Свечение ионизированного воздуха - Ionized-air glow

Азотное свечение
Кислородное свечение
Пучок частиц из циклотрона

Свечение ионизированного воздуха - это флуоресцентное излучение характерного сине-пурпурно-фиолетового света, часто называемого электрическим синим цветом , воздухом, подвергающимся потоку энергии.

Процессы

Когда энергия передается воздуху, молекулы воздуха возбуждаются. Поскольку воздух состоит в основном из азота и кислорода , образуются возбужденные молекулы N 2 и O 2 . Они могут реагировать с другими молекулами, образуя в основном озон и оксид азота (II) . Водяной пар , если он 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.

Девозбуждение азота

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

N 2 * → N 2 +

Наблюдаемый синий свет создается в основном этим процессом. В спектре преобладают линии одноионизованного 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 озона :

О 2 * + 2 О 2 → 2 О 3

Эта реакция ответственна за образование озона вблизи сильно радиоактивных материалов и электрических разрядов.

Вхождение

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

Fireball of Upshot-Knothole Annie: ядерное испытание с несколькими вертикальными дымовыми следами от ракет, используемыми для измерения продвижения фронта ударной волны.
Upshot-Knothole Annie испытание ядерной бомбы

Цвета

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

В сухом воздухе в цвете излучаемого света (например, от 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. Нейтральный азот излучает в основном одну линию в красной части спектра. Ионизированный азот излучает в основном набор линий в синей части спектра.

Фиолетовый оттенок может появиться, когда в спектре есть линии излучения атомарного водорода. Это может произойти, когда в воздухе содержится большое количество воды, например, при молниях на малых высотах, проходящих во время дождя и грозы . Водяной пар и мелкие капли воды ионизируются и диссоциируют легче, чем крупные капли, поэтому они сильнее влияют на цвет.

Эти линии излучения водорода при 656,3 нм (сильный Н-альфа - линии) и при 486,1 нм (Н-бета) характерны для молниями. Атомы Ридберга , генерируемые низкочастотными молниями, излучают от красного до оранжевого цвета и могут придавать молнии желтоватый или зеленоватый оттенок. Обычно лучистые частицы, присутствующие в атмосферной плазме, представляют собой N 2 , N 2 + , O 2 , NO (в сухом воздухе) и OH (во влажном воздухе). О температуре, электронной плотности и электронной температуре плазмы можно судить по распределению линий вращения этих частиц. При более высоких температурах присутствуют атомные эмиссионные линии N и O и (в присутствии воды) H. Другие молекулярные линии, например CO и CN, отмечают присутствие загрязняющих веществ в воздухе.

Свечение ионизированного воздуха против черенковского излучения

Излучение синего света часто связывают с черенковским излучением . Черенковское излучение создается заряженными частицами, которые проходят через диэлектрическое вещество со скоростью, превышающей скорость света в этой среде. Несмотря на образование однотонного света и ассоциацию с частицами высоких энергий, черенковское излучение генерируется по принципиально другому механизму.

Смотрите также

использованная литература