[論文レビュー] Investigation of high voltage discharges in low pressure gases through large ceramic superconducting electrodes

E. E. Podkletnov, Giovanni Modanese|ArXiv.org|Sep 12, 2002

Gas Sensing Nanomaterials and Sensors参考文献 15被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、50–70 Kに冷却された大規模なセラミック超伝導性カソードを用いて、低気圧ガス中の高電圧放電を調査した。500 kVを超える電圧では、表面全域に広がる均一な発光放電と、少なくとも10⁻³ Jのエネルギーを運ぶ、減衰のないコリメートされた放射線パルスが観測された。これは、従来の電磁放射線やE=cp粒子に起因しない、新たな物理現象を示唆している。

ABSTRACT

A device has been built and tested, in which a ceramic superconducting cathode and a copper anode cause electrical discharges in low pressure gases, at temperatures between 50 and 70 K. The electrodes are connected to a capacitors array charged up to 2000 kV; peak currents are of the order of 10^4 A. The cathode has the diameter of 10 cm and is fabricated by OCMTG technology. In discharges at voltage above 500 kV two new phenomena were observed, probably related to each other. First, the discharge does not look like a spark, but is a flat, glowing discharge, which originates from the whole surface of the superconducting electrode. Furthermore, a radiation pulse is emitted at the discharge, which propagates orthogonally to the cathode, towards the anode and beyond it, in a collimated beam, apparently without any attenuation. The radiation pulse carries an energy of 10^-3 J at least. The features and the nature of this radiation have been investigated by several means, still it was not possible to identify it; we can only exclude that it is electromagnetic radiation or any other radiation with energy-momentum relationship E=cp.

研究の動機と目的

• 大規模なセラミック超伝導性電極を用いた低気圧ガス中の電気的放電挙動を調査すること。
• 最大2000 kVの高電圧および超伝導状態が放電の形態と放射に与える影響を調査すること。
• 高電圧放電中に観測された説明のつかない放射線パルスを特定し、その特徴を明らかにすること。
• その放射線が、既知の電磁放射線や粒子放射と異なる性質を示すかどうかを特定すること。
• 超伝導表面状態が、新たな放電現象を可能にする役割を果たすメカニズムを検討すること。

提案手法

• 2000 kVに充電されたコンデンサバンクを用いて、セラミック超伝導性カソードと銅アノード間の高電圧放電を駆動した。
• 超伝導性カソードはOCMTG技術で製造され、直径10 cmであり、50–70 Kに維持された。
• イオン化および電流の流れの特性を調査するために、低気圧ガス環境で放電を実施した。
• 放射線放出は、複数の検出方法を用いて監視され、指向性、エネルギー、伝播挙動を評価した。
• 測定された回路特性から、ピーク電流（約10⁴ A）および静電エネルギー（約10³ J）を計算した。
• 発光面積に基づき、放電電流密度は10⁶ A/m²と推定された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高電圧下で超伝導カソード表面に広がる平坦で均一な発光放電が形成される物理的メカニズムは何か？
• RQ2 なぜ放電は、減衰を示さずに延長するコリメートされた放射線パルスを発するのか？
• RQ3 放射線パルスの性質は何か？ また、E=cpのような既知のエネルギー運動量関係に従うのか？
• RQ4 50–70 Kにおける超伝導性の性質が、放電ダイナミクスおよび放射特性に与える影響は何か？
• RQ5 観測された放射線は、電磁放射線または他の既知の粒子放出に起因すると考えられるか？

主な発見

• 500 kVを超える電圧では、放電は通常のスパークから、超伝導カソード表面全体から均一に発光する平坦な放電に移行した。
• 放射線パルスはカソードに垂直に発生し、アノードを越えて減衰を示さずに伝播した。
• 検出システムによる測定で、放射線パルスが最小10⁻³ Jのエネルギーを運んでいることが確認された。
• 放射線は電磁放射線またはE=cp関係を満たす他の形式の放射線と特定できなかった。
• コンデンサアレイに蓄えられた静電エネルギーは、約10³ Jのオーダーであると推定された。
• 電極面積と測定されたピーク電流に基づき、カソード表面の電流密度は約10⁶ A/m²と計算された。