Review of the Experimental Methods of Critical Ionization Velocity Investigation

This paper is devoted to a review of experimental studies of anomalous ionization phenomena. Within the framework of the article, special attention is paid to the analysis of the results of la-boratory studies, as well as the choice of experiments, which take into account the possibility of the consequences of ionization: the relative plasma velocity, the strength of the magnetic field, and the neutral gas density. Some studies describing the specifics of experiments on the study of anomalous ionization in space were considered. The presented results can be used in determining the initial data and setting the problem for a possible numerical study of the criti-cal ionization rate in the framework of the Penning discharge experiment.

Critical ionization velocity, gas discharge, magnetic field, ionization potential, laboratory investigations, space experiments

Volume 23, issue 5, 2022 year

Обзор экспериментальных методов исследования явления критической скорости ионизации

Настоящая работа посвящена обзору экспериментальных исследований явления аномальной ионизации. В рамках статьи основное внимание уделено анализу результатов лабораторных исследований, а также определению диапазона ключевых параметров экспериментов, сочетание которых определяет возможность возникновения эффекта критической скорости ионизации: относительной скорости плазмы, напряженности магнитного поля, плотности нейтрального газа. Отдельно рассмотрены статьи, описывающие специфику экспериментов по исследованию аномальной ионизации в космосе. Представленные результаты могут быть использованы при определении исходных данных и постановки задачи для возможного численного исследования критической скорости ионизации в рамках эксперимента с разрядом Пеннинга.

Критическая скорость ионизации, газовый разряд, магнитное поле, потенциал ионизации, лабораторные исследования, космические эксперименты

Volume 23, issue 5, 2022 year

1. Alfvén H. On the Origin of the Solar System. Oxford University Press. Oxford. England. 1954.
2. Fahleson U. V. Experiments with plasma moving through neutral gas // The Physics of Fluids. – 1961. – Vol. 4. – No 1. – pp. 123-127.
3. Danielsson L. Experiment on the interaction between a plasma and a neutral gas //The Physics of Fluids. – 1970. – Vol. 13. – No. 9. – pp. 2288-2294.
4. Danielsson L., Brenning N. Experiment on the interaction between a plasma and a neutral gas. II // The Physics of Fluids. – 1975. – Vol. 18. – No. 6. – pp. 661-671.
5. Axnäs I. Experimental investigation of the critical ionization velocity in gas mixtures //Astrophysics and Space Science. – 1978. – Vol. 55. – No. 1. – pp. 139-146.
6. Brenning N., Axnäs I. Critical ionization velocity interaction: Some unsolved problems // Plasma and the Universe. – Springer, Dordrecht, 1988. – pp. 15-30.
7. Brenning N. A comparison between laboratory and space experiments on Alfvén's CIV effect //IEEE transactions on plasma science. – 1992. – Vol. 20. – No. 6. – pp. 778-786.
8. Haerendel G. Alfvén’s critical velocity effect tested in space // Zeitschrift für Naturforschung A. – 1982. – Vol. 37. – No. 8. – pp. 728-735.
9. Newell P. T. Review of the critical ionization velocity effect in space // Reviews of Geophysics. – 1985. – Vol. 23. – No. 1. – pp. 93-104. 10. Bolin O. et al. CRIT II electric and magnetic observations inside and outside an ionizing neutral jet // Journal of Geophysical Research: Space Physics. – 1996. – Vol. 101. – No. A9. – pp. 19729-19744.
11. Danielsson L. Review of the critical velocity of gas-plasma interaction //Astrophysics and Space Science. – 1973. – Vol. 24. – No. 2. – pp. 459-485.
12. Brenning N. Review of impact experiments on the critical ionization velocity. – KTH Royal Insti-tute of Technology, 1982.
13. Piel A. Review of laboratory experiments on Alfven's critical ionization velocity //Advances in space research. – 1990. – Vol. 10. – No. 7. – pp. 7-16.
14. Lai S. T. A review of critical ionization velocity // Reviews of Geophysics. – 2001. – Vol. 39. – No. 4. – pp. 471-506.
15. Tyushev M. et al. Azimuthal structures and turbulent transport in Penning discharge //arXiv pre-print arXiv:2210.16887. – 2022.
16. Surzhikov S. On the Possibility of Using the Penning Discharge to Study the Phenomenon of the Critical Ionization Velocity//Physical-Chemical Kinetics in Gas Dynamics. 2022. V.23, iss. 5.