El misterio de las centellas (1458)

S.E. Emelin y A.L. Pirozerski. Algunos efectos de la sustancia metaestable observados en las descargas erosivas. // Tesis del III Seminario Ruso “Medios modernos de diagnóstico de plasma y su aplicación para el control de materiales y medio ambiente”, Moscú, MEPHI, 28-30 de noviembre de 2001. Preprint physics/0203034. Aquí está la versión rusa.

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Algunos efectos de la sustancia metaestable observados en las descargas erosivas

S. E. Emelin 1 y A. L. Pirozerski 2

1 Instituto de Investigación Científica de Radiofísica de la Universidad Estatal de San Petersburgo

2 Instituto de Investigación Científica de Física de la Universidad Estatal de San Petersburgo

La experiencia de las investigaciones del plasma muestra que el paso a las condiciones de no-equilibrio generalmente resulta en la extensión de la gama de sus propiedades y en la complicación de los procesos. Estas circunstancias imponen mayores exigencias al arsenal de métodos e instalaciones técnicas para el diagnóstico del plasma. El carácter aleatorio de algunos procesos no estacionarios y fuertemente no lineales en el plasma de alta presión, para una descripción adecuada de los cuales es necesaria la medición simultánea de las distribuciones espacio-temporales de varios parámetros, hace que el problema de su diagnóstico sea muy complicado.

En el marco de este tipo de procesos es muy interesante, para aplicaciones prácticas y también para la búsqueda de nuevos fenómenos físicos, construir un dispositivo basado en plasma para el almacenamiento de energía en forma no térmica con relativa estabilidad, y proporcionar las condiciones para el suministro efectivo de la misma desde un canal y para la caída controlada de energía en otro. Este interés está relacionado no sólo con la necesidad de perfeccionar las fuentes de radiación electromagnética, sino también (y especialmente) con el problema de las centellas, y se explica por el alto contenido energético del plasma, que supera con creces las posibilidades de las fuentes basadas en la química. Sin embargo, la solución del problema indicado en el marco de la física del plasma es complicada debido a la contradicción de la combinación de alta densidad de energía y baja tasa de relajación.

Dado que las capacidades de diagnóstico estándar han parecido insuficientemente informativas, los largos intentos de reproducción de centellas en el laboratorio y de su comprensión teórica sólo en las últimas décadas han dado lugar a resultados que dan esperanzas de éxito. Estos resultados, basados en los logros de la ciencia en su conjunto, determinan un círculo de fenómenos que constituyen la supuesta naturaleza física del fenómeno de la centella y se encuentran en la confluencia de una serie de áreas de la física, sobre todo de la física del plasma y la física del estado condensado. Según los datos disponibles, la base de la centella es la sustancia metaestable con la energía típica del plasma fuertemente ionizado, mientras que su metaestabilidad está determinada por la estabilidad relativa de la separación de cargas característica del estado condensado de la materia. Dicha sustancia debe tener una densidad baja y existir sólo a una temperatura suficientemente baja en forma de metal (Manykin E.A. y coautores) o dieléctrica (Bychkov V.L.). En la actualidad, la existencia de la sustancia metaestable en las formas más simples se confirma experimentalmente, sin embargo, los parámetros alcanzados están aún lejos de los deseados y permiten reproducir sólo algunas propiedades de los objetos que surgen naturalmente. No obstante, el análisis de los efectos observados en los experimentos es indispensable para seguir avanzando en las investigaciones.

Una parte considerable de los resultados obtenidos está relacionada con el plasma que contiene fase condensada. El método principal de su creación es la descarga eléctrica erosiva de diferentes tipos. En este trabajo presentamos una serie de efectos que sacan a la luz rasgos característicos de dicho plasma, aclarando algunas propiedades y condiciones físicas de formación de sustancia metaestable. Demuestran que el plasma erosivo, creado en los modos de mayor desequilibrio, contiene partículas metálicas, dieléctricas y metal-dieléctricas que unen cargas positivas y negativas separadas con alta concentración y que la movilidad de los electrones es bastante baja. En estas condiciones se incrementa el papel de la radiación en los procesos de transferencia de energía y el plasma se aproxima en sus propiedades a la sustancia metaestable – dieléctrica.

Una característica notable de tal plasma es el efecto de conmutación altamente expresado. La descarga erosiva radialmente ranurada es capaz de conmutar las corrientes eléctricas de alta magnitud bajo los voltajes utilizados en las líneas de alta tensión. Esto nos lleva a estudiar la posibilidad de la creación sobre la base de esta descarga de un dispositivo para la protección contra rayos y de su aplicación en las redes de Lenenergo.

https://web.archive.org/web/20040327180533/http://balllightning.narod.ru/2003/Articles/MEPHI01/TesisMEPHI.htm