Streamers in bliksem beter in beeld door uitbreiding wiskundig model

Onderzoek aan streamers heeft toepassingen in de lichtindustrie, bij reiniging van rookgassen, in de biomedische wereld en bijvoorbeeld bij het maken van energiezuinige schakelaars voor energiebedrijven.

Elektronlawine

"De werking van een streamer vergelijk ik wel eens met een spijker", legt Gideon Wormeester uit.  "Met een hamer alleen kan ik geen gat maken in een dikke plank, maar met een spijker wel. Lucht geleidt de elektriciteit slecht, en het gemiddelde veld in een onweerswolk alleen is niet genoeg om bliksem op te starten. Streamers kunnen met hun scherpe punt van ionen of elektronen wel een pad banen naar de aarde, waarna de bliksem kan overslaan."

Wormeester onderzocht de voortplanting van streamers in mengsels van stikstof en zuurstof, en in zuivere stikstof. "Theoretisch kunnen in zuiver stikstof geen positieve streamers ontstaan maar in de praktijk gebeurde dit toch. Met mijn modellen liet ik zien dat een vervuiling van slechts één zuurstofmolecuul op een miljoen stikstofmoleculen al genoeg was om toch een elektronenlawine op te wekken. Aan de industrie en academia kan ik nu meegeven, dat voor dit soort doeleinden zuiver gas niet bestaat, en dat kleinste, onvermijdbare verontreinigingen echt verschil maken". 

ARCoS

Wormeester heeft verder de CWI-software om streamers te simuleren  – ARCoS – uitgebreid. Deze software is open source beschikbaar gemaakt. De resultaten kunnen mogelijk worden gebruikt bij het ontwikkelen van energie-efficiëntere stadionlampen, pijnloze elektrische wondontsmetting met koude plasma’s en milieuvriendelijke hoogspanningsschakelaars.

Het onderzoek is mede gefinancierd door STW en is uitgevoerd in de Multiscale Dynamics onderzoekgroep op het CWI. Energie is een van de speerpunten van het Centrum Wiskunde & Informatica.