Візуалізація блискавки в запиленій атмосферній плазмі

Анотація

У даній роботі розглянуто методи візуалізації процесів в атмосферній запиленій плазмі під час виникнення грозових розрядів. Проведено аналіз характерних часів релаксації основних кінетичних процесів, що визначають формування радіаційної та візуальної картини розвитку блискавки в неоднорідному середовищі. Запропоновано алгоритм реконструкції швидкоплинних спектральних зображень грозових розрядів, який базується на поєднанні часово-роздільної спектроскопії та методів обробки сигналів. Особливу увагу приділено задачам відновлення просторової структури плазмових каналів у запиленій атмосфері з урахуванням розсіяння, поглинання та спектральної селективності випромінювання. Здійснено спробу створення нових інструментальних методів аналізу та керування процесами реконструкції при розв’язанні обернених задач відновлення геометричних зображень досліджуваних фізичних об’єктів. Показано перспективність використання бінарних детекторів на основі напівпровідникових матеріалів типу CsPbBr₃ для реєстрації широкосмугового випромінювання блискавок, а також можливість їх застосування в умовах нерівноважної термодинамічної плазми з конденсованою дисперсною фазою. Представлені в таблицях результати тестування методів реконструкції швидкоплинних фізичних процесів уперше продемонстрували нові можливості для визначення часткової маси твердої фази аерозолів у грозових хмарах. Отримані дані свідчать про підвищення чутливості до локальних параметрів плазми, що формуються під час розвитку грозового розряду. Традиційні підходи, засновані на вимірюванні інтегральної енергії розряду за допомогою радіометрів, датчиків магнітного поля, а також оптичних та інфрачервоних спектрографів, протягом тривалого часу демонстрували обмежену здатність до відновлення локальних характеристик плазми. Зокрема, ці методи забезпечують переважно інтегральні або усереднені оцінки параметрів, що ускладнює визначення просторово-часової структури плазмових каналів і розподілу аерозольної компоненти. Запропоновані методи реконструкції дозволяють подолати зазначені обмеження шляхом використання спектрально-часової інформації та розв’язання обернених задач, що забезпечує відновлення локальних фізичних характеристик середовища з підвищеною просторовою та часовою роздільною здатністю.