|
Рентгеновские лучи, которых не должно быть
|
|
|
|
Около 20 лет профессор прикладной физики Калифорнийского технологического института Пол Беллан и его группа создавали магнитно-ускоренные струи плазмы, электропроводящего газа, состоящего из ионов и электронов, в вакуумной камере, достаточно большой, чтобы вместить человека. (Неоновые вывески и молнии — повседневные примеры плазмы). В этой вакуумной камере пучки газа ионизируются под напряжением в несколько тысяч вольт. Затем через плазму протекает ток в 100 000 ампер, создавая сильные магнитные поля, которые превращают плазму в струю, движущуюся со скоростью около 10 миль в секунду. Высокоскоростные записи показывают, что струя проходит несколько отдельных стадий за несколько десятков микросекунд. Беллан говорит, что плазменная струя выглядит как растущий в длину зонтик. Как только длина достигает одного или двух футов, струя становится нестабильной, что приводит к ее превращению в быстро расширяющийся штопор. Это быстрое расширение вызывает другую, более быструю нестабильность, которая создает рябь. «Рябь заглушает электрический ток силой в 100 килоампер, подобно тому, как если положить большой палец на водяной шланг, это ограничивает поток и создает градиент давления, который ускоряет воду», — говорит Беллан.
|
|
|
|
«Дроссельный ток струи создает электрическое поле, достаточно сильное, чтобы разогнать электроны до высокой энергии». Эти высокоэнергетические электроны ранее были идентифицированы в эксперименте с струей по рентгеновским лучам, которые они генерируют, и Беллан говорит, что их присутствие стало неожиданностью. Это потому, что традиционное понимание гласит, что плазма струи была слишком холодной, чтобы электроны могли ускоряться до высоких энергий. Обратите внимание, что «холод» — понятие относительное: хотя эта плазма имела температуру около 20 000 Кельвинов (35 500°F) — намного жарче, чем все, с чем обычно сталкивается человек, — она и близко не приближается к температуре солнечной короны, которая составляет более 1 градуса. миллион Кельвина (1,8 миллиона градусов по Фаренгейту). «Итак, вопрос в том, почему мы видим рентгеновские лучи?» — говорит он.
|
|
|
Считалось, что холодная плазма не способна генерировать электроны высокой энергии, потому что она слишком «столкновительна», то есть электрон не может путешествовать очень далеко, прежде чем столкнется с другой частицей. Это похоже на то, как водитель пытается протащить гонку через тупик на автостраде. Водитель мог нажать на педаль газа, но проехал всего несколько футов, прежде чем врезался в другую машину. В случае холодной плазмы электрон будет ускоряться всего на один микрон, прежде чем столкнуться и замедлиться. Первой попыткой группы Беллана объяснить это явление была модель, предполагающая, что некоторой части электронов удается избежать столкновения с другими частицами во время первого микрона пути. Согласно теории, это позволяло электронам ускоряться до немного более высокой скорости, и, разогнавшись быстрее, они могли пройти немного дальше, прежде чем встретить другую частицу, с которой они могли бы столкнуться. Некоторая часть этих теперь более быстрых электронов снова избежит столкновения на какое-то время, что позволит им достичь еще более высокой скорости, что позволит им путешествовать еще дальше, создавая петлю положительной обратной связи, которая позволит нескольким удачливым электронам идти дальше. и быстрее, достигая высоких скоростей и высоких энергий.
|
|
|
|
Но, по словам Беллана, эта теория была убедительной, но она была ошибочной. «Было понятно, что у этого аргумента есть изъян», — говорит он, — «потому что электроны на самом деле не сталкиваются в смысле столкновения с чем-то или не столкновения с чем-то. На самом деле они все время немного отклоняются. такая вещь, как электрон, который сталкивается или не сталкивается». Тем не менее, электроны высоких энергий действительно появляются в холодной плазме струйного эксперимента. Чтобы выяснить, почему, Беллан разработал компьютерную программу, которая рассчитывала действия 5000 электронов и 5000 ионов, непрерывно отклоняющихся друг от друга в электрическом поле. Чтобы выяснить, как нескольким электронам удалось достичь высоких энергий, он подстроил параметры и наблюдал, как изменилось поведение электронов. Когда электроны ускоряются в электрическом поле, они проходят рядом с ионами, но никогда не касаются их. Иногда электрон проносится так близко к иону, что передает энергию электрону, прикрепленному к иону, и замедляется, при этом теперь «возбужденный» ион излучает видимый свет. Поскольку электроны лишь изредка проходят так близко, они обычно лишь слегка отклоняются от иона, не возбуждая его. Такая случайная утечка энергии происходит у большинства электронов, а это означает, что они никогда не достигают высоких энергий.
|
|
|
|
Когда Беллан доработал свою модель, появилось несколько высокоэнергетических электронов, способных создавать рентгеновские лучи. «Те немногие счастливчики, которые никогда не приближаются к иону достаточно близко, чтобы возбудить его, никогда не теряют энергию», — добавляет он. «Эти электроны постоянно ускоряются в электрическом поле и в конечном итоге достигают достаточной энергии для производства рентгеновских лучей». Беллан говорит, что если такое поведение происходит в плазменной струе в его лаборатории Калифорнийского технологического института, то, вероятно, оно также происходит и при солнечных вспышках и в астрофизических ситуациях. Это также может объяснить, почему во время экспериментов по термоядерному синтезу иногда наблюдаются рентгеновские лучи неожиданно высокой энергии.
|
|
|
|
«Существует долгая история того, как люди видели вещи, которые, по их мнению, были полезными для синтеза», — говорит он. «Оказывается, это был термоядерный синтез, но он был бесполезен. Это были интенсивные переходные электрические поля, создаваемые нестабильностями, ускоряющие несколько частиц до чрезвычайно высоких энергий. Это могло бы объяснить то, что происходило. Это не то, чего хотят люди, но вероятно, именно это и происходит». Статья, описывающая работу «Рождение энергичного электронного хвоста в результате двойных столкновений дискретных электронов и ионов в электрическом поле суб-Драйцера», была опубликована в выпуске журнала «Физика плазмы» от 20 октября и представлена 3 ноября на 65-м ежегодном собрании. из Отделения физики плазмы Американского физического общества в Денвере, штат Колорадо.
|
|
|
|
Источник
|
