СМИ о нас

Учёные из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН, МФТИ и МГУ впервые поймали чёткую границу между двумя вариантами рождения плазмы в электрическом разряде. При одном давлении катод буквально выбрасывает металлическую плазму, при другом этот механизм пропадает, и разряд держится уже на ионизации газа. Статья вышла в Applied Physics Letters, а прикладной смысл тут вполне прямой: давлением можно настраивать либо синтез наночастиц, либо износ электродов.

В опыте брали медный катод толщиной 100 микрометров и зазор между электродами около 2 мм. Самое любопытное происходило в первые мгновения после пробоя. Поэтому процесс снимали пикосекундной лазерной визуализацией: 18 кадров на импульс, с временным разрешением на уровне наносекунд. И вот тут уже видно не усреднённую картинку, а то, что происходит у самой поверхности катода почти по шагам.

Порог оказался около 100 мм ртутного столба. Выше этого значения разряд идёт по взрывному сценарию: микронные неровности на катоде испаряются под действием электрического поля и дают облако металлической плазмы. По данным авторов, плотность электронов в таком облаке примерно на порядок выше, чем при полной ионизации воздуха. Сам переход занимает меньше наносекунды.

Ниже порога картина уже другая. Взрывной механизм исчезает, а разряд поддерживается только ионизацией газа. Авторы связывают это с тем, что при падении давления расширяется катодный слой: локальное поле у поверхности металла слабеет и перестаёт запускать микровзрыв.

Для практики это может оказаться очень полезной вещью. В импульсной энергетике и коммутирующей технике эрозия электродов — одна из главных причин, почему узлы быстро деградируют. Особенно это заметно в мощных разрядниках и вакуумных выключателях. А в других задачах та же эрозия, наоборот, нужна: когда надо получать металлические наночастицы или пускать плазменные потоки для нанесения покрытий. Если порог можно удерживать, режим получится выбирать не наугад, а вполне осознанно.

Есть здесь и более широкий научный фон. Катодные пятна и взрывная эмиссия изучаются давно, но обычно речь шла либо о вакуумной дуге, либо об измерениях, где всё сильно усреднено. В этом эксперименте авторы увидели момент переключения в промежуточной области давлений, где рядом существуют газовая и металлическая плазма. Для прикладной физики это полезнее красивых общих слов: можно проектировать системы, в которых материал электрода либо сохраняют, либо, наоборот, расходуют как сырьё.

Теперь команда собирается посмотреть на свойства образующихся наночастиц и перенести эффект на многоострийные системы. Это важный следующий шаг, потому что реальные высоковольтные устройства и плазменные источники редко ограничиваются одним микровыступом. Если порог сохранится и в более сложной геометрии, у разработчиков появится способ настраивать целый класс разрядных систем — от лабораторных источников наноматериалов до промышленной импульсной техники.

https://itzine.ru/news/tech/fiziki-fian-nashli-porog-plazmy.html

Учёные из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, МФТИ и МГУ впервые зафиксировали резкую границу перехода между двумя механизмами рождения плазмы в электрическом разряде. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

Источник изображения: GigaChat

В экспериментах использовали медный катод толщиной 100 микрометров и расстояние между электродами около 2 мм. Процесс снимали с помощью пикосекундной лазерной визуализации — 18 кадров за импульс с разрешением в наносекунды. Это позволило в деталях увидеть, что происходит у поверхности катода в первые мгновения после пробоя.

При давлении выше 100 мм ртутного столба разряд идёт по «взрывному» сценарию: микроскопические неровности на катоде испаряются под действием поля, образуя облако металлической плазмы. Плотность электронов в нём в 10 раз выше, чем можно получить при полной ионизации воздуха. Весь процесс занимает меньше наносекунды.

Если давление опускается ниже порога, взрывной механизм исчезает — разряд поддерживается только за счёт ионизации газа. Как пояснили исследователи, это связано с ослаблением локального поля у поверхности катода из-за расширения катодного слоя.

Открытие позволяет управлять процессами плазмообразования в импульсной энергетике и при синтезе металлических наночастиц. В зависимости от давления можно либо усиливать разрушение катода и получать больше наночастиц, либо минимизировать износ электродов, повышая надёжность высоковольтных устройств. В планах учёных — изучение свойств образующихся наночастиц и масштабирование эффекта на многоострийные системы.

https://www1.ru/news/2026/07/10/porog-vzryva-fiziki-fian-nasli-granicu-mezdu-gazovoi-i-metalliceskoi-plazmoi.html

Российские исследователи из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН, МФТИ и МГУ впервые наблюдали резкую границу между двумя вариантами образования плазмы в электрическом разряде. Их исследование, поддержанное грантом Российского научного фонда, опубликовано в журнале Applied Physics Letters.

В эксперименте использовался медный катод толщиной 100 микрометров и межэлектродное расстояние около 2 мм. Процесс происходил у поверхности катода, что удалось зафиксировать с помощью пикосекундной лазерной визуализации: 18 кадров за импульс с временным разрешением на уровне наносекунд. Наблюдение показало, что при давлении окружающего газа ниже порогового (~100 мм ртутного столба) разряд поддерживается ионизацией газа; выше порога механизм рождает металлизированную плазму по «взрывному» сценарию, когда микронные неровности на катоде испаряются под действием электрического поля.

Плотность электронов в металлической плазме превышает показатели при полной ионизации воздуха примерно в десять раз, переход занимает менее наносекунды. При снижении давления ниже порога локальное электрическое поле у поверхности катода ослабевает из-за расширения катодного слоя, что препятствует запуску взрывного механизма.

Данное открытие позволяет управлять процессами плазмообразования в импульсной энергетике. Регулируя давление, можно целенаправленно запускать либо синтез металлических наночастиц и плазменных потоков для нанесения покрытий, либо минимизировать эрозию электродов, что улучшит надежность высоковольтных устройств.

В будущем команда планирует изучить физические свойства образующихся наночастиц и перенести наблюдаемый эффект на многоострийные системы с более сложной геометрией. Это позволит разрабатывать класси разрядных систем — от лабораторных источников наноматериалов до промышленной импульсной техники с настраиваемыми режимами работы.

https://gosrf.ru/uchenye-vyyavili-porogovyj-perehod-mezhdu-mehanizmami-rozhdeniya-plazmy-v-elektricheskom-razryade

Кадры высокоионизованной прикатодной плазмы, зарегистрированные спустя 0,5 наносекунд после пробоя разрядного промежутка в воздухе при атмосферном давлении.
Источник: Егор Паркевич / ФИАН

Исследователи описали механизм рождения плотной плазмы в быстрых электрических разрядах при разных давлениях воздуха. Оказалось, что при давлении выше 100 миллиметров ртутного столба вещество для плазмы поставляет сам катод: микроскопические участки его поверхности взрывообразно испаряются. Если же давление ниже этого порога, разряд развивается иначе — только за счет ионизации газа, и плотная плазма не образуется. Полученные данные впервые показывают резкую границу этого перехода. Открытие дает новый способ управлять процессами плазмообразования в импульсной энергетике и при синтезе металлических наночастиц. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

Электрическая искра, на первый взгляд, хорошо изучена. Однако экстремально быстрые процессы рождения плазмы, происходящие у поверхности электродов в первые наносекунды после пробоя, долгое время оставались скрытыми от ученых. Именно в этот момент в микроскопической области у катода рождается плотная плазма, которая определяет характер всего последующего разряда. Ключевой вопрос — из чего она состоит: из ионизированного газа или вещества самого электрода? Понимание этого критически важно для множества технологий: от систем зажигания до генераторов наночастиц.

Ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва), Московского физико-технического института (Москва) и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) провели серию экспериментов с электрическим разрядом в воздухе. Разряд происходил между электродами, расстояние между которыми составляло около 2 миллиметров.

Катодом служила медная проволока диаметром всего 100 микрометров — по толщине она сопоставима с человеческим волосом. Увидеть происходящее в таких микроскопических масштабах помогла уникальная система пикосекундной лазерной визуализации. Она позволяет получать до 18 кадров за один импульс с временным разрешением около 1 наносекунды и пространственным — до 2–3 микрометров. Благодаря этому исследователи смогли в деталях проследить за рождением и эволюцией прикатодной плазмы.

Авторы обнаружили эффект, порогом для которого служит давление воздуха. Оказалось, что при давлениях от 100 миллиметров ртутного столба и вплоть до атмосферного (760 миллиметров ртутного столба) разряд стартует по «взрывному» сценарию. Микроскопические неоднородности на поверхности медного катода взрывообразно испаряются под действием сверхсильного электрического поля. При этом весь процесс занимает менее 1 наносекунды. В результате образуется облако металлической плазмы с рекордной плотностью электронов — в десять раз большей, чем теоретически возможно получить, полностью ионизировав окружающий воздух при том же давлении.

«Взрывные катодные процессы конкурируют с объемной ионизацией воздуха, и мы впервые увидели четкую границу, на которой один механизм сменяется другим. Снижение давления всего на несколько десятков миллиметров ртутного столба относительно 100 миллиметров ртутного столба — и взрывной выброс металла с катода полностью исчезает, разряд переходит в режим, управляемый объемной ионизацией газа», — поясняет руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Егор Паркевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ФИАН.

Прозондировав плазму лазерными импульсами, исследователи установили, что в первые 1–2 наносекунды расширяющееся облако состоит преимущественно из ионизованных атомов меди. Для создания такого облака требуется испарить и ионизировать микроскопический объем металла — порядка 5–30 кубических микрометров.

При падении давления ниже порогового значения механизм взрывного испарения материала катода подавляется. Это происходит из-за ослабления локального электрического поля на его поверхности: при пониженных давлениях катодный слой значительно расширяется. Разряд при этом не гаснет: его развитие обеспечивается быстрой ионизацией газа в промежутке между электродами. Этот фундаментальный переход отражает конкуренцию двух источников плазмы: вещества катода и окружающего газа.

«Полученные результаты имеют прямое практическое значение. Управляя давлением газа и режимом разряда, можно либо целенаправленно влиять на разрушение катода и, как следствие, на выход и состав металлических наночастиц в соответствующих генераторах, либо повышать надежность высоковольтных коммутаторов, минимизируя разрушение электродов. Теперь мы знаем ключевые условия, при которых катодная плазма, а значит, и разрушение электродов, будут максимальными или, наоборот, практически отсутствовать. Это своеобразный "ключ" к управлению процессом», — добавляет Егор Паркевич.

В дальнейшем научная группа планирует исследовать свойства металлических наночастиц, образующихся после разряда в различных режимах, а также проанализировать возможности масштабирования эффекта на многоострийные катодные системы.

https://inscience.news/ru/article/russian-science/fiziki-nashli-porog-rozhdeniya-plotnoy-plazmy

Исследователи описали механизм рождения плотной плазмы в быстрых электрических разрядах при разных давлениях воздуха. Оказалось, что при давлении выше 100 миллиметров ртутного столба вещество для плазмы поставляет сам катод: микроскопические участки его поверхности взрывообразно испаряются. Если же давление ниже этого порога, разряд развивается иначе — только за счёт ионизации газа, и плотная плазма не образуется.

Полученные данные впервые показывают резкую границу этого перехода. Открытие дает новый способ управлять процессами плазмообразования в импульсной энергетике и при синтезе металлических наночастиц. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

Схема экспериментальной установки с пикосекундной лазерной диагностикой

Электрическая искра, на первый взгляд, хорошо изучена. Однако экстремально быстрые процессы рождения плазмы, происходящие у поверхности электродов в первые наносекунды после пробоя, долгое время оставались скрытыми. Именно в этот момент в микроскопической области у катода рождается плотная плазма, которая определяет характер всего последующего разряда. Ключевой вопрос — из чего она состоит: из ионизированного газа или вещества самого электрода? Понимание этого критически важно для множества технологий: от систем зажигания до генераторов наночастиц.

Сотрудники Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, Московского физико-технического института и Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова провели серию экспериментов с электрическим разрядом в воздухе. Разряд происходил между электродами, расстояние между которыми составляло около 2 миллиметров.

Кадры высокоионизованной прикатодной плазмы, зарегистрированные спустя 0,5 наносекунд после пробоя разрядного промежутка в воздухе при атмосферном давлении

Катодом служила медная проволока диаметром всего 100 микрометров — по толщине она сопоставима с человеческим волосом. Увидеть происходящее в таких микроскопических масштабах помогла уникальная система пикосекундной лазерной визуализации. Она позволяет получать до 18 кадров за один импульс с временным разрешением около 1 наносекунды и пространственным — до 2–3 микрометров. Благодаря этому исследователи смогли в деталях проследить за рождением и эволюцией прикатодной плазмы.

Авторы обнаружили эффект, порогом для которого служит давление воздуха. Оказалось, что при давлениях от 100 миллиметров ртутного столба и вплоть до атмосферного (760 миллиметров ртутного столба) разряд стартует по «взрывному» сценарию. Микроскопические неоднородности на поверхности медного катода взрывообразно испаряются под действием сверхсильного электрического поля. При этом весь процесс занимает менее 1 наносекунды. В результате образуется облако металлической плазмы с рекордной плотностью электронов — в десять раз большей, чем теоретически возможно получить, полностью ионизировав окружающий воздух при том же давлении.

Кадры высокоионизованной прикатодной плазмы, зарегистрированные в разные моменты времени разряда при давлении воздуха 100 Торр. Справа приведены соответствующие осциллограммы тока и напряжения разряда с отмеченными моментами лазерного зондирования

«Взрывные катодные процессы конкурируют с объёмной ионизацией воздуха, и мы впервые увидели чёткую границу, на которой один механизм сменяется другим. Снижение давления всего на несколько десятков миллиметров ртутного столба относительно 100 миллиметров ртутного столба — и взрывной выброс металла с катода полностью исчезает, разряд переходит в режим, управляемый объёмной ионизацией газа», — поясняет руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Егор Паркевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ФИАН.

Прозондировав плазму лазерными импульсами, исследователи установили, что в первые 1–2 наносекунды расширяющееся облако состоит преимущественно из ионизованных атомов меди. Для создания такого облака требуется испарить и ионизировать микроскопический объём металла — порядка 5–30 кубических микрометров.

При падении давления ниже порогового значения механизм взрывного испарения материала катода подавляется. Это происходит из-за ослабления локального электрического поля на его поверхности: при пониженных давлениях катодный слой значительно расширяется. Разряд при этом не гаснет: его развитие обеспечивается быстрой ионизацией газа в промежутке между электродами. Этот фундаментальный переход отражает конкуренцию двух источников плазмы: вещества катода и окружающего газа.

Восстановленные карты фазы и распределения электронной плотности прикатодной плазмы в моменты зондирования в одиночном выстреле

«Полученные результаты имеют прямое практическое значение. Управляя давлением газа и режимом разряда, можно либо целенаправленно влиять на разрушение катода и, как следствие, на выход и состав металлических наночастиц в соответствующих генераторах, либо повышать надёжность высоковольтных коммутаторов, минимизируя разрушение электродов. Теперь мы знаем ключевые условия, при которых катодная плазма, а значит, и разрушение электродов, будут максимальными или, наоборот, практически отсутствовать. Это своеобразный „ключ“ к управлению процессом», — добавляет Егор Паркевич.

В дальнейшем научная группа планирует исследовать свойства металлических наночастиц, образующихся после разряда в различных режимах, а также проанализировать возможности масштабирования эффекта на многоострийные катодные системы.

Источник: пресс-служба РНФ.

https://new.ras.ru/press-center/fiziki-nashli-porog-rozhdeniya-plotnoy-plazmy-pri-razryade-v-vozdukhe/

Чтобы понять, как управлять износом электродов в мощных устройствах, исследователи выяснили главное условие, при котором катод начинает испаряться взрывообразно.

Взрывное испарение медного катода при высоком давлении воздуха

Казалось бы, что может быть проще и изученнее, чем электрическая искра? Ее исследованием занимались еще в прошлом веке, и многие считали этот процесс давно понятным. Однако то, что происходит в первые мгновения после пробоя, буквально за первые наносекунды, долгое время оставалось загадкой. Ученые не могли заглянуть в ту микроскопическую область прямо у поверхности электрода, где зарождается так называемая плотная плазма. А ведь именно это первородное облако ионизированного вещества определяет, как будет развиваться весь дальнейший разряд. Главный вопрос заключался в том, из чего же состоит эта плазма — из ионизированного воздуха, окружающего электроды, или из частиц материала самого катода? Ответ на него очень важен не просто для фундаментальной науки, но и для самых разных прикладных вещей: от надежности систем зажигания до производства наночастиц.

Чтобы разобраться в этом, команда исследователей из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН, Московского физико-технического института и Московского государственного университета провела эксперимент. Они взяли два электрода, расположили их на расстоянии примерно в два миллиметра друг от друга, а в качестве катода использовали тонкую медную проволочку. Ее диаметр был всего 100 микрометров — это примерно как толщина человеческого волоса. Разряд проходил в воздухе, но ученые меняли давление — от низкого до обычного атмосферного.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

Самое интересное началось, когда они применили уникальную систему лазерной подсветки. Эта установка позволяла делать до восемнадцати снимков за один импульс разряда, причем каждый кадр «замораживал» время с точностью до наносекунды, а детализация изображения доходила до 2–3 микрометров. То есть ученые буквально увидели рождение плазмы в реальном времени, кадр за кадром.

И вот что им открылось. Оказалось, что существует четкая граница, порог, который делит поведение разряда на два абсолютно разных типа. Этот порог лежит в районе давления в 100 миллиметров ртутного столба.

Когда давление выше этого значения (вплоть до обычного атмосферного), разряд стартует по «взрывному» сценарию. Представьте: поверхность медной проволоки не идеально гладкая, на ней есть микроскопические бугорки и неровности. В сверхсильном электрическом поле эти крошечные участки не выдерживают и буквально взрываются. Весь процесс занимает меньше одной наносекунды. В результате прямо у катода возникает облачко, состоящее из испарившейся и тут же ионизированной меди. Плотность электронов в этом облаке оказалась в десять раз выше, чем если бы мы просто ионизировали весь окружающий воздух. И это логично: металл гораздо плотнее газа.

При низком давлении разряд развивается за счёт объёмной ионизации газа

А что происходит, если давление падает ниже тех самых 100 миллиметров ртутного столба? Механизм взрыва на катоде просто исчезает, как по команде. Снижаешь давление на пару десятков единиц — и все, взрывного испарения меди нет. Почему так происходит? При пониженном давлении прикатодный слой газа расширяется, и локальное электрическое поле у поверхности ослабевает — его уже недостаточно, чтобы вырвать атомы металла и взорвать их. Однако разряд не гаснет, он просто переходит в другой режим. Теперь плазма образуется исключительно за счет ионизации самого воздуха в промежутке между электродами. Источник меняется: не металл, а газ.

Руководитель этого исследования Егор Паркевич поясняет:

Взрывные катодные процессы конкурируют с объемной ионизацией воздуха, и мы впервые увидели четкую границу, на которой один механизм сменяется другим. Снижение давления всего на несколько десятков миллиметров ртутного столба относительно 100 миллиметров ртутного столба — и взрывной выброс металла с катода полностью исчезает, разряд переходит в режим, управляемый объемной ионизацией газа.

Для того чтобы создать такое металлическое облако, требуется испарить и ионизировать микроскопический кусочек меди объемом от пяти до тридцати кубических микрометров. Это невероятно малый объем, но его достаточно для возникновения плотной плазмы.

Это открытие дает инженерам очень полезный инструмент. Теперь, меняя всего лишь давление газа, можно управлять процессами двумя способами.

• Если нам нужно получить много металлических наночастиц (например, для производства новых материалов), мы держим высокое давление — катод будет разрушаться и давать богатый «урожай» медной пыли в виде плазмы.
• Если же мы проектируем высоковольтные выключатели и хотим, чтобы электроды служили долго и не изнашивались, мы снижаем давление ниже порогового — тогда взрывного испарения не будет, и разрушение катода практически прекратится, при этом разряд все равно будет работать за счет ионизации газа.

В дальнейшем ученые планируют изучить, какие именно наночастицы получаются в этих разных режимах, и можно ли применить этот эффект для систем с множеством игольчатых катодов.

Ранее ученые выяснили, как устроен хаос в жидкостях и газах.

https://innovanews.ru/info/news/hightech/rossyskie-fiziki-raskryli-sekret-rozhdeniya-plazmy-v-nanosekundnom-razryade/

Исследователи описали механизм рождения плотной плазмы в быстрых электрических разрядах при разных давлениях воздуха. Оказалось, что при давлении выше 100 миллиметров ртутного столба вещество для плазмы поставляет сам катод: микроскопические участки его поверхности взрывообразно испаряются. Если же давление ниже этого порога, разряд развивается иначе — только за счет ионизации газа, и плотная плазма не образуется. Полученные данные впервые показывают резкую границу этого перехода. Открытие дает новый способ управлять процессами плазмообразования в импульсной энергетике и при синтезе металлических наночастиц. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

Электрическая искра, на первый взгляд, хорошо изучена. Однако экстремально быстрые процессы рождения плазмы, происходящие у поверхности электродов в первые наносекунды после пробоя, долгое время оставались скрытыми от ученых. Именно в этот момент в микроскопической области у катода рождается плотная плазма, которая определяет характер всего последующего разряда. Ключевой вопрос — из чего она состоит: из ионизированного газа или вещества самого электрода? Понимание этого критически важно для множества технологий: от систем зажигания до генераторов наночастиц.

Ученые из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН (Москва), Московского физико-технического института (Москва) и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва) провели серию экспериментов с электрическим разрядом в воздухе. Разряд происходил между электродами, расстояние между которыми составляло около 2 миллиметров.

Катодом служила медная проволока диаметром всего 100 микрометров — по толщине она сопоставима с человеческим волосом. Увидеть происходящее в таких микроскопических масштабах помогла уникальная система пикосекундной лазерной визуализации. Она позволяет получать до 18 кадров за один импульс с временным разрешением около 1 наносекунды и пространственным — до 2–3 микрометров. Благодаря этому исследователи смогли в деталях проследить за рождением и эволюцией прикатодной плазмы.

Авторы обнаружили эффект, порогом для которого служит давление воздуха. Оказалось, что при давлениях от 100 миллиметров ртутного столба и вплоть до атмосферного (760 миллиметров ртутного столба) разряд стартует по «взрывному» сценарию. Микроскопические неоднородности на поверхности медного катода взрывообразно испаряются под действием сверхсильного электрического поля. При этом весь процесс занимает менее 1 наносекунды. В результате образуется облако металлической плазмы с рекордной плотностью электронов — в десять раз большей, чем теоретически возможно получить, полностью ионизировав окружающий воздух при том же давлении.

«Взрывные катодные процессы конкурируют с объемной ионизацией воздуха, и мы впервые увидели четкую границу, на которой один механизм сменяется другим. Снижение давления всего на несколько десятков миллиметров ртутного столба относительно 100 миллиметров ртутного столба — и взрывной выброс металла с катода полностью исчезает, разряд переходит в режим, управляемый объемной ионизацией газа», — поясняет руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Егор Паркевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ФИАН.

Прозондировав плазму лазерными импульсами, исследователи установили, что в первые 1–2 наносекунды расширяющееся облако состоит преимущественно из ионизованных атомов меди. Для создания такого облака требуется испарить и ионизировать микроскопический объем металла — порядка 5–30 кубических микрометров.

При падении давления ниже порогового значения механизм взрывного испарения материала катода подавляется. Это происходит из-за ослабления локального электрического поля на его поверхности: при пониженных давлениях катодный слой значительно расширяется. Разряд при этом не гаснет: его развитие обеспечивается быстрой ионизацией газа в промежутке между электродами. Этот фундаментальный переход отражает конкуренцию двух источников плазмы: вещества катода и окружающего газа.

«Полученные результаты имеют прямое практическое значение. Управляя давлением газа и режимом разряда, можно либо целенаправленно влиять на разрушение катода и, как следствие, на выход и состав металлических наночастиц в соответствующих генераторах, либо повышать надежность высоковольтных коммутаторов, минимизируя разрушение электродов. Теперь мы знаем ключевые условия, при которых катодная плазма, а значит, и разрушение электродов, будут максимальными или, наоборот, практически отсутствовать. Это своеобразный "ключ" к управлению процессом», — добавляет Егор Паркевич.

В дальнейшем научная группа планирует исследовать свойства металлических наночастиц, образующихся после разряда в различных режимах, а также проанализировать возможности масштабирования эффекта на многоострийные катодные системы.

https://indicator.ru/physics/fiziki-nashli-porog-rozhdeniya-plotnoi-plazmy-pri-razryade-v-vozdukhe-10-07-2026.htm

Физики впервые увидели четкую границу перехода между газовой и металлической плазмой

Исследователи описали механизм рождения плотной плазмы в быстрых электрических разрядах при разных давлениях воздуха. Оказалось, что при давлении выше 100 миллиметров ртутного столба вещество для плазмы поставляет сам катод: микроскопические участки его поверхности взрывообразно испаряются. Если же давление ниже этого порога, разряд развивается иначе — только за счет ионизации газа, и плотная плазма не образуется.

Фото: iStock

Полученные данные впервые показывают резкую границу этого перехода. Открытие дает новый способ управлять процессами плазмообразования в импульсной энергетике и при синтезе металлических наночастиц. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

Электрическая искра на первый взгляд хорошо изучена. Однако экстремально быстрые процессы рождения плазмы, происходящие у поверхности электродов в первые наносекунды после пробоя, долгое время оставались скрытыми от ученых. Именно в этот момент в микроскопической области у катода рождается плотная плазма, которая определяет характер всего последующего разряда. Ключевой вопрос — из чего она состоит: из ионизированного газа или вещества самого электрода? Понимание этого критически важно для множества технологий: от систем зажигания до генераторов наночастиц.

Ученые из Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (Москва), Московского физико-технического института (Москва) и Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (Москва) провели серию экспериментов с электрическим разрядом в воздухе. Разряд происходил между электродами, расстояние между которыми составляло около 2 миллиметров.

Схема экспериментальной установки с пикосекундной лазерной диагностикой Фото: Егор Паркевич / ФИАН

Катодом служила медная проволока диаметром всего 100 микрометров — по толщине она сопоставима с человеческим волосом. Увидеть происходящее в таких микроскопических масштабах помогла уникальная система пикосекундной лазерной визуализации. Она позволяет получать до 18 кадров за один импульс с временным разрешением около 1 наносекунды и пространственным — до 2–3 микрометров. Благодаря этому исследователи смогли в деталях проследить за рождением и эволюцией прикатодной плазмы.

Авторы обнаружили эффект, порогом для которого служит давление воздуха. Оказалось, что при давлениях от 100 миллиметров ртутного столба и вплоть до атмосферного (760 миллиметров ртутного столба) разряд стартует по «взрывному» сценарию. Микроскопические неоднородности на поверхности медного катода взрывообразно испаряются под действием сверхсильного электрического поля. При этом весь процесс занимает менее 1 наносекунды. В результате образуется облако металлической плазмы с рекордной плотностью электронов — в десять раз большей, чем теоретически возможно получить, полностью ионизировав окружающий воздух при том же давлении.

«Взрывные катодные процессы конкурируют с объемной ионизацией воздуха, и мы впервые увидели четкую границу, на которой один механизм сменяется другим. Снижение давления всего на несколько десятков миллиметров ртутного столба относительно 100 миллиметров ртутного столба — и взрывной выброс металла с катода полностью исчезает, разряд переходит в режим, управляемый объемной ионизацией газа»,— поясняет руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Егор Паркевич, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ФИАН.

Кадры высокоионизованной прикатодной плазмы, зарегистрированные в разные моменты времени разряда при давлении воздуха 100 Торр. Справа приведены соответствующие осциллограммы тока и напряжения разряда с отмеченными моментами лазерного зондирования Фото: Егор Паркевич / ФИАН

Прозондировав плазму лазерными импульсами, исследователи установили, что в первые 1–2 наносекунды расширяющееся облако состоит преимущественно из ионизованных атомов меди. Для создания такого облака требуется испарить и ионизировать микроскопический объем металла — порядка 5–30 кубических микрометров.

При падении давления ниже порогового значения механизм взрывного испарения материала катода подавляется. Это происходит из-за ослабления локального электрического поля на его поверхности: при пониженных давлениях катодный слой значительно расширяется. Разряд при этом не гаснет: его развитие обеспечивается быстрой ионизацией газа в промежутке между электродами. Этот фундаментальный переход отражает конкуренцию двух источников плазмы: вещества катода и окружающего газа.

«Результаты имеют прямое практическое значение. Управляя давлением газа и режимом разряда, можно либо целенаправленно влиять на разрушение катода и, как следствие, на выход и состав металлических наночастиц в соответствующих генераторах, либо повышать надежность высоковольтных коммутаторов, минимизируя разрушение электродов. Теперь мы знаем ключевые условия, при которых катодная плазма, а значит, и разрушение электродов будут максимальными или, наоборот, практически отсутствовать. Это своеобразный ключ к управлению процессом»,— добавляет Егор Паркевич.

В дальнейшем научная группа планирует исследовать свойства металлических наночастиц, образующихся после разряда в различных режимах, а также проанализировать возможности масштабирования эффекта на многоострийные катодные системы.

Подготовлено при поддержке Российского научного фонда

https://www.kommersant.ru/doc/8797237

Сотрудники Физического института имени П.Н. Лебедева РАН разработали три новых комплекса европия и выяснили, как управлять эффективностью их свечения.

Исследователи изменили структуру молекул, добавив в них атомы кремния, германия и олова, и сравнили, как эти элементы влияют на люминесценцию.

Люминесцентные материалы широко применяются в медицине и технике — от светодиодов для экранов до специальных меток для визуализации тканей и доставки лекарств. Однако создавать ярко светящиеся комплексы лантаноидов непросто: даже небольшое изменение в молекуле может сильно изменить способность материала передавать энергию и излучать свет. Учёные стремятся научиться точнее настраивать эти свойства.

Самым эффективным оказался комплекс европия с кремнием: его квантовый выход люминесценции оказался в полтора раза выше, чем у аналога с оловом. Кремний усилил поглощение света и помог избежать потерь энергии, которые проявились у более тяжёлых элементов.

https://t.me/rasofficial/16950

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) перенес корпоративную почту в VK WorkSpace. Это позволило объединить в защищенной цифровой среде для коммуникаций более 2000 сотрудников научных отделений и административных служб основной организации и распределенных филиалов института.

В структуру ФИАН, крупнейшего научно-исследовательского центра России в области физики, входят шесть филиалов и обособленных подразделений, расположенных в разных городах. Такая распределенная модель требует стабильной и защищенной работы почтовых сервисов, удобного доступа для сотрудников и единых правил работы с электронной почтой организации. В рамках проекта VK WorkSpace обеспечил единую почтовую инфраструктуру для 8 доменов. Решение развернуто в облаке по подписке.

«Мы рады, что наш продукт помогает ведущему научному центру выстраивать эффективные и безопасные коммуникации. Кейс показывает, что VK WorkSpace может органично встроиться в ИТ-ландшафт государственных научных организаций», — отметил руководитель направления сервисов продуктивности VK Tech Пётр Щеглов.

«Для нас было критически важно найти российское решение, которое обеспечит защиту и бесперебойную работу электронной почты организации, в том числе для всех наших филиалов — от Москвы до Самары. VK WorkSpace предоставил нам не только необходимый уровень надежности и безопасности, но и простую и удобную модель администрирования», — рассказал начальник отдела связи и вычислительной техники ФИАН Виктор Липатов.

https://www.novostiitkanala.ru/news/detail.php?ID=196927