Стр. 2 - Электрогазодинамическая модель линейного атмосферного разряда

2 ISSN 2305-5626. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана: электронное издание. 2013
постоянно изменяются в результате столкновений, рекомбинации,
ионизации и перезарядки под действием температуры, движения
воздушных масс, космических лучей, магнитного поля и потенциала
Земли. Следовательно, наряду с электродинамическими процессами
последовательный подход должен учитывать и физико-химические
процессы взаимодействия между фазовыми составляющими, процессы
перезарядки при перемещении воздушных масс в облаках и облаков
как одно целое в конвективных и восходящих потоках в атмосфере.
Дополнительный импульс к изучению атмосферного электричества
был получен после открытия восходящих атмосферных разрядов от
вершин грозовых туч через тропосферу до ионосферы — спрайтов,
эльфов и голубых джетов [7]. Эти удивительные явления наблюдаются
на высоте от 12…20 км от поверхности Земли в приземной атмосфере
до 40…90 км и захватывают стратосферу и ионосферу.
Однако в основе всех этих явлений лежит процесс разделения за-
ряда, нарастание электрического поля и последующий пробой возду-
ха. Сами по себе эти явления носят случайный во времени и про-
странстве характер, но подготовка разделения заряда и последующее
нарастание поля — процесс закономерный, причиной которого явля-
ется совокупность различных физических факторов. В качестве ос-
новных процессов, приводящих к возникновению линейной молнии,
предложено три механизма.
Наиболее простой из них — это традиционный пробой на разо-
гретых под действием электрического поля электронах. Часть разо-
гретых электронов, способных к ионизации вещества, генерирует но-
вые электроны и при полях, превышающих пороговое для воздуха
значение порядка 10…25 кВ/см, экспоненциальное нарастание вто-
ричных электронов начинает превосходить их гибель за счет реком-
бинации, что и приводит к пробою — появлению разряда. Такие раз-
ряды в воздухе и сопровождающие их стримеры довольно подробно
исследованы в лабораторных экспериментах по получению искрово-
го разряда в газах [4].
Второй подход — пробой на убегающих электронах [6] — пред-
полагает основную причину атмосферного разряда в рождении высо-
коэнергичных электронов с энергией порядка единиц мегаэлектрон-
вольт при взаимодействии космических лучей с атмосферой. Для та-
ких релятивистских электронов взаимодействие с атомами и ядрами
в основном кулоновское и торможение связано с потерями энергии
на ионизацию. При больших энергиях электронов сила торможения
уменьшается, достигая своего минимального значения при некотором
пороговом поле, и при внешних полях больше порогового, равного
полю торможения в минимуме силы, электроны ускоряются. При
взаимодействии с веществом они генерируют новые электроны, часть
из которых в свою очередь рождает новые электроны, таким образом
создавая лавину, и в конечном итоге пробой вещества. Энергия поля,
необходимая для разгона электронов, до пробоя составляет около
2 кВ/см, что на порядок меньше поля традиционного пробоя. Этот