Свечение ионизированного воздуха - Ionized-air glow

Азотное свечение

Кислородное свечение

Электрический разряд в воздухе

Пучок частиц от циклотрон

Свечение ионизированного воздуха это флуоресцентный излучение характерного сине-пурпурно-фиолетового света, часто цвета, называемого электрик, к воздуха подвергнутый потоку энергии.

Процессы

Когда энергия передается воздуху, молекулы воздуха возбуждаются. Поскольку воздух состоит в основном из азот и кислород, возбужденный N₂ и O₂ производятся молекулы. Они могут реагировать с другими молекулами, образуя в основном озон и оксид азота (II). Водяной пар, когда присутствует, также может играть роль; его наличие характеризуется линиями эмиссии водорода. Реактивные частицы, присутствующие в плазме, могут легко реагировать с другими химическими веществами, присутствующими в воздухе или на близлежащих поверхностях.

Снятие возбуждения азота

Возбужденный азот снимает возбуждение главным образом за счет излучения фотона с линиями излучения в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах:

N₂^* → N₂ + hν

Наблюдаемый синий свет создается в основном этим процессом.^[1] В спектре преобладают линии одноионизированного азота с присутствием линий нейтрального азота.

Девозбуждение кислорода

Возбужденное состояние кислорода несколько стабильнее азота. Хотя девозбуждение может происходить за счет излучения фотонов, более вероятным механизмом при атмосферном давлении является химическая реакция с другими молекулами кислорода с образованием озон:^[1]

О₂* + 2 O₂ → 2 O₃

Эта реакция ответственна за образование озона в непосредственной близости от сильно радиоактивных материалов и электрических разрядов.

Вхождение

Энергия возбуждения может передаваться в воздухе с помощью ряда различных механизмов:

• Ионизирующего излучения является причиной синего свечения вокруг достаточного количества сильно радиоактивный материалы в воздухе, например немного радиоизотоп образцы (например, радий или же полоний ), пучки частиц (например, из ускорители частиц ) в воздухе синий мигает во время аварии с критичностью и жуткое / слабое свечение от фиолетового до синего, окутывающее грибовидное облако в течение первых нескольких десятков секунд после ядерные взрывы около уровня моря. Эффект после взрыва наблюдался только ночью от атмосферные ядерные испытания из-за его низкой яркости, и наблюдатели замечают его после предрассветных Тринити (тест),^[2][3][4][5] Upshot-Knothole Энни,^[6] и Чероки выстрел из Операция Redwing.^[7][8]
  

  Этот ночной снимок испытания ядерной бомбы Upshot-Knothole Annie транслировался по телевидению и дал редкую запись как неотредактированного звука, так и внешнего вида (в черное и белое ) ядерного взрыва. После того, как этот снимок был сделан, вокруг грибовидного облака сохранялось голубое свечение ионизированного воздуха.^[9]
  Излучение синего света часто ошибочно приписывают Черенковское излучение.^[7] Чтобы узнать больше о свечении ионизированного воздуха при ядерных взрывах, см. Снимок, сделанный на большой высоте около полуночи. Bluegill Triple Prime.
• Через несколько минут после парового взрыва, вызвавшего Чернобыльская авария в 01:23 по местному времени несколько сотрудников электростанции вышли на улицу, чтобы получить более четкое представление о масштабах ущерба. Один такой выживший, Александр Ювченко, рассказывает, что как только он остановился на улице и посмотрел в сторону реакторного зала, он увидел «очень красивое» лазер -подобный пучок светло-голубоватый свет, вызванный ионизацией воздуха, который, казалось, устремился в бесконечность.^[10][11][12]
• Катодные лучи в воздухе производят это синее свечение.^[13]
• Электрический разряд в воздухе является причиной синего света, излучаемого электрические искры, молния, и коронный разряд (например. Огонь Святого Эльма ).
• Полярные сияния, иногда наблюдаемые сине-фиолетовые оттенки, излучаемые азотом на более низких высотах

Цвета

Спектр выбросов азота

Спектр излучения кислорода

Спектр излучения водорода (водяной пар аналогичен, но более тусклый)

В сухом воздухе в цвете излучаемого света (например, молнии) преобладают эмиссионные линии азота, в результате чего в спектре преобладают синие эмиссионные линии. Линии нейтрального азота (NI), нейтрального кислорода (OI), однократно ионизированного азота (NII) и однократно ионизированного кислорода (OII) являются наиболее заметными особенностями спектра излучения молнии.^[14]

Нейтральный азот излучает в основном одну линию в красной части спектра. Ионизированный азот излучает в основном набор линий в синей части спектра.^[15] Наиболее сильными сигналами являются линии однократно ионизованного азота 443,3, 444,7 и 463,0 нм.^[16]

Фиолетовый оттенок может возникать, когда в спектре присутствуют линии излучения атомарного водорода. Это может произойти, если в воздухе содержится большое количество воды, например с молниями на малых высотах, проходящими через дождь грозы. Водяной пар и мелкие капли воды ионизируются и диссоциируют легче, чем крупные капли, поэтому они сильнее влияют на цвет.^[17]

В линии выброса водорода на 656,3 нм (сильная H-альфа линия) и 486,1 нм (H-бета) характерны для молний.^[18]

Ридберговские атомы генерируются низкочастотными молниями, излучают от красного до оранжевого цвета и могут придавать молнии желтоватый или зеленоватый оттенок.^[17]

Как правило, лучистые виды, присутствующие в атмосферных плазма являются N₂, N₂⁺, O₂, NO (в сухом воздухе) и OH (во влажном воздухе). Температура, электронная плотность, и электронная температура плазмы можно вывести из распределения линии вращения этих видов. При более высоких температурах присутствуют атомные эмиссионные линии N и O и (в присутствии воды) H. Другие молекулярные линии, например CO и CN указывают на присутствие загрязняющих веществ в воздухе.^[19]

Свечение ионизированного воздуха против черенковского излучения

Черенковское излучение производится заряженными частицами, которые проходят через диэлектрик вещество со скоростью большей, чем скорость света в этой среде. Несмотря на схожесть цвета создаваемого света и сходную ассоциацию с частицами высоких энергий, черенковское излучение генерируется по принципиально другому механизму.

Смотрите также

• Свечение
• Список статей по плазме (физике)

Рекомендации

1. Неорганическая химия Эгон Виберг, Нильс Виберг, Арнольд Фредерик Холлеман, стр. 1655, Academic Press, 2001, г.ISBN  0-12-352651-5
2. «Испытание троицы:« Жуткое и устрашающее зрелище »Роберта Кристи». Архивировано из оригинал на 2014-03-07. Получено 2014-11-08.
3. Национальная академия наук, Роберт Ф. Кристи, Гольдштейн, стр. 7
4. "Очевидцы Троицы" (PDF). Журнал ядерного оружия, выпуск 2, 2005 г.. Лос-Аламосская национальная лаборатория. 2005. с. 45. Получено 18 февраля 2014.
5. РОБЕРТ Ф. КРИСТИ (1916-2012), ВОПРОСЫ САРА ЛИППИНКОТТ
6. [1]
7. Отчет Cherokee Field Report Bikini Operations, страница 10, цитируется в Чаке Хансене, Мечи Армагеддона: разработка ядерного оружия в США с 1945 года (Саннивейл, Калифорния: Публикации Чукели, 1995), 1307
8. Оператор Ёситаке -«В течение нескольких минут после взрыва вы могли видеть это жуткое ультрафиолетовое свечение высоко в небе. И я подумал, что это было так впечатляюще, так многозначительно».
9. Операция Upshot-Knothole Shot Annie, Youtube.com, получено 27 октября, 2013
10. «Обман Чернобыля. Это интервью было впервые опубликовано в печатном издании New Scientist. Источник: веб-сайт New Scientist».
11. «Чернобыль 20 лет спустя».
12. "Чернобыль: что случилось и почему? К.М. Мейер, технический журналист" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2013-12-11.
13. Лучи Беккереля и свойства радия Р. Дж. Стрэтт, стр. 20, Courier Dover Publications, 2004 г. ISBN  0-486-43875-9
14. Молния Мартин А. Уман, с. 139, Courier Dover Publications, 1984 г. ISBN  0-486-64575-4
15. Все о молнии Мартин А. Уман, с. 96, Courier Dover Publications, 1986 г. ISBN  0-486-25237-X
16. [2]^{[мертвая ссылка ]}
17. PhysForum Дискуссионные форумы по науке, физике и технологиям -> Цвета электричества. Physforum.com. Проверено 5 июня 2010.
18. AMS Journals Online - дневные спектры отдельных вспышек молний в области 370–690 нм. Journals.ametsoc.org. Проверено 5 июня 2010.
19. Laux, CO; Спенс, Т. Г.; Крюгер, С. Х .; Заре, Р. Н. (2003). «Оптическая диагностика воздушной плазмы атмосферного давления» (PDF). Наука и технологии источников плазмы. 12 (2): 125. Bibcode:2003PSST ... 12..125L. Дои:10.1088/0963-0252/12/2/301. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-07-16. Получено 2010-05-27.