Спектроскопические методы позволяют наблюдать химические реакции (например, образование CN) уже через несколько нано­секунд после начала образования искры (т. е. во время пробоя). Эти реакции являются результатом предельно высокой плотности радикалов в плазме пробоя, где все тяжелые частицы N, О, Н, С присутствуют в виде сильно возбужденных атомов и ионов. По­скольку, однако, температура ядра в это время слишком велика для существования устойчивых молекул, эти реакции могут происходить лишь на поверхности плазмы, где температура не очень высока. Скорость расширения плазмы при этом все еще сверхзвуковая, так что возможное влияние относительно медленно протекающих химических реакций на скорость движения фронта мало (см. рис. 3.8).

Все процессы переноса энергии определяются в основном со­стоянием быстро расширяющейся плазмы, в течение этого корот­кого периода времени химические реакции лишь незначительно увеличивают полную энергию плазмы. Однако независимо от состояния плазмы и скорости ее расширения у поверхности пла­змы всегда образуется зона, температура в которой (т< 8000 К) соответствует идеальной для химической активности. Химические процессы в этой зоне представляют собой все возможные (в диапа­зоне температур от 8000 К до комнатной) реакции между присут­ствующими в ней веществами, хотя протекание этих реакций в зна­чительной степени зависит от интенсивности излучаемых плазмой потоков энергии и частиц.

Вклад химических реакций в процессе расширения объема пла­змы становится заметным, когда скорость расширения плазмы опускается ниже 100 м/с и скорости химических реакций стано­вятся сравнимыми по величине с локальными значениями скорости расширения. В это время ядро плазмы и искры все еще образуется полностью среагировавшим газом, большая часть энергии кото­рого представляет собой потенциальную энергию (см. рис. 3.5 и 3.6) радикалов N, О, Н, С из полностью диссоциированных молекул топливной смеси. Условия, создающиеся в результате значительного изменения температуры в тонком (0,6 мм при давлении 1 бар (10⁶ Па) и 0,15 мм при давлении 4 бар (4.10⁶ Па)) поверх­ностном слое, т. е. в зоне воспламенения, могут быть охарактери­зованы с помощью результатов расчета равновесного состава смеси СН₄ с воздухом (приведенных в табл. 3.3), хотя в дейст­вительности состав обычно весьма далек от равновесного.