Experimental Simulation of Red Sprites in a Laboratory

Abstract

Over the past three decades, research of high-altitude atmospheric discharges has received a lot of attention. This paper presents the results of experimental modeling of red sprites during a discharge in low-pressure air. To initiate ionization waves in a quartz tube, an electrodeless pulseperiodic discharge fed by microsecond voltage pulses with an amplitude of a few kilovolts and a repetition rate of tens of kHz were formed. In this case ionization waves (streamers) have a length of tens of centimeters. The main plasma parameters were measured at various distances along the tube. The measurements confirm the fact that ionization waves propagate in opposite directions from the zone of the main electrodeless discharge, just as it happens during the formation of red sprites.

Спектры Излучения Воздуха Низкого Давления При Диффузном Стримерном Разряде

“…Генератор подключался к двум электродам, выполненным в виде полосок из алюминиевой фольги длиной 5 cm и шириной 1 cm. В отличие от работ [18,19] электроды имели другую форму и плотно крепились к поверхности кварцевой трубки напротив друг друга у ее левого торца.…”

“…В наших экспериментах для получения качественных фотографий и спектров излучения необходимо производить накопление данных за нескольких тысяч импульсов. Ранее подобная методика применялась при изучении свойств апокампического разряда в различных газах [16,17], а также стримерного разряда в воздухе [18,19].…”

“…Соответственно ПДС распространялась от зоны формирования плазмы барьерного разряда между электродами вследствие формирования и распространения волн ионизации (стримеров). Это подтверждается измерением скоростей распространения фронтов свечения, распространяющихся в противоположных направлениях от зоны формирования плазмы между кольцевыми электродами, установленными в средней части кварцевой трубки [18,19]. Так, при p = 1.5 Torr значение этой скорости достигало 1.7 mm/ns, что соответствует скорости фронта стримера (волны ионизации) в подобных условиях [12,14].…”

“…Длина ПДС зависит от давления воздуха в трубке и напряжения, прикладываемого к электродам. Кроме того, доказательством формирования стримеров, которые имеют форму струй преимущественно красного цвета является их скорость, которая составляет сантиметры за наносекунду [18,19] Наибольшие значения E/N реализуются в межэлектродном зазоре (область I), что следует из высоких значений W линий водорода, кислорода и молекулярных полос примесей воздуха (рис. 6), а также из конструкции данной установки.…”

“…Таким образом, условия, в которых зажигались разряды в [15][16][17], далеки от реальных для ТСЯ. Поэтому в настоящей работе, как и в недавних работах [18,19], для создания плазмы, инициирующей явление, подобное атмосферному, использовался барьерный импульсно-периодический разряд.…”