[논문 리뷰] Investigation of high voltage discharges in low pressure gases through large ceramic superconducting electrodes

E. E. Podkletnov, Giovanni Modanese|ArXiv.org|2002. 09. 12.

Gas Sensing Nanomaterials and Sensors참고 문헌 15인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 50–70 K로 냉각된 큰 세라믹 초전도성 음극을 사용하여 저압 기체에서 고전압 방전을 조사한다. 500 kV 이상의 전압에서 표면 전체에 걸쳐 퍼진 평탄한 빛나는 방전과 에너지 최소 10⁻³ J를 지닌 축적되지 않은, 빛의 빛줄기처럼 뻣뻣한 방사선 펄스가 관측되었으며, 이는 기존 전자기 방사선 또는 E=cp 입자에 기인하지 않는 새로운 물리 현상임을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 큰 세라믹 초전도 전극을 사용하여 저압 기체에서의 전기 방전 거동을 탐구하기.
• 최대 2000 kV에 이르는 고전압과 초전도 조건이 방전 형상과 방출 특성에 미치는 영향을 조사하기.
• 고전압 방전 중 관측된 설명되지 않는 방사선 펄스를 식별하고 특성화하기.
• 해당 방사선이 알려진 전자기 방사선 또는 입자 방사선과의 에너지-운동량 관계 E=cp와 불일치하는 성질을 가지는지 확인하기.
• 초전도 표면 조건이 새로운 방전 현상을 가능하게 하는 역할을 분석하기.

제안 방법

• 2000 kV로 충전된 커패시터 백이 세라믹 초전도 음극과 coppe anode 사이의 고전압 방전을 구동하는 데 사용되었다.
• OCMTG 기술로 제작된 초전도 음극은 지름 10 cm이며 50–70 K로 유지되었다.
• 이온화 및 전류 흐름 특성을 연구하기 위해 저압 기체 환경에서 방전를 수행하였다.
• 방사선 방출은 여러 검출 방법을 통해 방향성, 에너지, 전파 거동을 평가하기 위해 모니터링되었다.
• 측정된 회로 특성에서 피크 전류 (~10⁴ A) 및 정전기적 에너지 (~10³ J) 가 계산되었다.
• 방출체 면적 기반으로 전류 밀도는 약 10⁶ A/m²로 추정되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고전압에서 초전도 음극 표면에 평탄하고 표면 전체에 걸쳐 퍼진 빛나는 방전이 형성되는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ2 왜 방전는 감쇠되지 않는 것처럼 보이는 축적되지 않은 방사선 펄스를 방출하는가?
• RQ3 해당 방사선 펄스의 성질은 무엇이며, E=cp와 같은 알려진 에너지-운동량 관계를 따르는가?
• RQ4 50–70 K에서의 초전도 성질이 방전 역학과 방출 특성에 미치는 영향은 무엇인가?
• RQ5 관측된 방사선은 전자기 방사선 또는 다른 알려진 입자 방출로 기인할 수 있는가?

주요 결과

• 500 kV 이상의 전압에서, 방전는 일반적인 스파크에서부터 초전도 음극 표면 전체에서 균일하게 발생하는 평탄하고 빛나는 방전로 전이되었다.
• 방사선 펄스는 음극에 수직하게 방출되었으며, 음극을 초월해 감쇠 없이 전파되었다.
• 검출 시스템으로 측정된 바에 따르면, 방사선 펄스는 최소 10⁻³ J의 에너지를 지녔다.
• 해당 방사선은 전자기 방사선 또는 E=cp 관계를 가지는 다른 형태의 방사선으로 특정할 수 없었다.
• 커패시터 어레이에 저장된 정전기적 에너지는 약 10³ J 수준으로 추정되었다.
• 전극 면적과 측정된 피크 전류 기반으로 음극 표면의 전류 밀도는 약 10⁶ A/m²로 계산되었다.