一种人工球状闪电产生装置

摘要

本发明提出了一种人工球状闪电产生装置，属于等离子体技术领域。解决了球状闪电领域内的现有理论缺少实验支持的问题。它包括高压直流电源、脉冲电容器、高压开关、塑料圆筒、上电极、下电极和水溶液，所述高压直流电源与脉冲电容器相连，所述脉冲电容器通过高压开关与下电极相连，所述上电极接地，所述塑料圆筒内填充水溶液，所述上电极设置在水溶液内，所述上电极的顶面高于水溶液液面1‑2mm，所述下电极为经过剥皮处理的铜线，直接与水溶液接触。它主要用于人工产生球状闪电。

说明书

技术领域

本发明属于等离子体技术领域，特别是涉及一种人工球状闪电产生装置。

背景技术

球状闪电，俗称滚地雷，中国古代便有记载，国外也有相关报道。球状闪电常常形成于雷暴环境中，是一种可持续数秒的球形或近球形的发光团，颜色多为红色、橙色和白色等，直径约几厘米到几十厘米甚至几米不等。

球状闪电较为罕见且形成过程复杂，现在存在多种理论解释，包括化学模型，燃烧模型，放电模型，微波泡模型，电磁干涉模型，等离子体模型等。其中较有希望的等离子体模型认为，球状闪电是由于闪电在特定环境下击中某些特定区域，产生的等离子体粒团，而且其中夹杂着水汽以及其他活性物质，使得其能在脱离闪电供能后依然存活数秒。

但由于缺乏一些理论分析的支撑以及实验验证，等离子体模型以及上述其他理论模型暂时都没有得到该领域内的公认，这就为在实验室产生人工球状闪电提出了要求。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种人工球状闪电产生装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种人工球状闪电产生装置，它包括高压直流电源、脉冲电容器、高压开关、塑料圆筒、上电极、下电极和水溶液，所述高压直流电源与脉冲电容器相连，所述脉冲电容器通过高压开关与下电极相连，所述上电极接地，所述塑料圆筒内填充水溶液，所述上电极设置在水溶液内，所述上电极的顶面高于水溶液液面1-2mm，所述下电极为经过剥皮处理的铜线，直接与水溶液接触。

更进一步的，所述上电极包括石英管、碳棒和连接铜线，所述石英管与水溶液绝缘，所述碳棒设置在石英管内部，所述碳棒顶端低于石英管上端口1-2mm，所述碳棒底端通过连接铜线接地。

更进一步的，所述碳棒顶端设置有碳粉。

更进一步的，所述连接铜线与碳棒连接处进行剥皮处理，并用导电胶黏合，所述石英管下端口进行密封绝缘处理。

更进一步的，所述石英管外径5mm，内壁0.5mm，长5cm；所述碳棒直径4mm，长4.5cm；所述连接铜线直径2mm，插入碳棒内长度2cm。

更进一步的，所述水溶液内添加有碳酸钠或氯化钠，所述水溶液液面低于塑料圆筒上边缘2-5cm。

更进一步的，所述高压直流电源为NHWY15kV-2A系列高压直流电源，控制输出电压为5-6kV。

更进一步的，所述脉冲电容器包括两个并联的HZMJ6kV-300μF脉冲电容器。

更进一步的，所述下电极为剥皮铜线形成的圆环。

更进一步的，所述塑料圆筒直径20cm，高20cm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了球状闪电领域内的现有理论缺少实验支持的问题。本发明从等离子体模型出发，利用在水溶液中的高压瞬态脉冲放电，在实验室中得到了颜色、外形及存活时间等一系列性质相似于自然球状闪电的人工球状闪电，通过此装置可以验证球状闪电领域内的现有理论，并进一步推动实验的发展。

附图说明

图1为本发明所述的一种人工球状闪电产生装置结构示意图；

图2为本发明所述的上电极结构示意图；

图3为本发明所述的一种人工球状闪电产生装置产生的球状闪电图。

1-高压直流电源，2-脉冲电容器，3-高压开关，4-塑料圆筒，5-上电极，6-下电极，7-水溶液，8-石英管，9-碳棒，10-连接铜线，11-碳粉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。

参见图1说明本实施方式，一种人工球状闪电产生装置，它包括高压直流电源1、脉冲电容器2、高压开关3、塑料圆筒4、上电极5、下电极6和水溶液7，所述高压直流电源1与脉冲电容器2相连，所述脉冲电容器2通过高压开关3与下电极6相连，所述上电极5接地，所述塑料圆筒4内填充水溶液7，所述上电极5设置在水溶液7内，所述上电极5的顶面高于水溶液7液面1-2mm，所述下电极6为经过剥皮处理的铜线，直接与水溶液7接触。

本实施例在大气压水面上引入高压脉冲放电，通过几千伏的电势差电离这一区域内的气体，让其与水溶液7中的活性粒子产生相互作用，进而可以形成直径大概15cm左右的近球形发光团，一般情况下该团物质呈现橘黄色，在空气中可存活几百微秒，已经很接近自然界中产生的球状闪电。

放电大致过程为：通过高压直流电源1向脉冲电容器2充电，充电完成后，闭合高压开关3，使上电极5和下电极6之间瞬间形成几千伏的电势差，实现瞬态脉冲放电，放电区域内的空气和水溶液7获得巨大的能量而产生电离现象，电子、离子、分子及各种活性粒子从上电极5上端口及水溶液7界面向上喷发，形成直径大概15cm左右的近球形等离子体粒团，该团物质迅速上升，随即脱离电极独立存在几百微秒后消散。

本实施例上电极5为三层结构，包括石英管8、碳棒9和连接铜线10，石英管8与水溶液7绝缘，碳棒9设置在石英管8内部，碳棒9顶端低于石英管8上端口1-2mm，碳棒9底端通过连接铜线10接地，连接铜线10与碳棒9连接处进行剥皮处理，并用导电胶黏合，石英管8下端口进行密封绝缘处理，以免放电时电流从石英管8下端口流出，影响球状闪电的形成。可以根据实际操作要求，在碳棒9顶端添加碳粉11等不同的粉末或溶液，不同的物质的发光颜色以及存储的能量会有所不同，所以产生的球状闪电的颜色、形状、存活时间等性质可能会有所不同。石英管8外径5mm，内壁0.5mm，长5cm；碳棒9直径4mm，长4.5cm；连接铜线10直径2mm，插入碳棒9内长度2cm。

高压直流电源1为NHWY15kV-2A系列高压直流电源，控制输出电压为5-6kV，作用是向脉冲电容器2注入电流以备放电使用。脉冲电容器2包括两个并联的HZMJ6kV-300μF脉冲电容器，作用是储存高压直流电并在放电时将其转化为瞬态脉冲电流。高压直流电源1和脉冲电容器2已进行接地处理。

塑料圆筒4直径20cm，高20cm。水溶液7内添加有碳酸钠或氯化钠，水溶液7液面低于塑料圆筒4上边缘2-5cm。上电极5作为阴极端，下电极6为剥皮铜线形成的圆环，直接与水溶液7接触，作为阳极端。可以通过调节下电极6的上下高度来得到性质不同的球状闪电。

以上对本发明所提供的一种人工球状闪电产生装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。