
klimov.anatoly@gmail.comPashchinaA. S.ПащинаА. С.
Russian Federation
klimov.anatoly@gmail.comJoint Institute for High Temperatures, Russian Academy of SciencesОбъединенный институт высоких температур Российской академии наук151020244310818829052025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://transsyst.ru/0207-401X/article/view/680954

Studying the physical properties of long-lived plasma formations can help us to understanding the nature of electro-physical phenomena in thunder clouds, the lower ionosphere, tornadoes, volcanic activity and the associated appearance of natural plasmoids (such as ball lightning, sprites, jets, etc.). The study of the stimulated detonation of long-lived energy-consuming plasmoids obtained in laboratory using a combined type plasma generator consisting of an erosive plasma generator and a magnetoplasma compressor is presented in this paper. It was found that a necessary condition for detonation is the excess of certain threshold values of pressure and temperature. The existence of a directed explosion mode has been established, which is realized only at optimal delay times (of the order of td ~ 2000 μs) between the beginning of a pulsed erosion discharge and the discharge of a magnetoplasma compressor. The parameters of shock waves, as well as the optical and X-ray spectra of long-lived energy-consuming plasmoids in the stimulated detonation mode were measured.

Изучение физических свойств долгоживущих плазменных образований может приблизить нас к пониманию природы электрофизических явлений в грозовых облаках, нижней ионосфере, торнадо, вулканической активности и появлением связанных с ними природных плазмоидов (таких как шаровые молнии, спрайты, джеты и др.). В работе представлены результаты изучения стимулированной детонации долгоживущих энергоемких плазмоидов, получаемых в лабораторных условиях с помощью плазмогенератора комбинированного типа, состоящего из эрозионного плазмотрона и магнитоплазменного компрессора. Обнаружено, что необходимым условием детонации является превышение некоторых пороговых величин давления и температуры. Установлено существование режима направленного взрыва, который реализуется только при оптимальных временах задержки (порядка td ~ 2000 мкс) между моментами запусков импульсного эрозионного плазмотрона и магнитоплазменного компрессора. Измерены параметры ударных волн, а также оптические и рентгеновские спектры долгоживущих энергоемких плазмоидов в режиме стимулированной детонации.

plasmamagneto-plasma compressorerosive dischargedetonationshock waveплазмамагнитоплазменный компрессорэрозионный разряддетонацияударная волнаМинистерство науки и высшего образования РФMinistry of Science and Higher Education of the Russian Federation075-01129-23-00Mashek I.C., Lashkov V.A., Kolesnichenko Y.F., Brovkin V.G. AIAA paper 2011-1274. https://doi.org/10.2514/6.2011-1274Mashek I.C., Lashkov V.A., Kolesnichenko Y.F, Brovkin V.G. // AIAA 2011-1274; https://doi.org/10.2514/6.2011-1274Klimov A.I., Belov N.K., Brovkin V.G., Pashchina A.S., J. Phys. Conf. Ser., 2100, 012006 (2021). https://doi.org/10.1088/1742-6596/2100/1/012006Klimov A.I., Belov N.K., Brovkin V.G., Pashchina A.S. // J. Phys. Conf. Ser. 2021. V. 2100. P. 012006; https://doi.org/10.1088/1742-6596/2100/1/012006Vinogradova A.K. and Morozov A.I., in Physics and Application of the Plasma Accelerators, edited by A.I.Morozov (Nauka i Technika, Minsk, 1974), pp. 103–141. [In Russian].Физика и применение плазменных ускорителей /Под ред. Морозова А.И., Минск: Наука и техника, 1974. С. 103.Rout R.K., Mishra P., Rawool A.M., Kulkarni L.V., Gupta Satish C., J. Phys. D. Appl. Phys. 41(20), 205211 (2008). https://doi.org/10.1088/0022-3727/41/20/205211Rout R.K., Mishra P., Rawool A.M. et al. // J. Phys. D.: Appl. Phys. 2008. V. 41. № 20. P. 205211. https://doi.org/10.1088/0022-3727/41/20/205211Shumlak U., J. Appl. Phys. 127(20), 200901 (2020). https://doi.org/10.1063/5.0004228Shumlak U. // J. Appl. Phys. 2020. V. 127. № 20. P. 200901; https://doi.org/10.1063/5.0004228Soto L., Pavéz C., Moreno J., Altamirano L., Huerta L., Barbaglia M., Clausse A., Mayer R.E., Phys. Plasmas 24(8), 082703 (2017). https://doi.org/10.1063/1.4989845Soto L., Pavéz C., Moreno J. et al. // Phys. Plasma. 2017. V. 24. № 8. P. 082703; https://doi.org/10.1063/1.4989845Verma R., Rawat R.S., Lee P., Krishnan M., Springham S.V., Tan T.L., Plasma Phys. Controled Fusion 51(7), 075008 (2009). https://doi.org/10.1088/0741-3335/51/7/075008Verma R., Rawat R.S., Lee P. et al. // Plasma Phys. Controlled Fusion. 2009. V. 51. № 7. P. 075008; https://doi.org/10.1088/0741-3335/51/7/075008Pashchina A.S., Efimov A.V., Chinnov V.F., High Temp., 55 (5), 650 (2017). https://doi.org/10.1134/S0018151X17040174Pashchina A.S., Efimov A.V., Chinnov V.F. // High Temp. 2017. V. 55. № 5. P. 650; https://doi.org/10.1134/S0018151X17040174Pashchina A.S., Klimov A.I., Khim. Fizika, 33 (2), 78 (2014). [In Russian]. https://doi.org/10.7868/S0207401X14020083Пащина А.С., Климов А.И. // Хим. физика. 2014. Т. 33. № 2. С. 78; https://doi.org/10.7868/S0207401X14020083Avramenko R.F., Bahtin B.I., Nikolaeva V.I., Poskacheeva L.P., Shirokov N.N., Sov. Tech. Phys., 60 (12), 57 (1990). [In Russian].Авраменко Р.Ф., Бахтин Б.И., Николаева В.И. и др. // ЖТФ. 1990. Т. 60. № 12. С. 57.Klimov A.I., Khim. Fizika, 25 (3), 104 (2006). [In Russian].Климов А.И. // Хим. физика. 2006. Т. 25. № 3. С. 104.Emelin S.E., Pirozersky A.L., Khim. Fizika, 25 (3), 7 (2006). [In Russian].Емелин С.Е., Пирозерский А.Л. // Хим. физика. 2006. Т. 25. № 3. С. 7.Ball lightning in laboratory (Chemistry, Moscow,1994). [In Russian].Шаровая молния в лаборатории. Сб. статей. М.: Химия, 1994.Klimov A.I., Belov N.K., Tolkunov B.N., J. Phys. Conf. Ser., 1698, 012034 (2020). https://doi.org/10.1088/1742-6596/1698/1/012034Klimov A.I., Belov N.K., Tolkunov B.N. // J. Phys. Conf. Ser. 2020. V. 1698. P. 012034; https://doi.org/10.1088/1742-6596/1698/1/012034Nalivkin D.V., Hurricanes, storms and tornadoes (Nauka, Leningrad, 1969). [In Russian].Наливкин Д.В. Ураганы, бури и смерчи. Л.: Наука, 1969.