CN106455279B - 一种在实验室中产生球形闪电的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于大气放电和等离子放电领域，具体涉及一种在实验室中产生球形闪电的装置，本装置包括：冲击直流电流发生器、上放电电极、下放电电极、绝缘支架、球形等离子集中区域和八字型结构。本装置所产生球形等离子的中心完全偏离电极放电中心，几乎独立于电极存在。能得到分离的球形等离子团。本发明可以用来研究球形闪电的特性、产生过程。且不需要复杂的放电结构，易于实现。

Description

一种在实验室中产生球形闪电的装置
技术领域
本发明属于大气放电和等离子放电领域，具体涉及一种在实验室中产生球形闪电的装置。
背景技术
球形闪电的成因至今依然是一个谜。在实验室的研究中，也没有公认的结果。在报道中虽然有些试验称得到了球形闪电。但是这些试验有的借助了空气之外的其它物质，比如说水、溶液等，有的采用了微波。这些条件和自然界存在较大的差异。目前实验方法主要有：
微波激射实验：这一实验是为了验证球状闪电的微波激射理论，用微波激射与一个圆柱体中的空气发生干涉来产生等离子体火球。
水中放电实验：一些研究团队报道了通过在水中进行电容器放电来产生类似球状闪电现象的实验。
家用微波炉的演示：这类实验通常是将一个刚熄灭的火柴或者其他小物体放在微波炉里，可以看到燃烧的部分变为闪耀的火球，而微波炉的顶部可以看到悬浮的“等离子体球”。研究者揭示了那些“等离子体球”其实是平均直径25nm的小颗粒。来自以色列的研究者用盐、铜、水和炭演示了这一现象。
硅实验：一些研究者认为球状闪电是硅形成的气溶胶，这一理论是说：闪电击中二氧化硅，产生了气化的硅单质，这些硅单质在冷却中形成了气溶胶，并通过氧化发光。他们通过用高压电弧轰击纯硅片产生气化硅，成功生成了小型闪光球体，并且有一些可以在较长时间里维持形态。
环形等离子体实验：一些研究者称用闪电级别的人造电弧产生了类似自然界球状闪电的现象，并用高速摄像机拍下了它作为环形等离子体而存在的证据。
发明内容
针对上述问缺陷，本发明提供一种在实验室中产生球形闪电的装置，可以不借助其它物质和微波，真实模拟雷电放电的过程，产生球形闪电，并且可以在实验室中得到彼此分离的两个类似球形闪电的等离子体，并独立于电极。
为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：
一种在实验室中产生球形闪电的装置，包括：冲击直流电流发生器、上放电电极、下放电电极、绝缘支架、球形等离子集中区域和八字型结构，所述冲击直流电流发生器的电路为RLC回路，产生8/20微秒冲击电流波形；上放电电极和下放电电极安装在绝缘支架上，绝缘支架为槽形。上放电电极和下放电电极保持在同一轴线上，并竖立安装，两个电极的尖端形成八字型结构的空气间隙。
一种在实验室中产生球形闪电的装置，所述绝缘支架与上放电电极、下放电电极相连，绝缘支架与上放电电极相连的连接点用来接脉冲电源的直流高压电极；绝缘支架与下放电电极相连的连接点接地。
一种在实验室中产生球形闪电的装置，所述八字型结构的尖端和两个电极的绝缘结构所构成空间包含等离子集中区域，这个区域为球形等离子集中区域。
一种在实验室中产生球形闪电的装置，所述八字型结构尖端的间隙一般控制在3-8mm，而在轴线处的两电极的距离为20-30mm，电极直径为6-12mm。为了利于放电，每一电极在八字型结构的尖端处形状均为圆锥形，圆锥顶角为90度。
本发明的有益效果为：
本发明不需要其它介质产生球形闪电，所产生球形等离子的中心完全偏离电极放电中心，几乎独立于电极存在。能得到分离的球形等离子团。本发明可以用来研究球形闪电的特性、产生过程。本发明不需要复杂的放电结构，易于实现。
附图说明
图1为本发明放电装置的示意图；
图2为两电极形成的八字型结构的放大图。
图中：1、冲击直流电流发生器；2、上放电电极；3、下放电电极；4、绝缘支架；5、球形等离子集中区域；6、八字型结构。
具体实施方式
本实施例如下：
如图所示，本实施例装置包括冲击直流电流发生器1、上放电电极2、下放电电极3、绝缘支架4、球形等离子集中区域5和八字型结构6。冲击直流电流发生器1产生8/20微秒冲击电流波形，冲击直流电流发生器1的电路为RLC回路。
上放电电极2和下放电电极3安装在绝缘支架4上，绝缘支架4为槽形。上放电电极2和下放电电极3保持在同一轴线上，并竖立安装，两个电极的尖端形成八字型型结构的空气间隙。八字型结构6的尖端间隙一般是控制在3-8mm，而在轴线处的两电极的距离为20-30mm，电极直径为6-12mm。为了利于放电，每一电极在八字型结构6的尖端处形状均为圆锥形，圆锥顶角为90度。
绝缘支架4与上放电电极2、下放电电极3相连，绝缘支架4与上放电电极2相连的连接点用来接脉冲电源的直流高压电极；绝缘支架4与下放电电极3相连的连接点接地。
八字型结构6的尖端和绝缘结构所构成空间包含等离子集中区域，这个区域为球形等离子集中区域5。
八字型结构6作用之一在于，在放电过程中充满等离子体，在八字型结构6尖端处等离子浓度比其它区域浓度高，电流密度大，由于等离子的箍缩效应，会使得等离子体向放电间隙的尖端运动并溢出。
八字型结构6作用之二在于，本装置从八字型结构6中的放电间隙溢出等离子体；从等离子球的上下边缘来看，等离子是沿着两电极的切向喷出；具有初始速度的等离子体在磁场和等离子之间相互作用下，形成等离子团的涡旋运动。等离子球上边界的涡旋运动和下边界的涡旋运动彼此旋转的方向相反，在等离子球形成的最初阶段，由于彼此距离比较近，形成的是整体的等离子球。随着能量的减弱，两部分等离子团开始缩小，从而开始分离。最初的涡旋运动使等离子体球内部运动为两部分不同的涡旋结构，为等离子的分离创造了条件。
在八字型结构6的尖端所溢出的等离子形成等离子体球并维持一段时间。所以需要在两个电极的尖端周围留出足够的空间，以免对放电等离子的运动造成影响。两电极尖端和两个电极的绝缘结构所构成空间包含等离子集中区域即球形等离子集中区域5。
本装置在实验室已经制作完成，采用8/20微秒冲击电流波形，放电在60微秒左右完全结束，放电成功获得了直径为接近20cm左右的等离子球，电极位于等离子球的边缘。等离子球在最后分裂成两部分，彼此独立，并完全独立于电极存在。

Claims (1)

1.一种在实验室中产生球形闪电的装置，包括：冲击直流电流发生器(1)、上放电电极(2)、下放电电极(3)、绝缘支架(4)、球形等离子集中区域(5)和八字型结构(6)，其特征在于：所述冲击直流电流发生器(1)的电路为RLC回路，产生8/20微秒冲击电流波形；上放电电极(2)和下放电电极(3)安装在绝缘支架(4)上，绝缘支架(4)为槽形；上放电电极(2)和下放电电极(3)保持在同一轴线上，并竖立安装，两个电极的尖端形成八字型结构(6)的空气间隙；所述绝缘支架(4)与上放电电极(2)、下放电电极(3)相连，绝缘支架(4)与上放电电极(2)相连的连接点用来接脉冲电源的直流高压电极；绝缘支架(4)与下放电电极(3)相连的连接点接地；所述八字型结构(6)的尖端和两个电极的绝缘结构所构成的空间包了含等离子集中区域，这个区域为球形等离子集中区域(5)；所述八字型结构(6)的尖端间隙一般是控制在3-8mm，而在轴线处的两电极的距离为20-30mm，电极直径为6-12mm；为了利于放电，每一电极在八字型结构(6)的尖端处形状均为圆锥形，圆锥顶角为90度。
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