Физики объяснили аномальное ускорение ионов в пробое сравнением их с бегущими за детьми родителями

Учёные Института сильноточной электроники СО РАН объяснили электродинамический механизм ускорения ионов в начальной стадии вакуумного пробоя, сообщила пресс-служба Томского научного центра в четверг.

Электрический разряд начинается с пробоя диэлектрика или вакуума, напомнил ведущий научный сотрудник лаборатории теоретической физики ИСЭ СО РАН доктор физико-математических наук Василий Кожевников, руководивший исследованием.

"За последние десятилетия в мировой практике вакуумного разряда накоплен огромный массив связанных с ним экспериментальных данных, однако до сих пор не существовало единого объяснения того, как же именно происходит пробой, почему ионы летят к аноду, ведь они имеют положительный заряд и поэтому не должны лететь в сторону увеличения электрического потенциала", — рассказал он.

До сих пор причиной аномального ускорения ионов считалось возникновение фазовых переходов в областях электромагнитных и гидродинамических разрывов с опосредованным влиянием электрон-ионных и ион-ионных упругих рассеивающих столкновений.

Математическое моделирование помогло учёным понять, что ключевую роль в ускорении ионов играет всё же электрическое поле, а влияние остальных факторов скорее второстепенно.

"Представим себе, что в большом зале собрались родители с детьми в возрасте 5-10 лет, которым после концерта необходимо выйти наружу. При этом дети сломя голову несутся к выходу (это как лёгкие электроны в плазме), их родители, как тяжёлые ионы, вынуждены ускориться, чтобы успеть последовать за ними. Так и в плазме — влияние электрического поля заставляет ионы ускоряться вслед за более быстрыми электронами", — объяснил заведующий лабораторией теоретической физики, профессор, доктор физико-математических наук Андрей Козырев.

Применённые физиками методы расчётов не требуют высокопроизводительной вычислительной техники (суперкомпьютеров). Их результатом стала разработка замкнутой согласованной кинетической теории, объясняющей природу разлёта многокомпонентной плазмы в вакуумном разряде.

Её прикладное значение трудно переоценить — это и защита космических аппаратов, и конструирование приборов сильноточной электроники, и многое другое.