Иванов Алексей Сергеевич, кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий лабораторией «Динамики дисперсных систем»
ул. Ак. Королева, д. 1, г. Пермь 614018
Aleksey S. Ivanov, Candidate of Science (Physics and Mathematics), Head of the laboratory "Dynamics of dispersed systems"
1 Koroleva Str., Perm 614018
Цель. Экспериментально исследовать отличие характерного времени жизни плазменных образований в неподвижном и вращающемся тороидальном объёме воздуха при нормальных окружающих условиях.
Методы. Экспериментальное исследование плазмоидов осуществлено методом видеосъемки высокоскоростной камерой с последующей покадровой обработкой записи. Генерация плазмоидов выполнялась методом механического разрыва плазменного шнура сварочной дуги в поле постоянных магнитов. Создание тороидального вращения плазменного образования в воздухе возникает при прохождении его сквозь отверстие в твердом экране. Численная оценка механических сил, действующих на ионы в воздушном вихре, выполнена по порядку величины на основе данных эксперимента.
Результаты. Созданы две различные по конструкции лабораторные установки для наблюдения плазменных образований в воздухе при нормальных внешних условиях. Время жизни таких «долгоживущих» плазмоидов в воздухе равно примерно двум миллисекундам, что существенно превышает время жизни плазмообразующей сварочной дуги в свободном состоянии при тех же условиях. Увеличение времени жизни плазмоида рассматривается и объясняется в рамках механических представлений о пространственном разделении тяжёлых и легких ионов внутри плазмы под действием сил инерции в результате вращательного движения воздуха. Предложенная механическая модель является заведомо упрощённой и не учитывает диффузионные, рекомбинационные и прочие сопутствующие явления, так как основное и единственное отличие наблюдаемых «долгоживущих» и «обычных» плазмоидов заключается в характере механического движения среды.
Заключение. Созданы и описаны две экспериментальные установки, позволяющие получать и наблюдать поведение плазменных образований с характерным временем жизни порядка двух миллисекунд. Результаты наблюдений косвенно подтверждают простую механическую гипотезу о связи времени жизни свободного плазменного образования с вращательным движением газа внутри него.
Purpose. Experimentally investigate the difference between the characteristic lifetime of plasma formations in a stationary and rotating toroidal air volume under normal ambient conditions.
Methods. Experimental study of plasmoids was carried out by videotaping with a high-speed camera with subsequent frame-by-frame processing of the recording. Generation of plasmoids was performed by mechanical rupture of the plasma cord of the welding arc in the field of permanent magnets. The creation of toroidal rotation of the plasma formation in air occurs when it passes through a hole in a solid screen. Numerical estimation of mechanical forces acting on ions in the air vortex is performed by order of magnitude using experimental data.
Results. Two different in design laboratory installations for observation of plasma formations in air under normal external conditions have been created. The lifetime of such "long-lived" plasmoids in air is equal to about two milliseconds, which significantly exceeds the lifetime of a plasma-forming welding arc in the free state under the same conditions. The increase in plasmoid lifetime is considered and explained within the framework of mechanical ideas about spatial separation of heavy and light ions inside the plasma under the action of inertia forces as a result of rotational motion of air. The proposed mechanical model of the phenomenon is obviously simplified and does not take into account diffusion, recombination and other related phenomena, since the main and only difference between the observed "longlived" and "ordinary" plasmoids lies in the nature of the mechanical motion of the medium.
Conclusion: Two experimental setups allowing to generate and observe the behavior of plasma formations with a characteristic lifetime of the order of two milliseconds are created and described. The results of observations indirectly confirm a simple mechanical hypothesis about the connection between the lifetime of a free plasma formation and the rotational motion of the gas inside it.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.