Keywords
plasma
quasi-neutrality
ball lightning
spherical lens
propane-air flame
Abel equation
plasmoid
How to Cite
Abstract
this study proposes an optical method for studying the structure of short-lived, non-stationary low-temperature plasmoids using the refractive properties of the plasma. We obtained possible radial distributions of the refractive index, concentration of charged particles, and temperature from the available observations of the ball lightning optical properties and the solution of the Abel integral equation. We verified the proposed method by measuring the refraction of light passing through the spherical front of a propane-air flame. The temperature fields in the flame, ball lightning, and “one-component plasmoid” were compared with digital photometry.
References
Капица П. Л. О природе шаровой молнии. ДАН СССР. 1955;101(2):245–248.
Стаханов И. П. О физической природе шаровой молнии. М.: Энергоатомиздат; 1985. 209 с.
Шабанов Г. Д., Жеребцов О. М. Электрический разряд в воздушное полупространство. Оптический журнал. 2004;71(1):6–8.
Абруков С. А. Теневые и интерференционные методы исследования оптических неоднородностей. Казань: Изд-во. Каз. гос. ун-та; 1962. 83 с.
Смирнов Б. М. Проблема шаровой молнии. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит.; 1988. 208 с.
Ратис Ю. Л. Шаровая молния как макроскопическое квантовое явление. Самара: Изд-во СНЦ РАН; 2004. 132 с.
Торчигин В. П., Торчигин А. В. Шаровая молния как концентрат света. Химия и жизнь. 2003;1:47–49.
Семенов О. Ю. Визуализация фронта пламени в узком плоском канале. XII Международная научная конференция «Интеллект и наука»: Сб. науч. тр. Железногорск, 2012. С. 173–174.
Shabanov G. D., Sokolovsky B. Yu. Macroscopic Separation of Charges in a Pulsed Electric Discharge. Plasma Physics Reports. 2005;31(6):512.
Шабанов Г. Д. Оптические свойства долгоживущих плазменных светящихся образований. Письма в ЖТФ. 2002;28(4):81–86.
Егоров А. И., Степанов С. И. Долгоживущие плазмоиды — аналоги шаровой молнии, возникающие во влажном воздухе. ЖТФ. 2002;72(12):102–104.
Егоров А. И., Степанов С. И., Шабанов Г. Д. Демонстрация шаровой молнии в лаборатории. УФН. 2004;174(1):107–109.
Alekseev M. M., Smirnova I. V., Semenov O. Y., Samsonov V. P. Modeling Edge Flame Propagation in a Stratified Fuel Gas-Air Mixture. Technical Physics Letters. 2012;38(11):1010–1012.
Шибков В. М., Александров А. Ф., Кузовников А. А. Свободно локализованный СВЧ-разряд в воздухе / Под ред. Р. Ф. Авраменко, В. Л. Бычкова, А. И. Климова, О. А. Синкевича. М.: Химия; 1994.
Смирнов Б. М. Физика слабоионизованного газа. М.: Наука; 1978. 416 с.
Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. 2-е изд., доп. М.: Наука; 1966. 688 с.
Semenov O. Yu., Dyomko A. I. Liquid and Gas Optical Flowmeter Model Development. AIP Conference Proceedings. 2019;2141(1):050010-1-050010-10. DOI: 10.1063/1.5122153.
Donoso J., Trueba J. L., Rañada A. F. The Riddle of Ball Lightning: A Review. The Scientific World Journal. 2006;6:254–278. DOI: 10.1100/tsw.2006.48.
Doe R. K. Ball Lightning: An Elusive Force of Nature. Forces of Nature and Cultural Responses. 2012:7–26. DOI: 10.1007/978-94-007-5000-5_2.
Alexeev M. M., Semenov O. Yu., Yakush S. E. Experimental Study on Cellular Premixed Propane Flames in a Narrow Gap Between Parallel plates. Combustion Science and Technology. 2019;191(7):1256–1275.
Dubowsky S. E., Friday D. M., Peters K. C., Zhao Z., Perry R. H., McCall B. J. Mass Spectrometry of Atmospheric-Pressure Ball Plasmoids. International Journal of Mass Spectrometry. 2015;376:39–45. DOI: 10.1016/j.ijms.2014.11.011.
Alanakyan Y. R., Bulankin D. A., Pevgov V. G., Smirnov L. V., Tsvetkov A. A. About the Nature of Bead Lightning and Laboratory “Plasmoids”. Doklady Physics. 2020;65(1):1–4. DOI: 10.1134/s1028335820010036.
Самсонов В. П., Алексеев А. М. Метод цифровой фотометрии в исследовании структуры вихревого пламени. Письма в ЖТФ. 2007;33(11):34–39.
Yakush S. E., Borisov V. E., Alexeev M. M., Semenov O. Yu. Experimental and Numerical Study of Premixed Flame Propagation in Narrow Gaps. 9th International Seminar on Flame Structure. 9 ISFS Book of Abstracts. 2017. С. 92. Режим доступа: http://www.kinetics.nsc.ru/kcp/9ISFS/9ISFS_Book_of_abstracts.pdf
Shmatov M. L., Stephan K. D. Advances in Ball Lightning Research. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2019:105115. DOI: 10.1016/j.jastp.2019.105115.
Friday D. M., Broughton P. B., Lee T. A., Schutz G. A., Betz J. N., Lindsay C. M. Further Insight into the Nature of Ball-Lightning-Like Atmospheric Pressure Plasmoids. The Journal of Physical Chemistry A. 2013;117(39):9931–9940. DOI: 10.1021/jp400001y.
Bychkov V. L., Nikitin A. I., Dijkhuis G. C. Ball Lightning Investigations. Physics of Earth and Space Environments. 2010:201–373. DOI: 10.1007/978-90-481-3212-6_6.
Bulgakov A. A., Yefimov B. P., Kuleshov A. N., Khorunzhiy M. O. Experimental Investigation into Spherical Plasma Formations. Telecommun. Radio Eng. 2005;64:833–839.
Wurden C. J. v., Wurden G. A. Free-Floating Atmospheric Pressure Ball Plasmas. IEEE Trans. Plasma Sci. 2011;39(11):2078–2079.