Індійські фізики поспостерігали виникнення кулястої освіти в плазмі тліючого розряду при створенні магнітного поля в прикатодній області. При цьому щільність плазми та інтенсивність світіння «вогняної кулі» збільшувалися зі збільшенням зовнішнього магнітного поля. наукова стаття опублікована в журналі коротко про неї розповідається в прес-релізі на порталі EurekAlert.org
Як відомо, при будь-яких впливах на плазму, що призводять до порушення локальної термодинамічної рівноваги - наприклад, при розміщенні частини плазми в електричному полі, - спостерігається виникнення складних структур, що володіють просторовим зарядом, наприклад плазмових бульбашок. Подібні складні структури призводять до виникнення різних нестійкостей у плазмі, і, як наслідок, до виникнення нелінійних плазмових коливань.
Дослідження нелінійної динаміки плазми в присутності магнітного поля, зокрема в полі магнітного діполя (такого як постійний смуговий магніт), становлять великий інтерес. Вони мають значення для розуміння процесів, що протікають у плазмі магнетронного і тліючого розрядів, а також у космічній плазмі, оскільки більшість астрономічних об'єктів, таких як зірки або планети, створюють магнітні поля, еквівалентні полю смугового магніту. Крім того вивчення руху плазми в полі магнітних діполів цікаво з точки зору створення магнітних пасток для розробки технологій керованого термоядерного синтезу.
Експериментальна установка, в якій вдалося поспостерігати «вогняну кулю», складалася з циліндричного катода і дротяного аноду, поміщених у вакуумну камеру, заповнену аргоном. У камері запалювався газовий розряд. Магнітне поле в області катода створювалося за допомогою смугового магніту, розміщеного з зовнішнього боку плазмової камери. Величина магнітного поля варіювалася шляхом зміни відстані між магнітом і поверхнею катода.
В результаті програми зовнішнього магнітного поля, поблизу поверхні катода виникала куляста світиться структура. Виникнення такої структури можна пояснити наступним чином. Електрони, що вилітають з поверхні катода, починають рухатися вздовж ліній магнітного поля і прискорюються електричним полем при русі в катодній області просторового заряду. Далі, розігнані електрони, стикаючись з атомами аргону, іонізують їх, тим самим, збільшуючи щільність плазми в прикатодній області. Відбиваючись від поверхні катода, електрони можуть неодноразово проходити область магнітного поля, що збільшує кількість актів іонізації і призводить до виникнення області нестійкості поблизу поверхні катода.
При цьому спостерігалася зміна розподілу поля в прикатодній області. Відомо, що потенціал в катодній області тліючого розряду монотонно зростає, однак при виникненні «вогняної кулі» потенціал в катодній області має точку мінімуму. Такий розподіл потенціалу служить пасткою для іонів, коливання яких призводять до виникнення флуктуацій плаваючого потенціалу.
Аналіз флуктуацій плаваючого потенціалу при постійній напрузі пробою і тиску, показав, що при збільшенні магнітного поля, система поступово переходить з упорядкованого стану до хаотичного. Що свідчить про те, що «вогняна куля» змінює динаміку системи. Параметри плазми локальної шарової структури і навколишньої плазми розряду різняються, і, отже, коливання в цих двох областях також можуть різнитися. Взаємодія коливань плазми в зазначених двох областях призводить до виникнення нелінійностей. До виникнення «вогняної кулі» система знаходиться в упорядкованому стані, а після - в хаотичному. Надалі дослідники планують поставити експеримент з великою кількістю смугових магнітів і зрозуміти їх вплив на динаміку плазми.
Раніше ми розповідали про те, як електричний розряд навчили обходити перешкоди, про роль космічного пилу в збоях роботи супутників, а також як ракети допомогли отримати рекордно докладні знімки руху грому.