Τι είναι μια φιγούρα Lichtenberg;

Μια φιγούρα Lichtenberg είναι μια μορφή ηλεκτρικής εκκένωσης που έχει ένα διακλαδισμένο σχέδιο που μοιάζει με φτερό. Πήρε το όνομά του από έναν Γερμανό φυσικό του 16ου αιώνα, τον Georg Christoph Lichtenberg, στον οποίο πιστώνεται η ανακάλυψη του σχεδίου. Η έξοδος που δημιουργείται σε ένα σχήμα Lichtenberg θεωρείται ότι είναι μια μορφή φράκταλ, τα οποία είναι μοτίβα στη φύση που επαναλαμβάνονται σε μικρότερες και μικρότερες κλίμακες, επιδεικνύοντας μια ιδιότητα γνωστή ως αυτο-ομοιότητα.

Η σύγχρονη επιστήμη της φυσικής του πλάσματος βασίζεται σε θεμελιώδεις αρχές που εμπλέκονται στη δημιουργία διακλαδιζόμενων ηλεκτρικών εκκενώσεων όπως το σχήμα Lichtenberg. Τα φράκταλ, ή η ηλεκτρική δενδροποίηση της ενέργειας που δημιουργούνται όταν σχηματίζεται ένα σχήμα Lichtenberg, οφείλονται στις φυσικές ιδιότητες των διηλεκτρικών. Τα διηλεκτρικά είναι η μελέτη της ηλεκτρικής διάσπασης καθώς τα ρεύματα υψηλής τάσης διέρχονται μέσω ενός μονωτή ή μιας ουσίας που μπορεί να διατηρήσει ένα ηλεκτρικό πεδίο με μικρή απώλεια ισχύος.

Η ξηρογραφία, ή η διαδικασία που χρησιμοποιείται από τα φωτοτυπικά μηχανήματα, βασίζεται επίσης στις αρχές της ηλεκτροστατικής εκφόρτισης που αποκαλύφθηκαν για πρώτη φορά στο σχήμα Lichtenberg. Μία από τις μοναδικές πτυχές της δουλειάς του Georg Lichtenberg με αυτές τις φιγούρες ήταν ότι ανακάλυψε ότι τα θετικά και τα αρνητικά φορτία εμφανίζουν πολύ διαφορετικούς τύπους μοτίβων. Ένας αριθμός θετικού φορτίου τείνει να είναι πολύ διακλαδισμένος και πολυεπίπεδος, ενώ ένας αρνητικά φορτισμένος αριθμός μοιάζει περισσότερο με το διαστελλόμενο κυκλικό κύμα μοτίβο που βλέπει κανείς όταν ρίχνει μια πέτρα σε μια λίμνη. Η τεχνολογία φωτοτυπίας βασίζεται στη διαφορά θετικών και αρνητικών φορτίων για τη μετάδοση εικόνων στο χαρτί.

Αρχικά ο Georg Lichtenberg χρησιμοποίησε μέσα για να δημιουργήσει ένα σχήμα, όπως μονωτήρες ρητίνης ή γυαλιού, επικαλυμμένους με ένα λεπτό στρώμα κονιοποιημένων αγωγών θείου ή τετροξειδίου του μολύβδου. Αυτές οι πρώτες οθόνες είναι γνωστές ως Lichtenberg Dust Figures. Τα επιφανειακά φορτία εμφανίστηκαν στην επίστρωση πούδρας σε αντίθεση με αυτά που βλέπει κανείς όταν τα ρινίσματα σιδήρου τοποθετούνται σε ένα σχέδιο παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου. Η φιγούρα του Lichtenberg έμοιαζε περισσότερο με ένα φυσικό μοτίβο κεραυνού με μια πιο ομοιόμορφη εκκένωση ενέργειας από ένα κυκλικό κέντρο που διακλαδίζεται προς τα έξω.

Καθώς η έρευνα για τις ιδιότητες της φιγούρας του Lichtenberg συνεχίστηκε τον 19ο και τον 20ο αιώνα, μέσα όπως το φωτογραφικό φιλμ και τα ιονισμένα αέρια χρησιμοποιήθηκαν αργότερα για να εμφανίσουν τις διακλαδιζόμενες ηλεκτρικές εκκενώσεις. Μια τρέχουσα μέθοδος για τη δημιουργία ενός σχήματος Lichtenberg είναι η χρήση ακρυλικών πλαστικών μπλοκ ως μονωτών μέσω των οποίων διέρχεται μια πολύ υψηλή τάση, στην περιοχή των 150 κιλοβάτ, από έναν γραμμικό επιταχυντή. Αυτή η διαδικασία δημιουργεί δέσμες ηλεκτρονίων έως και 5 εκατομμυρίων ηλεκτρον βολτ (MeV), οι οποίες είναι ικανές να διεισδύσουν σε περίπου 0.5 ίντσα (1.27 cm) στην ακρυλική βάση πριν σταματήσουν. Περιστρέφοντας το ακρυλικό μπλοκ ή φορτίζοντας πολλές περιοχές, μπορεί να δημιουργηθεί μια περίτεχνη τρισδιάστατη φιγούρα. Η έρευνα σε σχήμα Lichtenberg μπορεί να έχει πολλές πρακτικές εφαρμογές στην ιατρική, την ηλεκτρονική και άλλα, και είναι επίσης μια παρενέργεια της έρευνας για την πυρηνική σύντηξη στην εγκατάσταση Z του Εθνικού Εργαστηρίου Sandia, στο Νέο Μεξικό, Ηνωμένες Πολιτείες.