NONLINEAR PHENOMENA DURING THE PROPAGATION OF POWERFUL NANOSECOND ELECTROMAGNETIC PULSES IN A LARGE-SCALE STRIPE LINES WITH A GAS AT REDUCED PRESSURE

S. V. Korobkov; Коробков С. В.; M. B. Goykhman; Гойхман М. Б.; A. V. Gromov; Громов А. В.; A. V. Palitsin; Палицин А. В.; A. S. Nikolenko; Николенко А. С.; K. N. Loskutov; Лоскутов К. Н.; I. Yu. Zudin; Зудин И. Ю.; I. M. Vershinin; Вершинин И. М.; A. V. Strikovskiy; Стриковский А. В.; M. E. Gushchin; Гущин М. Е.; E. A. Mareev; Мареев Е. А.

doi:10.31857/S2686740023030100

NONLINEAR PHENOMENA DURING THE PROPAGATION OF POWERFUL NANOSECOND ELECTROMAGNETIC PULSES IN A LARGE-SCALE STRIPE LINES WITH A GAS AT REDUCED PRESSURE

Authors: Korobkov S.V.¹, Goykhman M.B.¹, Gromov A.V.¹, Palitsin A.V.¹, Nikolenko A.S.¹, Loskutov K.N.¹, Zudin I.Y.¹, Vershinin I.M.¹, Strikovskiy A.V.¹, Gushchin M.E.¹, Mareev E.A.¹
Affiliations:
1. Institute of Applied Physics of the Russian Academy of Sciences
Issue: Vol 510, No 1 (2023)
Pages: 16-21
Section: ФИЗИКА
URL: https://journals.rcsi.science/2686-7400/article/view/135928
DOI: https://doi.org/10.31857/S2686740023030100
EDN: https://elibrary.ru/OYVART
ID: 135928

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Experiments of propagation of the high-power high-voltage nanosecond and subnanosecond pulses in large-scale transmitting lines in various gases make it possible to solve a wide range of fundamental and applied problems, from simulating the propagation of electromagnetic pulses (EMP) through the atmosphere to estimating the electrical strength of elements of pulsed high-voltage gas-filled systems. At the IAP RAS, experiments with stripe lines up to 5 m in length are performed in Krot and Sprite devices. During the propagation of EMP with an electric field strength up to 100 kV/m in a low pressure gas, the effects are observed such as the formation of non-uniform and essentially non-stationary glow, nonlinear absorption and dispersion transformation of the shape of high-power pulses, due to gas ionization in the EMP field.

Keywords

ultrawideband electromagnetic pulse (UWB EMP), plasma, laboratory, simulation, atmosphere, ionosphere

References

Starikovskaia S.M., Anikin N.B., Pancheshnyi S.V., Zatsepin D.V., Starikovskii A.Y. Pulsed breakdown at high overvoltage: Development, propagation and energy branching // Plasma Sources Science and Technology. 2001. V. 10. № 1. P. 344–355.
Белоплотов Д.В., Тарасенко В.Ф., Сорокин Д.А. Убегающие электроны при формировании положительной волны ионизации в азоте и воздухе // Письма в ЖЭТФ. 2022. Т. 116. № 5. С. 284–291.
Ефанов М.В., Лебедев Е.Ф., Ульянов А.В., Федоров В.М., Шурупов М.А. Излучательно-измерительный комплекс для исследования прохождения сверхширокополосных сигналов в атмосфере и ионосфере Земли // ТВТ. 2021. Т. 59. № 6. С. 877–884.
Vikharev A.L., Ivanov O.A., Litvak A.G. Nonequilibrium plasma produced by microwave nanosecond radiation // IEEE Trans. Plasma Sci. 1996. V. 24. № 2. P. 460–477.
Гуревич А.В., Литвак А.Г., Вихарев А.Л., Иванов О.А., Борисов Н.Д., Сергейчев К.Ф. Искусственная ионизованная область как источник озона в стратосфере // УФН. 2000. Т. 170. № 11. С. 1181–1202.
Solovyev A.A., Terekhin V.A., Tikhonchuk V.T., Altgil-bers L.L. Electron kinetic effects in atmosphere breakdown by an intense electromagnetic pulse // Phys. Rev. E. 1999. V. 60. № 6. P. 7360–7368.
Golubev A.I., Sysoeva T.G., Terekhin V.A., Tikhonchuk V.T., Altgilbers L.L. Kinetic model of the propagation of intense subnanosecond electromagnetic pulse through the lower atmosphere // IEEE Transactions on Plasma Science. 2000. V. 28. № 1. P. 303–311.
Pusateri E.N., Morris H.E., Nelson E., Ji W. Comparison of equilibrium ohmic and nonequilibrium swarm models for monitoring conduction electron evolution in high-altitude EMP calculations. J. Geophys. Res.: Atmospheres. 2016. V. 121. Issue 20. P. 11,884–11,899.
Gombosi T.I., Baker D.N., Balogh A., Erickson P.J., Huba J.D., Lanzerotii L.J. Anthropogenic space weather // Space Science Reviews. 2017. V. 212. Issue 3–4. P. 985–1039.
Rodger C.J., Cho M., Clilverd M.A., Rycroft M.J. Lower ionospheric modification by lightning-EMP: Simulation of the night ionosphere over the United States // Geophys. Res. Lett. 2001. V. 28. № 2. P. 199–202.
Carlile R., Cavalli A., Cramer W., Hyde R., Seidler W. Absorption of energy from a large amplitude electromagnetic pulse by a collisionless plasma // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1979. V. 27. №5. P. 596–603.
Gushchin M.E., Korobkov S.V., Strikovskiy A.V., Aidakina N.A., Zudin I.Yu., Terekhin V.A., Terekhin A.V., Soldatov A.V., Belov A.S. Transformation of an ultra-wideband electromagnetic pulse in the process of its propagation through a large laboratory plasma // AIP Advances. 2019. V. 9. № 12. P. 125051-1–125051-6.
Айдакина Н.А., Галка А.Г., Гундорин В.И., Гущин М.Е., Зудин И.Ю., Коробков С.В., Костров А.В., Лоскутов К.Н., Могилевский М.М., Привер С.Э., Стриковский А.В., Чугунин Д.В., Янин Д.В. Моделирование физических явлений в ионосфере и магнитосфере Земли на крупномасштабном плазменном стенде “Крот”: некоторые результаты и перспективы // Геомагнетизм и аэрономия. 2018. Т. 58. № 3. С. 331–342.
Гойхман М.Б., Громов А.В., Гундорин В.И., Гущин М.Е., Зудин И.Ю., Корнишин С.Ю., Коробков С.В., Котов А.В., Кузин А.В., Лоскутов К.Н., Палицин А.В., Стриковский А.В., Мареев Е.А. Идея и практическая реализация “гигантской” коаксиальной линии с плазменным заполнением для моделирования эффектов взаимодействия электромагнитных импульсов с частично ионизированной газовой средой // Доклады РАН. Физика, технические науки. 2022. Т. 503. С. 3–7.
Евтушенко А.А., Гущин М.Е., Коробков С.В., Стриковский А.В., Мареев Е.А. Моделирование высотных разрядов на большой плазменной установке // Геомагнетизм и аэрономия. 2020. Т. 60. № 3. С. 365–374.
Itikawa Y. Cross sections for electron collisions with nitrogen molecules // J. Phys. Chem. Ref. Data. 2006. V. 35. № 1. P. 31–53.
Альвен Г., Фельтхаммар К. Космическая электродинамика. Основные принципы. М.: Мир, 1967. 260 c.