История исследования электрических сильноточных разрядов

    Я, Пышнов Александр Витальевич, начал заниматься экспериментальным исследованием электрических сильноточных разрядов в 1967 г., как аспирант кафедры "Физика элементарных  процессов" МИФИ, проводившей исследования, связанные с низкотемпературной плазмой. До этого работал на этой кафедре старшим инженером, а после окончания аспирантуры был обратно распределен на эту кафедру и продолжил исследования разрядов до момента прекращения ее существования в 1977 г..
    По результатам исследований разрядов опубликовано более десяти научных работ, а в 1976 г. защищена диссертация на ученую степень кандидата физико-математических наук.
   Но до настоящего времени не все результаты этих исследований, удалось опубликовать, потому что они не согласуются с традиционными представлениями о разрядах. Однако, эти результаты представляются важными, и, открывая сайт, я хочу ознакомить с ними специалистов, имеющих дело с разрядами.

Аспирантура (20.12.1967-20.12.1970)

  Своим научным руководителем попросил стать доцента кафедры "Физика элементарных  процессов" О.А.Малкина, наметившего темой своей научной деятельности исследование  элементарных процессов в низкотемпературной плазме в двух крайних случаях - слабой и  многократной ионизации. Я выбрал случай многократно ионизованной плазмы, так как ее создание предполагалось осуществить с помощью сильноточного электрического разряда. Этот разряд  заинтересовал меня еще в шестом классе школы. Тогда, во время очередного посещения  Политехнического музея, а я бывал в нем по нескольку раз в месяц, мне на электроискровом станочке  сделали шестигранное отверстие в ключе от квартирного замка. C тех пор увлекся разрядами и еще  во время учебы в школе собрал несколько вариантов простейших электроэрозионных станочков, а затем - уже более сложный вариант (ers1, ers2) во время учебы в институте.
  Слабо ионизованной плазмой занялся аспирант, принятый в аспирантуру со стороны. Им оказался  мой бывший однокурсник.

   Первоначально задача моей диссертационной работы, сформулированная научным руководителем, состояла в экспериментальном получении информации о процессах ионизации и рекомбинации в  плазме при температурах до 60000К и давлениях от атмосферного и выше.
Для создания плазмы с такими параметрами был выбран импульсный сильноточный разряд. Чтобы  решить поставленную задачу, нужно было выполнить следующие  действия:

• Разработать и собрать экспериментальную установку для формирования разрядов, обеспечивающих получение плазмы с требуемыми параметрами, причем исходные параметры самого разряда были не очень ясны.

• Разработать методику спектральной диагностики распадающейся плазмы с временным разрешением в несколько микросекунд.

• Ha основе спектрограмм плазмы разряда, снятых в различные моменты ее распада, получить необходимые сведения об изменении температуры и состава плазмы во времени.

   На момент поступления в аспирантуру мне было уже 29 лет и, кроме полученных в институте(МИФИ) теоретических знаний, я владел также приличными навыками практической работы. Уверенно работал на большинстве металлорежущих станков (токарный, фрезерный, строгальный, шлифовальный и т.д.), владел газовой и электродуговой сварками, в том числе и аргонодуговой. Во время учебы в институте освоил стеклодувное дело так, что мог самостоятельно изготовить стеклянную вакуумную установку. За плечами был опыт разработки, сборки, наладки и ремонта разных устройств, таких как генераторы различных электрических импульсов, высокочастотные генераторы большой мощности, радиостанции малой мощности, магнитофоны, маломощные газоразрядные лазеры непрерывного действия, твердотельные импульсные лазеры.

   Дома у меня были два небольших настольных станочка - токарный (ts1, ts2) и фрезерный (fs1, fs2), станины для которых подобрал на свалке, а затем на их основе собрал станочки по собственному усмотрению. Кроме того, дома оборудовал пост ацетиленовой сварки на базе четырехлитровых газовых баллончиков. Это было существенное подспорье во время моего пребывания в аспирантуре, так как позволяло оперативно изготавливать необходимые детали и узлы для установки. Поэтому в техническом плане мне требовалась помощь лишь при изготовлении крупных деталей, которых было мало.

   При поступлении в аспирантуру я  был молод, и у меня был кураж. Поэтому собрал  экспериментальную установку, позволившую формировать стабильно  воспроизводимые разряды с  параметрами, которые ранее не изучались, и начал их  подробное исследование.

  Основой экспериментальной установки явился генератор прямоугольных (точнее  трапецеидальных)  импульсов тока. С его разработки и изготовления началась работа. Первоначальный вариант  генератора, собранный мною на мощных водородных  тиратронах [1], мог  стабильно формировать  импульсы тока амплитудой до 400А. Но этого для достижения требуемых параметров плазмы  оказалось мало. Поэтому был собран другой генератор по схеме, приведенной в  [2], который мог  формировать прямоугольные импульсы тока амплитудой до 40 кА. Генератор был самым сложным  узлом установки, на его разработку, сборку, отладку и изготовление отдельных элементов у меня  ушло более двух лет. Некоторые узлы генератора представлены фотографиями  (фото 1, фото 2, фото 3, фото 4. )
Предел моему стремлению наращивать амплитуду тока был положен тем обстоятельством, что при  амплитудах тока, превышающих определенное значение, испарение стенок разрядных кварцевых трубок начиналось раньше, чем канал разряда успевал заполнить сечение трубки [3]. А наша цель  состояла в формировании таких разрядов, в которых плазма достигает стационарного ( точнее  квазистационарного) состояния, чтобы затем изучать распад плазмы из этого состояния после резкого  обрыва тока.

   Второй этап работы касался отработки конструкции разрядной трубки, в которой получаемая  конфигурация плазмы была бы пригодна для точных спектроскопических исследований с  пространственным разрешением. Требовалась цилиндрическая симметрия плазменного столба. Сборочный чертеж окончательного варианта отработанной и изготовленной мною разрядной трубки  приведен в [4]. В этой конструкции отсутствуют паразитные объемы, поэтому при формировании  канала разряда осевого перераспределения плотности вещества в канале не происходит.

   Помимо названных основных узлов, во время "учебы" :-) в аспирантуре мною были разработаны и  собственноручно собраны также следующие узлы установки: системы вакуумирования и  газообеспечения разрядной трубки; источник абсолютно черного тела с температурой 39000К на  основе капиллярного разряда, запитываемый от того же генератора, что и разрядная трубка; управляющий спектрохронограф, позволивший снимать спектры излучения плазмы разряда в любой  наперед выбранной фазе существования плазмы с временным разрешением 4 мксек; фотоэлектрическая приставка к спектрографу для наблюдения контура спетральных линий; был также собран электролизер для бесперебойного обеспечения установки водородом.

Сюрпризы после аспирантуры

  Чтобы определять температуру плазмы оптическими методами нужно было быть уверенным в том, что состояние плазмы описывается моделью полного или хотя бы частичного локального термодинамического равновесия (сокращенно ЛТР). Согласно теоретическим критериям реализация частичного ЛТР в плазме с теми параметрами, которые мы намечали достичь, ни у кого не вызывала сомнения.

   В трехлетний срок обучения в аспирантуре я не уложился, однако мне повезло: руководство кафедры меня отстояло и после окончания аспирантуры я был оставлен на кафедре. В последующие девять месяцев были отсняты чистовые спектры разрядов в водороде, гелии, азоте и аргоне. Параллельно шла их расшифровка. Основной объем по расшифровке и обработке спектров был выполнен моим научным руководителем. Работа при тогдашних методах обработки очень кропотливая. Результаты обработки оказались неожиданными, они указывали на отклонение полученной плазмы от чЛТР. В связи с этим получение достоверной информации о релаксационных процессах на основе полученных спектрограмм стало, с моей точки зрения, проблематичным.

   На этой стадии работы возникло разногласие между мною и моим руководителем. Мой руководитель предлагал остановиться на достигнутом и начать срочно оформлять диссертации к защите. Я после долгих колебаний с этим не согласился.

   В пользу остановки дальнейших работ говорило то обстоятельство, что кафедра, как таковая, должна была прекратить свое существование. И оно, действительно, произошло, но не так быстро, как мы думали. Причина развала кафедры состояла в следующем. С целью активизации научной деятельности сотрудников и повышения их научной квалификации руководством института было принято решение, что заведующие кафедрой должны иметь ученую степень доктора наук. Тем, кто ее не имел, давался пятилетний срок для защиты докторской. Наш заведующий кафедрой в этот срок не уложился и участь кафедры была решена, так как кафедра была создана не приказом по министерству, а решением внутриинститутского уровня.
С другой стороны, после стольких усилий хотелось на основании более веских доводов понять, насколько можно доверять спектроскопическим измерениям температуры плазмы, а, возможно, докопаться и до причины нарушающей ЛТР. По моим оценкам на это требовалось еще около года.

   Дальше каждый пошел своим путем. Мой руководитель оформил и защитил докторскую диссертацию (16.4.1973). На ее основе выпущена книга [5], в которой отражено состояние исследований, замороженное на упомянутом выше этапе. Я же продолжил исследования дальше.

   Поскольку вывод об отсутствии частичного ЛТР у специалистов по диагностике плазмы вызывал недоверие, то поставил своей целью добыть более весомые доказательства с помощью методов диагностики, которые не зависят от ЛТР. Для этого требовалось измерить, по крайней мере, два параметра плазмы. Один параметр уже измерялся. Это концентрация электронов в плазме, которая определялась по Штарковскому уширению водородных линий, то есть методом, который не зависит от ЛТР. В качестве второго параметра решил использовать величину давления в плазме, измеряемую с помощью пьезодатчика. С этой целью продолжил доработку методики измерения давления, разработку которой начал ещё в аспирантуре. Доработка датчика давления заняла около года. Помню, что в то время моя домашняя "мастерская" заработала, что называется, на полную катушку. Разрабатывал, изготавливал и испытывал различные варианты датчиков для измерения давления в разряде. В практике исследований, проводившихся в то время, данная методика применялась, видимо, впервые.

   Полученные результаты измерения давления подтвердили отклонение плазмы от ЛТР и мои сомнения относительно возможности использовать наработанные данные для определения коэффициента рекомбинации в плазме. Результаты, относящиеся к водородной плазме, я оформил в виде двух статей [6,7].

  После проведения указанных дополнительных исследований я в 1974 г. представил к защите свою диссертацию по специальности "Физика и химия плазмы" [8]. Защита была назначена на 9 июля 1975 г. В качестве ведущей организации я выбрал Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова, так как по публикациям знал, что там занимаются исследованиями сильноточных разрядов (лаборатория И.В.Подмошенского).
Работу в этой организации восприняли в общем благожелательно за исключением одного но... Было сказано, что положительный отзыв мне дадут после изменения вывода диссертации о нарушении ЛТР в исследованных плазмах на обратный, так как, по их мнению, ни один специалист с этими выводами не согласится, что они ошибочны. Защиту пришлось отложить.

  В 1975 и 1976 гг вышли из печати мои две работы [6,7] о нарушенях ЛТР в водороде. После этого удалось придти к компромисному решению: организация дала положительный отзыв, а я исключил из диссертации материал, указывающий на нарушение ЛТР в плазме азота и аргона (в организации опасались, что этот материал может "бросить тень" на их работы).

Так как после 1975 г. ученый совет МИФИ уже не мог принимать к защите диссертации по заявленной ранее специальности, то я решил защищаться по специальности "Экспериментальная физика". Для этого пришлось заново перепечатать автореферат диссертации, а заодно и переформулировать название диссертации на более созвучное вновь заявленной специальности [9]. Защита диссертации успешно прошла 20/12/1976 г. :-)

Наиболее важные результаты

    Наиболее значимые результаты начали появляться после того, как , перестав заниматься вопросом об ЛТР, я вплотную занялся исследованием величины давления в разряде. Измерение давления с помощью пьезодатчика осуществлялось быстро - результат сразу считывался с экрана осциллографа с памятью, поэтому было проведено большое количество замеров величин давления, привязанных к величине тока, начальному давлению газа в разрядной трубке, ее радиусу и роду наполняющего трубку газа. Осмысление полученных результатов развивалось следующим образом:

Этап 1

  Полученные данные представляли наборы из четырех связанных между собой чисел. После многократных попыток найти способ представить упомянутые данные в легко доступном виде, была установлена эмпирическая формула, связывающая эти четыре величины. Оказалось, что давление в разряде p можно приближенно выразить в виде произведения трех степенных функций от тока I, начального давления газа в трубке p_o и радиуса трубки R [10]:

Здесь Π, a, b, c - эмпирические коэффициенты, которые можно считать постоянными, причем они мало зависят от рода плазмообразующего вещества. Величины a, b, c, округленные до простейших дробей, равны, соответственно, 4/5, 3/5, 6/5. Величину Π не привожу, так как ее величина зависит от выбора единиц измерения.
Расхождение между измеренными значениями давления и рассчитанными по формуле (1) редко превышало 60%. Привлечение данных других авторов показало, что области параметров, охватываемых этой формулой, очень велики - не менее нескольких порядков по каждому из параметров. Стало ясно, что это не случайная, а физическая зависимость.

Этап 2

  Объяснить упомянутую формулу на основе существующих моделей сильноточного разряда с преобладанием излучения мне не удалось. Поэтому начал мысленно анализировать различные гипотетические модели разряда, постулируя тот или иной физический процесс в разряде в качестве ключевого.

  Физическая сущность зависимости (1) начала проясняться, когда в качестве ключевого процесса была рассмотрена поляризация плазмы канала разряда. Ход рассуждений был следующим. В линейном электрическом разряде ток протекает по плазменному каналу. В этом канале происходит выделение энергии электрического тока и превращение ее в другие виды. Проводящий плазменный канал окружает горячий, но уже непроводящий газ. Из-за поляризации плазмы энергетические параметры частиц в ней занижены по сравнению с параметрами тех же частиц, находящихся в нейтральном непроводящем газе. Поэтому плазма канала представляет энергетическую яму для частиц окружающего канал нейтрального газа. Так как снижение энергии частиц в плазме зависит от пространственных параметров плазмы, то можно сказать, что энергетическая яма носит потенциальный характер.

Известно, что любая система стремится к минимуму потенциальной энергии, поэтому частицы из окружающего канал нейтрального газа стремяться "свалиться" в плазменную потенциальную яму и "засыпать" ее. Чтобы поддерживать плазменный канал в стационарном состоянии, необходимо "выбрасывать" за его пределы количество частиц, равное "свалившемуся". А для удаления частицы за пределы канала ей надо сообщить порцию энергии, равную величине снижения энергии частицы в плазме.

   Величину мощности, затрачиваемую на удаление частиц из канала, получим, перемножив величину χ_j снижения энергии частиц j-го сорта в канале на число N_j частиц этого же сорта, удаляемых через границу канала в единицу времени, и просуммировав по всем сортам частиц. Обозначим выражение для мощности буквой Q и будем называть его мощностью поляризационных потерь, кратко  МПП.

Модель однородного канала

  Чтобы применить выражение МПП к реальному каналу требуется знать радиальное распределение параметров плазмы разряда, но оно, обычно, не известно. Поэтому вместо реального канала проанализируем гипотетический однородный канал, в котором все параметры плазмы постоянны вдоль радиуса, а внешние параметры (ток, масса плазмообразующего вещества, вид вещества, радиус канала) такие же, как у реального канала. Познакомимся с результатами анализа.

  При записи энергобаланса единицы длины однородного канала считаем, что электрическая мощность P, подводимая к единице длины канала, расходуeтся на излучение, мощность которого обозначим через W, и на поляризационные потери мощностью Q:

Величину P запишем, как I²G^-1, где I - ток через канал,G - электропроводность единицы длины канала. Выражение для мощности излучательных потерь W в общем случае не известно, поэтому учтем его формально, введя величину δ, равную δ=W/Q.

С учетом сказанного баланс единицы длины однородного канала запишем в следующем рабочем виде:

  Дальнейшее рассмотрение для упрощения выкладок ограничим плазмообразующими веществами, состоящими из одного химического элемента (азот, аргон, водород и т.д.) и режимами, при которых плазма канала сильно ионизована и состоит из атомов, однократно заряженных ионов и электронов с концентрациями, равными, соответственно, n₀, n₁ и n_e. Концентрацию молекул (или атомов в случае одноатомного газа) плазмообразующего газа при комнатной температуре T_N (293ºK), соответствующую указанным концетрациям компонент плазы, обозначим через n_N. Число атомов в молекуле плазмообразующего газа обозначим через q, для одноатомного газа q=1.
В сильноионизованной плазме молекул практически нет, поэтому можно считать, что

Теперь величину p давления в плазме однородного канала можно представить опять же согласно закона Дальтона в виде

Раскроем структуру величины Q (2).

   Величина удельного (через единичную площадку) потока ν_j частиц  j-го сорта (j=e, 0, 1) записывается в виде произведения концентрации частиц n_j на величину их скорости  v_j

Здесь m_j - масса частиц. Массу атомов и ионов будем характеризовать их относительным атомным весом μ. Через относительный атомный вес масса атома (иона) связана с массой протона m_p соотношением

Рассмотрим величины χ_j снижения энергии частиц в плазме

   Для атомов снижение их энергии в плазме происходит за счет уменьшения энергии ионизации, величину этого уменьшения обозначим через χ_o. Для электронов снижение энергии χ_e происходит за счет уменьшения их кулоновской энергии в плазме. Величина χ_e связана с χ_o соотношением

Для ионов снижение энергии происходит как за счет снижения кулоновской энергии, так и за счет снижения энергии ионизации. Величина χ₁ связана с χ_o соотношением

Подробно снижение энергии частиц в плазме рассмотрено в работе [11], там же приведены соответствующие аналитические выражения.

  Из анализа формул (9-15) следует, что в случае сильноионизованной плазмы основной вклад в Q дает электронная компонента. Поэтому выражение (13) упростим и запишем в виде:

Рассмотрим структуру электропроводности однородного столба G.

   Выражение для электропроводности единицы длины однородного столба записывается, как

где σ - удельная электропроводность плазмы. В случае сильноионизованной плазмы удельная электропроводность описывается формулой Спитцера:

где A- постоянная величина, lnΛ - кулоновский логарифм, медленно меняющаяся величина, γ - величина, равная для однократноионизованной плазмы 0,582.

Зависимость давления в однородном канале от внешних параметров (тока, радиуса трубки, начального давления наполняющего газа и рода газа).

   Выше выписаны все выражения, необходимые для получения названной зависимости. Дополним эти выражения вспомогательной функцией, которую обозначим греческой буквой тау τ

Использование функции τ вместо χ_o позволяет записать выражение для давления так, что внутренние параметры плазменного канала, о которых мы имеем, чаще всего, только приблизительную информацию, окажутся под знаком корня третьей степени. При таком способе записи выражение для давления не столь критично к величине этих параметров.

   Сконструируем выражение для давления. Для этого раскроем выражение энергобаланса (4), заменив в нем величины Q и G их выражениями (16-18), а величину χ_o выразим через τ согласно (19). Кроме того, используя (5-6), выразим концентрацию частиц через начальное давление газа в разрядной трубке p_o.
Преобразуем полученное выражение в явную зависимость температуры T от внешних и внутренних параметров разряда. Подставив затем эту зависимость в выражение для давления в канале (8) и группируя отдельно внутренние и внешние параметры, прийдем к следующему выражению для давления в однородном канале:

Здесь C - постоянная величина, составленная из физических констант таких, как масса электрона, постоянная Больцмана, стандартное значения комнатной температуры T_N и т.д..

  Видно, что записанная зависимость (20) совпадает по структуре с эмпирической (1). Это является одним из подтверждений справедливости гипотезы о ключевом процессе.

  Проанализируем выражение (21) на предмет его критичности к величине параметров плазмы разряда. Для этого зададим для каждого из параметров возможные интервалы его изменения и посмотрим, в каких пределах при этом будет варьироваться величина ∏.

  Функция, стоящая в квадратных скобках в выражении (21), в области изменения степени ионизации плазмы 0,1≤ η ≤ 1 практически постоянна и равна 2. Это означает, что напрямую давление в канале от степени ионизации плазмы не зависит в широком интервале ее изменения, слабая зависимость возникает за пределами названного интервала.

   Проанализируем зависимость давления от величины излучательных потерь энергии из канала. Предположим, что излучательные потери W могут варьироваться от 30 до 80%. Тогда величина (1+δ)^-1/3 будет находитmся в пределах от 0,584 до 0,89. Если в качестве среднего использовать среднеарифметическое из этих величин, т.е. величину 0,737, то фактическое значение давления может отклоняться от среднего максимум на 21%.

  Значения величины кулоновского логарифма lnΛ для широкого диапазона режимов находится в пределах от 3 до 7. Для этих режимов фактическое значение давления может отклоняться от среднего на 10%.

   Оценим зависимость давления от величины τ на конкретном примере. Для этого построим график  зависимости величины k^-1χ_o от температуры при заданном давлении и из него на основании формулы (19) определим минимальное и максимальное значения τ в выбранном температурном интервале. Например, в аргоновой плазме атмосферного давления этот интервал для температур от 8000 до 20000К лежит между 0,019 и 0,075. В таком интервале фактическое значение давления может отклоняться от среднего на 22%.
  Расчет величины снижения энергии ионизации является стандартной процедурой, и здесь не рассматривается.

  Попутно замечу, что приведенную зависимость можно с хорошей точностью аппроксимировать тремя прямолинейными отрезками

χ_o=τ_ok(T-T_c),         (22)

где τ_o и T_c являются постоянными величинами, своими для каждого температурного интервала. Например, для анализа каналовых аргоновых дуг атмосферного давления [12] интересен интервал температур T примерно от 7000K до 12000K, который хорошо аппроксимируется одним прямолинейным отрезком.

  Функция τ для (22) согласно (19) равна

τ=τ_o(1-T_c/T).         (23)

Таким образом, можно сказать, что точность полученной формулы (20) не хуже точности эмпирической зависимости (1). Обсчет по этим формулам данных одних и тех же экспериментов показал, что модельная зависимость значительно лучше согласуется с экспериментом, чем эмпирическая [12]. Это еще один довод в пользу выражения для МПП (2).

Эксперименты, поставленные на основе формулы (20).

   Ниже кратко описаны некоторые эксперименты, проводенные автором спонтанно в свободное от основной работы время.
   Формула (1) подсказала пути получения высоких давлений с помощью электрического импульсного разряда. Из неё следует, что при доступных значениях тока генератора, высокие давления в канале можно получить за счет повышения начального давления в канале, то есть увеличения концентрации частиц в канале, и уменьшения его диаметра. Причем эти возможности можно использовать порознь или совместно.

  До защиты диссертации зависимость для давления (1) была промерена до значений давления р в разряде не более 10 МПа, т.к. при бóльших значениях кварцевые трубки разрушались.
   Для достижения более высоких давлений кварцевые трубки были заменены на металлические со вставленной во внутрь диэлектрической трубкой из пластичного материала (кембрик). При начальном давлении газа в трубке в 15 МПа , амплитуде тока в 20 кА и радиусе канала около 1 см были достигнуты давления в районе 140-200 МПа.
  В этих опытах уже не обращалось внимание на возникающее испарение кембрика. В ряде случаев оно использовалось для создания плавно нарастающего давления: например, при обжатии трубки давлением разряда по внутреннему профилю разъемной матрицы, одеваемой на разрядную трубку.

  Для получения еще более высоких давлений была изготовлена специальная разрядная система, представлявшая стальную цилиндрическую болванку диаметром 250 мм, в которой был засверлен глухой канал диаметром 35 мм и длиной 200 мм. Канал запирался стальной крышкой, сквозь которую проходил изолированный токоввод. На оси канала натягивалась тонкая медная проволочка диаметром 0,3 мм. Одним концом она крепилась к глухому дну канала, а другим к токовводу. Пространство между стенками канала и проволочкой заливалось расплавленным диэлектриком.
  При пропускании импульса тока через проволочку она испарялась. Концентрация частиц в токопроводящем канале становилась очень высокой, а диаметр канала был мал. В заполняющем диэлектрике возникало высокое давление.
  Величина этого давления оценивалась косвенно. В диэлектрик закладывалась капсула, представляющая собой отрезок трубки из нержавеющей стали. Отверстия на торцах трубки были заварены аргонодуговой сваркой. Наружный диаметр трубки составлял 6 мм, а внутренний - 2 мм. Амплитуда тока равнялась 35-40 кА.
   После воздействия на капсулу давления, возникающего при разряде, канал в сплющенной капсуле обнаружить не удавалось. Это указывает на то, что импульсное давление в канале по порядку величины составляло 1000 МПа.

   Были проведены опыты по разрушению бетонных блоков с характерным размером 20 см. В блоке сверлилось сквозное отверстие, в которое помещался отрезок коаксиального кабеля. При пропускании тока через центральную жилу кабеля блок разваливался на кусочки. Мощность, развиваемая генератором, в этих опытах доходила до 1  Гвт.

   В качестве развлечения изготовил несколько вариантов небольших электропушек, в которых вместо пороха был использован электрический разряд. Калибр пушки составлял 10-11 мм, разряд возникал между дном снаряда и дном разрядной камеры, соединенных между собой тонкой проволочкой. Дно разрядной камеры было изолировано от ствола. Чтобы избежать шунтирования разряда стенками ствола, в разрядную камеру вставлялся кусочек трубки из пластика. Начальное давления в разрядной камере выбиралось равным 15 МПа. В процессе экспериментирования удалось добиться того, что снаряд, выпущенный из электропушки, пробивал стальной лист толщиной до 5 мм.

   Развить исследования дальше не удалось, установка была разобрана в связи с изменением направления деятельности лаборатории. Площадь (20 кв.метров), занимаемая ею, была превращена в комнату и использована для проведения семинаров физиков-теоретиков. Это были мои последние эксперименты, связанные с электрическим разрядом. Впоследствии вернуться к ним не довелось.

Опубликовать гипотезу о ключевом процессе не удалось.

   Первая попытка опубликовать полученную экспериментальную зависимость (1) для давления и ее обоснование на основе гипотезы о ключевом процессе была предпринята в 1976 г. В соответствии с отзывом рецензента гипотезу о ключевом процессе из статьи пришлось исключить. В урезанном виде эта работа появилась в журнале "Теплофизика высоких температур" за 1978 г. В конце этой работы, где первоначально формулировалась гипотеза о ключевом процессе, вставил фразу с обещанием дать строгое теоретическое обоснование полученной экспериментальной зависимости в одной из ближайших работ. Но по настоящему выполняю это обещание только сейчас, на этом сайте :-(.

   В 1980 я сменил место работы и на много лет забыл о разрядах. Но ощущение от незавершенности работы осталось. Так как продолжать прежние исследования было невозможно, то постепенно занялся изучением работ по каналовым аргоновым дугам, по ним опубликовано много экспериментальных данных.
   В этих дугах доля излучательных потерь мала по сравнению с неизлучательными, поэтому экспериментальные данные по ним идеально подошли для подтверждения МПП.
   Анализ энергобаланса каналовых дуг, записанный с учетом МПП, привел к аналитической зависимости для средней температуры канала, согласующейся с экспериментом [12].
   Вольтамперные характеристики столба каналовых дуг, рассчитанные на основе установленной зависимости температуры канала от внешних параметров, совпадают с экспериментальными вольтамперными характеристиками в пределах погрешности измерения последних.
   Удовлетворительно согласуется с экспериментом и расчетная вольтамперная характеристика для свободно горящей дуги в аргоне, расхождение порядка 15% наблюдается лишь при токе дуги в 1 А. Но при этом токе само понятие дуги, по всей видимости, теряет смысл,- начинается область перехода дуги к аномальному тлеющему разряду, происходит исчезновение потенциальной ямы.

  В статье, направленной в ТВТ в 1987 г., на основе гипотезы о ключевом процессе был проанализировал энергобаланс не только сильноточных разрядов с преобладанием излучения, но и дуг, в которых излучением можно пренебречь. Приведен обширный экспериментальный материал в пользу полученных результатов. После полуторагодичного пребывания статьи в редакции состоялась встреча с представителем редколлегии журнала О.А.Синкевичем. Им было сказано, что в работе собран интересный материал, и предложено переделать статью на обзор свойств сильноточных разрядов, исходя только из приведенного экспериментального материала. Также было сказано, что обзор напечатают в ближайшем номере. От этого я отказался. Тогда было предложено депонировать статью от имени Академии наук СССР и Редколлегии журнала "Теплофизика высоких  температур",  убрав из статьи сомнительную, по мнению редколлегии, гипотезу о ключевом процессе и представив полученные на ее основе формулы, как чисто эмпирические. Это было обосновано тем, что журнал не может рисковать своей репутацией, публикуя статью спорного характера. На этот вариант я согласился, заменив гипотезу о ключевом процессе на ряд допущений, не вызвавших возражения.
Допущения сформулировал так, что величины χ_j снижения энергии частиц в плазме были заменены их аппроксимациями в виде кусочно-линейных функций. От такой замены работа стала малопонятной, но на основе сформулированных допущений была обоснована эмпирическая зависимость для давления (1) и получена аналитическая зависимость для модельной температуры в аргоновой дуге. В депонированном виде работа вышла в 1989 г.[12], а ее аннотация [13] была опубликована в журнале ТВТ за 1990 г.

  Однако отсутствие в работе [12] четко сформулированной ключевой гипотезы сделало практически невозможным публикацию дальнейших работ на ее основе. Кроме того, работа оказалась, видимо, малодоступной. Когда впоследствии я заказал для себя копию этой работы через новое место работы, то получил ее только через четыре месяца. По этим причинам, возможно, на целый ряд статей, отосланных в "Журнал технической физики", был получен отказ. Привожу пример типичного отказа (Л1, Л2), иллюстрирующий сказанное.

    В 1992 г. была написана статья о сильноточных разрядах, построенная исключительно на рассмотрении роли поляризационных процессов в плазме канала, и отправлена в "Журнал экспериментальной и теоретической физики" (ЖЭТФ). Вскоре она вернулась обратно,- по мнению редколлегии, статья не представляет интереса для широкого круга читателей, поэтому ее целесообразно направить в специализированный журнал.
Подредактировав название статьи и ее содержание, переслал ее в журнал ТВТ. Примерно через месяц мне сообщили из редакции, что статья принята, нужно срочно внести поправки, так как решено напечатать ее в очередном номере. В рецензии содержались замечания, на которое ясно было, как ответить, и совет построить статью, исходя из более общих выражений.
   Основную задачу этой статьи я видел в том, чтобы обнародовать гипотезу о ключевом процессе и выражение (2) для МПП. Ранее эту гипотезу уже дважды исключали из работ [10, 12]. Без нее не удалось опубликовать работы по расчету вольтамперных характеристик аргоновых дуг, как стабилизированных стенками, так и свободногорящих; расчету состава сред, в которых возможно существование долгоживущих плазменных образований, и способу их реализации; целому ряду прикладных вопросов. Поэтому основной упор при доработке статьи был сделал на гипотезу, и исключен второстепенный материал. Через месяц узнал, что статья отклонена. Причина отказа: "статья претерпела переработку, носящую "косметический" характер, но по существу не исправлена".
   Мне этот отказ был непонятен. Поэтому попросил дать расшифровку отказа. После ряда регулярных звонков в редакцию получаю пояснение на двух страницах, содержание которых сводится к тому, что формула (имеется в виду МПП) противоречит всем представлениям газокинетической теории.
Расхождение выражения (2) с известными формулами ясно с самого начала, из-за этого я и стараюсь его опубликовать. В этом суть. Таким образом, представленное пояснение явилось ничего не проясняющим набором слов, кроме того, что редколлегия либо не владеет вопросом, либо по каким-то своим внутренним причинам не хочет публиковать работу. Еще раз обращаюсь с той же просьбой в редколлегию журнала, снова получаю отказ-пустышку. Так, в третий раз за 19 лет не удалось опубликовать гипотезу о ключевом процессе в журнале "Теплофизика высоких температур". Журнале, в котором опубликована большая часть моих работ по сильноточному электрическому разряду.

   Самое удивительное, что формулировка гипотезы о ключевом процессе, занимает максимум четверть страницы машинописного текста и словесно понятна без всяких формул.

   Попытки опубликовать работы на ее основе успеха не имели. Мне не раз задавали вопрос: "Почему Вы обращаетесь к нам с работой, истоки которой находятся в ТВТ?"

   В итоге решил поставить точку и больше не возвращаться к этой теме, так как время затраченное за 17 лет на попытки опубликовать наработанные результаты фактически было потрачено в пустую. Удалось опубликовать лишь две "обрезанные" работы [10,12].

    Собственноручная сборка персонального компьютера в 2001 г. и недавнее ознакомление с азами HTML позволили мне самостоятельно создать сайт в Интернете.

   Материалом для него послужила завалявшаяся папочка с неопубликованными пожелтевшими работами, написанными в молодости. Перечитывая работы, решил кое-что обнародовать, так как материал представляется попрежнему актуальным. Такова история возникновения этого первого в моей жизни сайта.

 1. Пышнов А.В. Генератор прямоугольных импульсов. Авт. свидетельство № 262158, 1969 г. БИ № 6, 1970 г.
 2. Малкин О.А.,Пышнов А.В.// Исследование протекания большого импульсного тока через газ. ЖПС, 14, 198-202, 1971 г.
 3. Малкин О.А.,Пышнов А.В.// Зависимость параметров сильноточного импульсного разряда от тока и начального давления. ТВТ, 9, 884-889, 1971 г.
 4. Пышнов А.В.// Формирование симметричных сильноточных разрядов. ТВТ, 13, 279-287, 1975 г.
 5. Малкин О.А. Импульсный ток и релаксация в газа. М., Атомиздат, 1974, с. 280.
 6. Пышнов А.В.// Исследование квазистационарной водородной плазмы сильноточного импульсного разряда.ТВТ, 13, 925-932, 1975 г.
 7. Пышнов А.В.// Распад полностью ионизованной водородной плазмы. ЖПС, 24, 343-346, 1976 г.
 8. Пышнов А.В.// Исследование квазистационарной и распадающейся плазмы сильноточного импульсного разряда. Автореф. канд. дис., МИФИ. М., 1975 г.
 9. Пышнов А.В.// Экспериментальное исследование сильноточного ограниченного стенками импульсного разряда. Автореф. канд. дис., МИФИ. М., 1976 г.
10. Пышнов А.В.// Зависимость параметров квазистационарного, стабилизированного стенками разряда от тока, начального давления и радиуса трубки. ТВТ, 16, 914-921, 1978 г.
11. Griem H.R.// Phys.Rev. 1962. V.128. No.3. P.997-1006.
12. Пышнов А.В. К вопросу построения модели канала квазистационарной ограниченной стенками дуги. ВИНИТИ № 6899-В89, М., 1989 г., 35 с.
13. Пышнов А.В.// К вопросу построения модели канала квазистационарной ограниченной стенками дуги. ТВТ, 28, 410, 1990 г.