Klouzavý obloukový výboj je často vidět v béčkových filmech v pozadí za šíleným vědcem. Také ho používáme v úvodní animaci miniseriálu populárně vědeckých videí Badatelna. Tento druh plazmatu zkoumají doktorandi z Ústavu fyzikální elektroniky Přírodovědecké fakulty MU a letos měli znovu příležitost s ním experimentovat v podmínkách hypergravitace ve výzkumném středisku Evropské kosmické agentury (ESA) v nizozemském Noordwijku.
„Na principu tohoto výboje fungují například samočinné bleskojistky, které chrání rozvody vysokého napětí. V činnosti jsou však pouze při zásahu vedení bleskem, což pro většinu lidí není zrovna běžně pozorovatelný jev. V laboratoři nebo průmyslu se však jeho specifické vlastnosti využívají při rozkladu škodlivých látek,“ vysvětluje důvody pro zkoumání tohoto jevu jeden ze studentů Jiří Šperka.
Klouzavý obloukový výboj se vytváří, když vysokonapěťový oblouk (běžně tisíce i desetitisíce voltů) hoří na dvou divergentních elektrodách. Výboj vzniká v nejužším místě, ale protože je horký, sám sebe nadnáší, posouvá se nahoru a tak se zároveň i prodlužuje. Nabývá typického obloukovitého tvaru, který může vystoupat i nad elektrody. Dosáhne-li určité kritické délky, neudrží se a zhasne. V tu chvíli se v nejužším místě zapálí výboj nový. „Teplota výboje záleží na proudu a druhu plynu, v němž vzniká, na gravitaci, výši napětí a dalších faktorech, řádově jsou to však vždy tisíce stupňů Celsia,“ popsal jev garant projektu Vít Kudrle.
Právě doposud neprobádaná závislost na gravitaci inspirovala výzkumný tým pro loňské testy v hypergravitaci. Zjistili, že s rostoucí gravitací se zvyšuje frekvence jeho kmitání. Letos pak měřili detailní vlastnosti výboje ve čtyřech inertních neboli netečných plynech - heliu, neonu, argonu a kryptonu. Vybrali si plyny, jejichž atomová hmotnost se výrazně liší, a tak lze očekávat odlišný vliv gravitace.
Za tři dny ve středisku ESA, kdy pracovali na unikátním, na MU navrženém a sestaveném zařízení GRAVARC, nasbírali přes 100 gigabajtů dat. Část z nich nelze zpracovávat strojově a tak se musí zpracovat ručně. „Minimálně na půl roku až rok máme práce dost. Experimentální věda nás baví a věřím, že ze zpracovaných dat vyplynou zajímavé výsledky, přinášející nejen odpovědi ale i další otázky,“ poznamenal Kudrle.
I kvůli možnosti získat více diagnostických údajů změnili studenti zaměření původního projektu, na kterém loni na centrifuze Evropské kosmické agentury pracovali. „Ukázalo se, že výzkum vlastností nanomateriálů je natolik časově a přístrojově náročný, že během omezeného času, který jsme měli k dispozici, je to nezvladatelné,“ uvedl odborný garant.
Kromě výzkumného záměru se obměnil i studentský tým, Pavla Součka nahradila Lucia Potočňáková. „Fyzika plazmatu je velmi zajímavý obor, který jsem si vybrala, protože chci pochopit základní přírodní principy, které na celém světě fungují stejně. Mojí motivací pro účast v projektu GRAVARC TNG pak byla touha podílet se na experimentálním zkoumání těchto principů za extrémních a poněkud exotických podmínek.,“ řekla doktorandka, která se podobně jako její kolega Šperka v doktorské práci zabývá využitím plazmatu pro povrchové úpravy materiálů.
Doposud převážně experimentální tým doplnil svými dovednostmi Petr Zikán, který v rámci své doktorské práce vyvíjí numerické modely komplexních procesů v plazmatu.
Příprava návrhu studentského experimentu letos týmu zabrala více než měsíc. „Loňská účast nám určitě pomohla, věděli jsme, jak projekt připravit a formulovat. Zkušenost z předcházejícího roku se nám ještě víc hodila přímo na místě, kde jsme neztráceli zbytečně moc času s kompletací a instalací experimentu do centrifugy,“ dodal Kudrle.
Pomohla tomu i úprava zařízení, které klouzavý obloukový výboj generuje. „Loni jsme hleděli jen na funkčnost, a tak nám z něj trčely dráty na všechny strany. Bezpečností technik kosmické agentury k němu měl pak hodně připomínek,“ vzpomíná s úsměvem Šperka. „Letos jsme proto zlepšili nejen měřící techniky, ale upravili i vzhled zařízení,“ doplnila Potočňáková.
Po experimentech v ESA dostal tým pozvánku od kolegů z univerzity v Eindhovenu, aby tam udělal přednášku. „Pojali jsme to jako velkou příležitost a místo suché přednášky předvedli zařízení přímo v akci,“ poznamenal Zikán. „Měla velký úspěch. Možná i proto, že jsme holandské kolegy nechali pohrát si s naším zařízením, což bylo pro řadu výzkumníků hodně nečekané. Všichni si tak užili spoustu fyziky i zábavy,“ uzavírá spokojeně Kudrle.