Omdat bekend was dat ook bij het opwekken van lange vonken in het lab röntgenstraling vrijkomt, heeft de Oekraïner de afgelopen jaren in het hoogspanningslab van Electrical Engineering zelf ‘bliksem’ gemaakt en van dichtbij bestudeerd. “Wij hebben een zogeheten Marx-generator waarmee je heel korte spanningspulsen van een paar megavolt kunt maken. Hiermee kunnen we vonken van meer dan een meter opwekken. Die vonken heb ik geanalyseerd met een speciale hogesnelheidscamera en röntgendetectoren. Als je op die manier kijkt naar de vonken, blijken ze verbazingwekkend veel te lijken op een bijzonder ontladingsfenomenen in de atmosfeer, de mysterieuze sprites die boven onweerswolken te zien zijn.”

De vonken in het lab zijn alleen zo’n tienduizend keer kleiner dan in de atmosfeer, en ontstaan bovendien bij een veel hogere druk en temperatuur. “Dat maakt de vergelijking wel controversieel”, zegt Kochkin. “Het ontstaan van dergelijke ontladingen in de atmosfeer wordt namelijk juist verklaard door de lage druk en temperatuur daar. Sommigen zeggen daarom dat de ontstaansprocessen van sprites onmogelijk hetzelfde kunnen zijn als die van de vonken in het laboratorium. Ik heb er toch aandacht aan besteed in mijn proefschrift, omdat ik de discussie hierover wil openen.”

Door talloze vonken te maken, en telkens een foto te maken op een iets ander moment in het ontlading, creëerde Kochkin een soort film van het proces. Iedere foto heeft een belichtingstijd van minder dan een miljoenste van een seconde. Nooit eerder zijn meterslange vonken volgens hem op die manier in beeld gebracht. “De camera stond op drie meter van de ontlading. We hebben heel goed moeten nadenken over een constructie om te voorkomen dat de camera door de ontlading geraakt wordt. Want dan ben je een klap zestigduizend euro armer. We hebben hier gelukkig veel verstand van hoe je een dergelijke opstelling moet ontwerpen in de buurt van hoogspanning.”

Door de foto’s te vergelijken met de signalen van de röntgendetectoren, kon Kochkin het ontstaansmoment van de straling exact achterhalen. En dat is -zoals de satellietmetingen al suggereerden- inderdaad vlak voordat de echte vonk ontstaat. In de aanloop naar de vonk ontstaan vanuit de negatieve elektrode eerst zogeheten streamers, dunne plasmakanaaltjes met geïoniseerd gas die als het ware als wegbereiders fungeren voor de uiteindelijke ontlading (zie afbeelding). Als de streamers in de buurt komen van de positieve elektrode, ontmoeten ze daar soortgenoten die de omgekeerde weg bewandelen.

Vlak voordat de positieve en negatieve streamers elkaar raken, ontstaan hiertussen enorm sterke elektrische velden. Daardoor worden elektronen in het plasma versneld en vervolgens door botsingen met ionen zodanig afgeremd dat ze röntgenstraling gaan uitzenden. Dat hele proces duurt maar een miljardste van een seconde. Zodra de streamers elkaar raken, ontstaat er namelijk een geleidend kanaal tussen de elektrodes. Hierdoor ontladen die zich in één klap: dat is de ‘bliksem’ die we kennen. Vlak voor die ontlading wordt dus gedurende een heel kort moment een grote dosis röntgenstraling uitgezonden.

Metingen doen aan bliksem ‘in het wild’

Het bovenstaande spektakel speelt zich allemaal af in het lab. Dit voorjaar kregen Kochkin en collega’s echter een unieke kans om metingen te doen aan bliksem ‘in het wild’. Vliegtuigfabrikant Airbus voert regelmatig testvluchten uit onder extreme weersomstandigheden. Hiervoor wordt een systeem gebruikt, ILDAS, waarmee de impact van bliksem op het vliegtuig kan worden bepaald. “Mijn begeleider, Lex van Deursen, heeft sensoren ontwikkeld voor ILDAS. In april is dat systeem tijdelijk uitgebreid met twee röntgendetectoren. Daarmee zijn acht testvluchten gemaakt waarin we 62 blikseminslagen hebben vastgelegd.”

Om de resultaten van de testvluchten uit te werken, blijft de Oekraïner na het behalen van zijn doctorstitel -op 2 december- nog een jaar als postdoc bij Electrical Energy Systems. Naast het geduldig analyseren van de gigabytes aan meetgegevens heeft hij inmiddels ook een nieuw experiment opgestart, vertelt hij enthousiast. “Ik ga een stoomwolk elektrisch opladen met een plasma om zo een onweerswolk na te bootsen. Die wolk wil ik boven een scintillator hangen, dat is een detector waarmee je ook kosmische straling kunt detecteren.”

De aanstaande doctor is dus nog lang niet klaar met bliksem. Er valt dan ook nog veel te onderzoeken. Onlangs rapporteerde een Russische groep dat ze neutronen gezien hadden in een ontlading die lijkt op die van Kochkin. “Dat hebben wij niet kunnen reproduceren, maar dat kan ook aan ons liggen. Wij hebben in tegenstelling tot die Russen weinig ervaring met neutronen. Aan de andere kant heeft niemand een idee hoe die neutronen dan ontstaan.”

Ondertussen is er veel belangstelling vanuit voor het Eindhovense bliksemonderzoek. “Ik wordt inmiddels overal uitgenodigd om te spreken op conferenties. Wij zijn ook redelijk uniek als elektrotechnisch ingenieurs tussen alle atmosfeerwetenschappers.”