Свечение ионизированного воздуха

Свечение ионизированного воздуха — это люминесцентное излучение характерного сине-фиолетово-фиолетового света, часто цвета, называемого электрическим синим , воздухом, подвергающимся потоку энергии прямо или косвенно от солнечного излучения . ^[1]

Процессы

Когда энергия выделяется в воздухе, молекулы воздуха возбуждаются. Поскольку воздух состоит в основном из азота и кислорода возбужденные молекулы N ₂ и O ₂ , образуются . Они могут реагировать с другими молекулами, образуя в основном озон и оксид азота (II) . Водяной пар , если он присутствует, также может играть роль; его присутствие характеризуется линиями эмиссии водорода. Реактивные вещества, присутствующие в плазме, могут легко вступать в реакцию с другими химическими веществами, присутствующими в воздухе или на близлежащих поверхностях.

Девозбуждение азота

Возбужденный азот девозбуждается в основном за счет испускания фотона с линиями излучения в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах:

№ ₂^* → N ₂ + hν

Наблюдаемый синий свет возникает в основном в результате этого процесса. ^[2] В спектре преобладают линии одноионизованного азота, присутствуют линии нейтрального азота.

Девозбуждение кислорода

Возбужденное состояние кислорода несколько более стабильно, чем азота. Хотя девозбуждение может происходить за счет испускания фотонов, более вероятным механизмом при атмосферном давлении является химическая реакция с другими молекулами кислорода, образующая озон: ^[2]

О ₂ * + 2 О ₂ → 2 О ₃

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

возникновение

Энергия возбуждения может передаваться в воздух посредством ряда различных механизмов:

Ионизирующее излучение является причиной голубого свечения, окружающего достаточное количество сильно радиоактивных материалов в воздухе, например, некоторых радиоизотопов образцов (например, радия или полония ), пучков частиц (например, из ускорителей частиц ) в воздухе, синих вспышек во время аварий, связанных с критичностью , и жутких явлений. /низкая яркость свечения от «фиолетового» до «голубого», окутывающего грибовидное облако в течение первых нескольких десятков секунд после ядерных взрывов вблизи уровня моря. Этот эффект после взрыва наблюдался только ночью во время ядерных испытаний в атмосфере из-за его низкой яркости, причем наблюдатели заметили его после предрассветного испытания Тринити . ^[3]^[4]^[5]^[6] а также Апшот-Кнотхол Энни , ^{[ нужна ссылка ]} Операция «Аквариум» , ^[7] и чероки снимок в ходе операции Redwing . ^[8]^[9]

Через несколько минут после парового взрыва, вызвавшего чернобыльскую аварию в 01:23 по местному времени, сотрудники электростанции вышли на улицу, чтобы получше оценить масштабы ущерба. Один из таких выживших, Александр Ювченко , рассказывает, что однажды он остановился на улице и посмотрел вверх, в сторону реакторного зала, и увидел «очень красивый» лазерный луч голубоватого света, вызванный ионизацией воздуха, который, казалось, «затоплял воздух». в бесконечность». ^[10]^[11]
Катодные лучи в воздухе создают это голубое свечение. ^[12]
Электрический разряд в воздухе является причиной синего света, испускаемого электрическими искрами , молниями и коронными разрядами (например, пожаром Святого Эльма ).
Полярные сияния — иногда наблюдаемые сине-фиолетовые оттенки, излучаемые азотом на более низких высотах.

Цвета

Спектр излучения 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 яркими особенностями спектра излучения молнии. ^[13] Нейтральный азот излучает преимущественно одну линию в красной части спектра. Ионизированный азот излучает преимущественно набор линий в синей части спектра. ^[14]

Фиолетовый оттенок может возникнуть, если в спектре присутствуют линии излучения атомарного водорода. Это может произойти, когда воздух содержит большое количество воды, например, при молниях на малых высотах, проходящих через ливневые грозы . Водяной пар и мелкие капли воды ионизируются и диссоциируют легче, чем крупные капли, поэтому оказывают большее влияние на цвет. ^{[ нужна ссылка ]}

- бета ) . Для молний характерны эмиссионные линии водорода 656,3 нм (сильная линия H-альфа) и 486,1 нм (H ^[15]Атомы Ридберга , генерируемые низкочастотными молниями, излучают цвет от красного до оранжевого и могут придавать молнии желтоватый или зеленоватый оттенок. ^{( сбивает с толку? )}^{[ нужна ссылка ]} присутствуют излучающие вещества Обычно в атмосферной плазме N ₂ , N ₂⁺, O ₂ , NO (в сухом воздухе) и OH (во влажном воздухе). О температуре, плотности электронов и электронной температуре плазмы можно судить по распределению вращательных линий этих видов. При более высоких температурах присутствуют атомные эмиссионные линии N и O, а также (в присутствии воды) H. Другие молекулярные линии, например CO и CN, отмечают наличие загрязнений в воздухе. ^[16]

Черенковское излучение

Излучение синего света часто приписывают черенковскому излучению . ^[8]^{[ нужна проверка ]} Черенковское излучение создается заряженными частицами, которые движутся через диэлектрическое вещество со скоростью, превышающей скорость света в этой среде. Несмотря на образование света одинакового цвета и связь с частицами высоких энергий, черенковское излучение генерируется по принципиально иному механизму. ^{[ нужна ссылка ]}

См. также

Свечение воздуха

Ссылки

^ «Воздушное сияние» . www.albany.edu . Проверено 13 декабря 2021 г.
^ Jump up to: ^а ^б Виберг, Эгон; Виберг, Нильс; Холлеман, Арнольд Фредерик (2001). Неорганическая химия (1-е английское изд.). Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. п. 1655. ISBN 0-12-352651-5 .
^ Гудштейн, Дэвид Л.; Гудштейн, Джудит Р. (2013). Роберт Ф. Кристи: 1916–2012 (PDF) . Биографические мемуары. Национальная академия наук. п. 7.
^ «Взгляд назад: очевидцы Троицы» (PDF) . Журнал ядерного оружия . № 2. Лос-Аламосская национальная лаборатория . 2005. с. 45. ЛАЛП-05-067 . Проверено 18 февраля 2014 г.
^ «Кристи, Роберт Ф. Интервью Сары Липпинкотт. Пасадена, Калифорния, 15, 17, 21 и 22 июня 1994 г.» . Проект устной истории, Архив Калифорнийского технологического института. 1998. с. 55 . Проверено 5 августа 2021 г.
^ Кристи, Роберт (6 июля 2017 г.). Испытание Тринити: «Жуткое и устрашающее зрелище» (20 сентября) (Видео). Сеть историй - Истории жизни замечательных людей. Событие происходит в 1'47". Архивировано из оригинала 15 декабря 2021 года - на YouTube.
^ Операция Доминик I: 1962 (PDF) (Отчет). Оборонное ядерное агентство. п. 247. ДНК 6040F.
^ Jump up to: ^а ^б Полевой отчет чероки по операциям в бикини, стр. 10, цитируется в Хансен, Чак (1995). Мечи Армагеддона: разработка ядерного оружия США с 1945 года . Саннивейл, Калифорния: Публикации Чукели. 1307. OCLC 1109685186 .
^ Бетге, Филип (25 ноября 2010 г.). «Грибовидные облака и вездесущая опасность: выжившие операторы вспоминают кадры ядерных испытаний» . Дер Шпигель . [Фотограф Джордж Ёситаке рассказал] «В течение нескольких минут после взрыва высоко в небе можно было видеть жуткое ультрафиолетовое свечение. И я подумал, что это было так зрелищно, так значимо».
^ Мейер, CM (март 2007 г.). «Чернобыль: что произошло и почему?» (PDF) . Зарядитесь энергией . Малдерсдрифт, Южная Африка. п. 41. ISSN 1818-2127 . Архивировано из оригинала (PDF) 11 декабря 2013 года.
^ Бонд, Майкл (21 августа 2004 г.). «Обман Чернобыля» . Новый учёный . Том. 183, нет. 2461. с. 46. ISSN 0262-4079 .
^ Стратт, Р.Дж. (2004) [первоначально опубликовано в 1906 году]. Лучи Беккереля и свойства радия . Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications. п. 20. ISBN 0-486-43875-9 .
^ Умань, Мартин А. (1984). Молния . Дуврские публикации. п. 139. ИСБН 0-486-64575-4 .
^ Умань, Мартин А. (1986). Всё о молниях . Дуврские публикации. п. 96. ИСБН 0-486-25237-Х .
^ Орвилл, Ричард Э. (1980). «Дневные спектры отдельных вспышек молний в области 370–690 нм» . Журнал прикладной метеорологии и климатологии . 19 (4): 470–473. Бибкод : 1980JApMe..19..470O . doi : 10.1175/1520-0450(1980)019<0470:DSoilf>2.0.CO;2 .
^ Ло, Колорадо; Спенс, Т.Г.; Крюгер, Швейцария; Заре, Р.Н. (2003). «Оптическая диагностика воздушной плазмы атмосферного давления» (PDF) . Плазменные источники Наука и техника . 12 (2): 125. Бибкод : 2003ПССТ...12..125Л . дои : 10.1088/0963-0252/12/2/301 . S2CID 250824737 .

[1] «Воздушное сияние» . www.albany.edu . Проверено 13 декабря 2021 г.

[Wiberg-2] Jump up to: ^а ^б Виберг, Эгон; Виберг, Нильс; Холлеман, Арнольд Фредерик (2001). Неорганическая химия (1-е английское изд.). Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. п. 1655. ISBN 0-12-352651-5 .

[Goodstein-3] Гудштейн, Дэвид Л.; Гудштейн, Джудит Р. (2013). Роберт Ф. Кристи: 1916–2012 (PDF) . Биографические мемуары. Национальная академия наук. п. 7.

[Backward-4] «Взгляд назад: очевидцы Троицы» (PDF) . Журнал ядерного оружия . № 2. Лос-Аламосская национальная лаборатория . 2005. с. 45. ЛАЛП-05-067 . Проверено 18 февраля 2014 г.

[5] «Кристи, Роберт Ф. Интервью Сары Липпинкотт. Пасадена, Калифорния, 15, 17, 21 и 22 июня 1994 г.» . Проект устной истории, Архив Калифорнийского технологического института. 1998. с. 55 . Проверено 5 августа 2021 г.

[Eery-6] Кристи, Роберт (6 июля 2017 г.). Испытание Тринити: «Жуткое и устрашающее зрелище» (20 сентября) (Видео). Сеть историй - Истории жизни замечательных людей. Событие происходит в 1'47". Архивировано из оригинала 15 декабря 2021 года - на YouTube.

[Dominic-7] Операция Доминик I: 1962 (PDF) (Отчет). Оборонное ядерное агентство. п. 247. ДНК 6040F.

[Field_Report_Bikini_Operations_page_10-8] Jump up to: ^а ^б Полевой отчет чероки по операциям в бикини, стр. 10, цитируется в Хансен, Чак (1995). Мечи Армагеддона: разработка ядерного оружия США с 1945 года . Саннивейл, Калифорния: Публикации Чукели. 1307. OCLC 1109685186 .

[9] Бетге, Филип (25 ноября 2010 г.). «Грибовидные облака и вездесущая опасность: выжившие операторы вспоминают кадры ядерных испытаний» . Дер Шпигель . [Фотограф Джордж Ёситаке рассказал] «В течение нескольких минут после взрыва высоко в небе можно было видеть жуткое ультрафиолетовое свечение. И я подумал, что это было так зрелищно, так значимо».

[Meyer-10] Мейер, CM (март 2007 г.). «Чернобыль: что произошло и почему?» (PDF) . Зарядитесь энергией . Малдерсдрифт, Южная Африка. п. 41. ISSN 1818-2127 . Архивировано из оригинала (PDF) 11 декабря 2013 года.

[Bond-11] Бонд, Майкл (21 августа 2004 г.). «Обман Чернобыля» . Новый учёный . Том. 183, нет. 2461. с. 46. ISSN 0262-4079 .

[Strutt-12] Стратт, Р.Дж. (2004) [первоначально опубликовано в 1906 году]. Лучи Беккереля и свойства радия . Минеола, Нью-Йорк: Dover Publications. п. 20. ISBN 0-486-43875-9 .

[Uman_1984-13] Умань, Мартин А. (1984). Молния . Дуврские публикации. п. 139. ИСБН 0-486-64575-4 .

[Uman_1986-14] Умань, Мартин А. (1986). Всё о молниях . Дуврские публикации. п. 96. ИСБН 0-486-25237-Х .

[Orville_1980-15] Орвилл, Ричард Э. (1980). «Дневные спектры отдельных вспышек молний в области 370–690 нм» . Журнал прикладной метеорологии и климатологии . 19 (4): 470–473. Бибкод : 1980JApMe..19..470O . doi : 10.1175/1520-0450(1980)019<0470:DSoilf>2.0.CO;2 .

[Laux-16] Ло, Колорадо; Спенс, Т.Г.; Крюгер, Швейцария; Заре, Р.Н. (2003). «Оптическая диагностика воздушной плазмы атмосферного давления» (PDF) . Плазменные источники Наука и техника . 12 (2): 125. Бибкод : 2003ПССТ...12..125Л . дои : 10.1088/0963-0252/12/2/301 . S2CID 250824737 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]