Аномальные феномены

     Если камера заполнена воздухом, в состав которого входит электроотрицательный элемент кислород, тогда будет происходить следующее. Свободные электроны плазмы после прекращения грозового разряда, то есть после прекращения процесса ионизации, участвуют в двух реакциях: 1) некоторые из них рекомбинируют с положительными ионами азота и кислорода, в результате чего получаются обычные атомы; 2) другие прилипают к атомам кислорода, которые не были ионизированы электрическим разрядом, и тем самым создают отрицательные ионы. Первая реакция называется рекомбинацией, вторая — прилипанием. Потери заряженных частиц в ходе этих реакций определяются произведением так называемой скорости реакции на концентрацию реагирующих частиц. Скорости реакций рекомбинации и прилипания незначительно отличаются друг от друга, зато концентрации частиц различаются на порядки. Какой бы мощностью ни обладал электрический разряд, он в лучшем случае ионизирует один атом из ста. Поэтому концентрация положительных ионов, участвующих в реакции рекомбинации, оказывается в десятки и сотни раз меньше концентрации нейтральных атомов в реакции прилипания. По этой причине подавляющая часть электронов участвует во второй реакции и плазма очень быстро меняет свой состав: в самом начале она состояла из положительных ионов и свободных электронов, а через несколько мгновений вместо отрицательных электронов появляются отрицательные ионы кислорода. Дальнейшая рекомбинация заряженных частиц происходит уже не между ионами и электронами, а между ионами разных знаков. Такая ион-ионная рекомбинация обладает особыми свойствами.

     Если в объеме имеется лишь один ион, а все другие частицы являются нейтральными атомами, поведение иона ничем не отличается от поведения атомов: он также будет участвовать в хаотическом броуновском движении и перемещаться по всей камере. Если в объеме имеются два иона разных знаков, на их броуновское движение будет накладываться медленный дрейф частиц навстречу друг другу под влиянием электростатических сил притяжения. Когда ионы сблизятся, они рекомбинируют с образованием нейтрального атома. Казалось бы, чем больше концентрация ионов, тем чаще будут происходить акты рекомбинации, и тем быстрее должна падать концентрация заряженных частиц. Однако, такая тенденция справедлива лишь до определенного значения концентрации ионов, а при ее превышении скорость реакций рекомбинации резко падает.

     Это происходит по следующей причине. Ионы, как уже отмечалось, участвуют в хаотическом броуновском движении. Когда два иона разных знаков оказываются в непосредственной близости один от другого, они не обязательно летят навстречу друг другу прямо в лоб. Чаще всего они летят в разных плоскостях и по инерции пролетают мимо. Конечно, траектория их полета изгибается навстречу друг другу, но из-за сравнительно большой массы и инерции изгибается незначительно и ионы разлетаются. Если других заряженных частиц рядом не будет, тогда ионы замедляются до полной остановки и начинают двигаться в обратном направлении навстречу друг другу. Наконец, они сталкиваются и рекомбинируют. Но если рядом окажутся другие заряженные частицы, тогда наши ионы оказываются в сфере притяжения этих частиц и „забывают“ о своем предыдущем „знакомстве“. Затем они точно также пролетают по инерции мимо этих частиц, попадают в сферу притяжения других частиц, от них перескакивают к третьим частицам и так далее. В этом случае вероятность их рекомбинации резко снижается. Но снижается не до нуля. Вследствие того, что рано или поздно обязательно случается ситуация, когда ионы будут лететь навстречу друг другу в лоб, они когда-нибудь прорекомбинируют. Этот эффект резкого падения скорости рекомбинации называется дебаевским экранированием плазмы (частицы плазмы экранируются друг от друга).

     Если мощность разряда мала, концентрация ионов оказывается недостаточной для включения механизма дебаевского экранирования и ион-ионная рекомбинация протекает быстро. Но если мощность разряда превысит некоторый предел, концентрация заряженных частиц плазмы достигает такого значения, что скорость реакций рекомбинации резко падает, а время жизни плазмы резко возрастает.