Исследования атмосферного электричества с помощью квантово-структурных нитей

В докладе рассматриваются уникальные свойства искусственных и атмосферных квантовых структур (КС), выявленные при проведении экспериментов [1 – 3] по триггерному инициированию молний. Дается объяснение уникальных способностей КС:
- разделять и копить объемные электрические заряды;
- инициировать ионизационный искровой пробой (молния) в облаках;
- формировать потоки высокоэнергетических частиц, античастиц, рентгеновского и гамма излучений (темная молния) в атмосфере.
Как известно, облака представляют собой аэрозоли, которые формируются за счет конденсации и кристаллизации паров воды на мельчайших твердых частицах, которые называются ядрами (зернами) конденсации или кристаллизации, соответственно [4]. Рост частиц аэрозолей обычно представляет собой процесс образования и объединения нанокластеров [5, 6]. Частицы, достигшие макроразмеров, выпадают из облака в виде метеоосадков. Поэтому большая часть облачных элементов представляют собой жидкие и кристаллические нанокластеры, а осадки, выпавшие из облаков, существенно отличаются от облачных элементов. Контактный забор облачных элементов с помощью аэрозондов, также, искажает квантовую структуру нанокластеров. Видимо поэтому большинство авторов не учитывают наноразмерных эффектов, возникающих в облаках.
Мелкоразмерные эффекты, связаны с большими значениями отношений площади поверхности к величине объема и дальности взаимодействия к размеру нанокластера. Соответственно, растут влияния поверхностных неравновесных эффектов и влияния внешних условий на процессы формирования нанокластеров, капель, градин и снежинок.
Квантовые эффекты, возникают из-за того, что в нанокластерах возникают дискретные энергетические уровни, похожие на те, которые соответствуют отдельным атомам и молекулам. Введение новых атомов вызывает рост числа валентных электронов нанокластера, в результате чего переполняются вырожденные энергетические уровни, и начинается заселение более высоких уровней. Это вызывает скачкообразное изменение потенциала ионизации, сродства к электронам и других характеристик кластеров. В том числе, по аналогии с законом Мозли, возрастают значения характеристических частот (следует ожидать проявления радиоактивности) нанокластеров, что усиливается эффектом магических чисел нанокристаллов (рост количества кристаллитов в особо устойчивых квантовых состояниях с замкнутыми оболочками).
Макроразмерные квантовые эффекты проявляются при собрании КС в огромные ансамбли километровых размеров (облака), что приводит к значимому проявлению взаимодействий со световыми и сверхсветовыми скоростями типа: излучение – поле, излучение – вещество, туннелирование, квантовая связанность (например, спины).
В результате проявления эффекта магических чисел и закона Мозли энергия характеристического излучения квантовых кристаллов (КК) повышается многократно. Высокоэнергетические характеристические излучения КК могут запускать в макроансамблях более энергичные квантовые реакции, включая реакции ядерного синтеза. Этот вывод подтверждается результатами космических и наземных дистанционных зондирований. Так, в 2006 г. орбитальная обсерватория Fermy обнаружила в земной атмосфере гамма-всплески длительностью 0,3 – 3,5 мс с энергией до 20 МэВ. А датчики Национальной научной лаборатория Армении (гора Арагац) зафиксировали в облаках всплески до 100 МэВ.
Крупноразмерные квантовые эффекты не могут быть воссозданы в ограниченных объемах лабораторий, поэтому исследования процессов, происходящих в квантовых структурах облаков, целесообразно проводить в полигонных условиях с помощью квантово-структурных нитей (КСН). Полигонные эксперименты подтвердили, что квантовые структуры способны обеспечить многократные разряды молний в грозовых и негрозовых облаках, а также формировать потоки проникающих ионизирующих излучений (темная молния) в атмосфере [1 – 3].
Сравнительный анализ квантово-структурных элементов облаков (КСЭО) и квантово-структурных нитей показал, что результаты экспериментов с КСН позволяют обосновать ведущее участие КСЭО в следующих атмосферных процессах.
Разделение и накопление объемного электрического заряда происходит за счет формирования двойного электронного слоя между жидкими нанокластерами и двойного положительного слоя между нанокристаллами. Для самостоятельного разделения объемных разрядов недостаточно разности потенциалов Земля – ионосфера [7].
Инициирование искрового пробоя (молния) в грозовых облаках производят ионизационные излучения, генерируемые большими ансамблями нанокристаллов. Для инициирования самостоятельных исковых пробоев недостаточно наблюдаемых в природе напряженностей 1 – 10 кВ/м, необходимо – 3000 кВ/м [4, 7].
Формирование темных молний производят большие ансамбли нанокристаллов, ионизационные излучения которых представляют собой потоки высокоэнергетических частиц, античастиц, рентгеновского и гамма излучений. Для того чтобы они могли быть зафиксированы в дистанционных зондированиях необходима высокая прозрачность окружающей среды с низкими ионизационными потерями.
Описанные механизмы конденсации и кристаллизации аэрозолей, с образованием жидких и кристаллических (реже – аморфных) нанокластеров и выпадением осадков из облака по мере роста частиц до макроскопических размеров, является общим для атмосфер различного химического состава. Их необходимо учитывать при дистанционном зондировании не только Земли, но и других планет, а также при изучении их атмосфер и облаков. В частности, следует отклонить такие модели, которые допускают перемешивание в одном слое облака кристаллов со значительно отличающимися температурами кристаллизации. Стратификация физико-химических структур слоев облачных элементов происходит в соответствии с температурной стратификацией атмосферы.
Также следует учитывать, что выявляемые при дистанционных зондированиях потоки высокоэнергетических частиц, античастиц, излучений рентгеновского и гамма излучений, могут иметь атмосферную, а не внешнюю космическую или инопланетную природу.
В заключение необходимо отметить, что использование КСН позволяет:
1. Калибровать результаты дистанционных зондирований за счет полунатурного моделирования характеристических излучений облачных элементов, а также атмосферных потоков высокоэнергетических частиц, античастиц, излучений рентгеновского и гамма диапазонов (темная молния);
2. Исследовать макромасштабные квантовые процессы – других методов контролируемого воссоздания квантово-структурных эффектов на километровых и более расстояниях неизвестно;
3. Исследовать нетрадиционные технические направления, такие как: альтернативная энергетика, защищенность образцов космической и авиационной техники от воздействия атмосферных потоков высокоэнергетических частиц, античастиц, излучений рентгеновского и гамма диапазонов [2, 8 – 10].