Poświata zjonizowanego powietrza - Ionized-air glow
Poświata zjonizowanego powietrza to fluorescencyjna emisja charakterystycznego niebiesko-fioletowo-fioletowego światła, często w kolorze zwanym elektrycznym błękitem , przez powietrze poddane strumieniowi energii.
Procesy
Kiedy energia jest zdeponowana w powietrzu, cząsteczki powietrza ulegają wzbudzeniu. Ponieważ powietrze składa się głównie z azotu i tlenu , powstają wzbudzone cząsteczki N 2 i O 2 . Mogą one reagować z innymi cząsteczkami, tworząc głównie ozon i tlenek azotu(II) . Para wodna , jeśli jest obecna, może również odgrywać pewną rolę; jego obecność charakteryzują linie emisyjne wodoru. Reaktywne formy obecne w plazmie mogą łatwo reagować z innymi chemikaliami obecnymi w powietrzu lub na pobliskich powierzchniach.
Deekscytacja azotu
Wzbudzony azot deekscytuje się głównie przez emisję fotonu, z liniami emisyjnymi w paśmie ultrafioletowym, widzialnym i podczerwonym:
- N 2 * → N 2 + hν
Obserwowane niebieskie światło powstaje głównie w tym procesie. Widmo zdominowane jest przez linie azotu jednojonowego, z obecnością linii azotu obojętnego.
Deekscytacja tlenu
Stan wzbudzony tlenu jest nieco bardziej stabilny niż azot. Podczas gdy dewzbudzenie może nastąpić poprzez emisję fotonów, bardziej prawdopodobnym mechanizmem pod ciśnieniem atmosferycznym jest reakcja chemiczna z innymi cząsteczkami tlenu, tworząca ozon :
- O 2 * + 2 O 2 → 2O 3
Reakcja ta odpowiada za produkcję ozonu w sąsiedztwie silnie radioaktywnych materiałów i wyładowań elektrycznych.
Występowanie
Energia wzbudzenia może być zdeponowana w powietrzu za pomocą wielu różnych mechanizmów:
- Promieniowanie jonizujące jest przyczyną niebieskiej poświaty otaczającej wystarczające ilości silnie radioaktywnych materiałów w powietrzu, np. niektóre próbki radioizotopów (np. radu lub polonu ), wiązki cząstek (np. z akceleratorów cząstek ) w powietrzu, niebieskie błyski podczas wypadków krytycznych i niesamowite /niska jasność „fioletowa” do „niebieskiej” poświata otaczająca chmurę grzyba w ciągu pierwszych kilkudziesięciu sekund po wybuchach jądrowych w pobliżu poziomu morza. Ten efekt powybuchowy zaobserwowano tylko w nocy w atmosferycznych testach jądrowych ze względu na jego niską jasność, a obserwatorzy zauważyli go po teście jądrowym Trinity przed świtem , a także w próbach Upshot-Knothole Annie , Operation Fishbowl i strzałach Cherokee Operacja Redwing .
- W ciągu kilku minut po eksplozji pary, która spowodowała awarię w Czarnobylu o 01:23 czasu lokalnego, kilku pracowników elektrowni wyszło na zewnątrz, aby lepiej poznać zakres szkód. Jeden z takich ocalałych, Aleksander Juwczenko , opowiada, że gdy zatrzymał się na zewnątrz i spojrzał w górę w kierunku hali reaktora, zobaczył „bardzo piękną” laserową wiązkę niebieskawego światła, spowodowaną jonizacją powietrza, która wydawała się „zalewać”. w nieskończoność”.
- Promienie katodowe w powietrzu wytwarzają tę niebieską poświatę.
- Wyładowania elektryczne w powietrzu są przyczyną niebieskiego światła emitowanego przez iskry elektryczne , wyładowania atmosferyczne i wyładowania koronowe (np . ogień św. Elma ).
- Zorza polarna , czasami obserwowalne niebiesko-fioletowe odcienie emitowane przez azot na niższych wysokościach
Zabarwienie
W suchym powietrzu barwa wytwarzanego światła (np. przez piorun) jest zdominowana przez linie emisyjne azotu, dające widmo głównie z niebieskimi liniami emisyjnymi. Linie obojętnego azotu (NI), obojętnego tlenu (OI), pojedynczo zjonizowanego azotu (NII) i pojedynczo zjonizowanego tlenu (OII) są najbardziej widocznymi cechami widma emisji piorunów. Azot obojętny promieniuje głównie w jednej linii w czerwonej części widma. Zjonizowany azot promieniuje głównie jako zestaw linii w niebieskiej części widma.
Fioletowy odcień może wystąpić, gdy widmo zawiera linie emisyjne wodoru atomowego. Może się to zdarzyć, gdy powietrze zawiera dużą ilość wody, np. podczas piorunów na małych wysokościach przechodzących przez deszczowe burze . Para wodna i małe kropelki wody jonizują i dysocjują łatwiej niż duże kropelki, dlatego mają większy wpływ na kolor.
Te linie emisyjne wodoru w 656.3 nm (silne H a linia) i przy 486,1 nm (H-beta) są charakterystyczne dla piorunów. Atomy Rydberga , generowane przez wyładowania o niskiej częstotliwości, emitują w kolorze od czerwonego do pomarańczowego i mogą nadać piorunie odcień żółtawy do zielonkawego. Generalnie promieniującymi gatunkami występującymi w plazmie atmosferycznej są N 2 , N 2 + , O 2 , NO (w powietrzu suchym) i OH (w powietrzu wilgotnym). Temperaturę, gęstość elektronową i temperaturę elektronową plazmy można wywnioskować z rozkładu linii rotacyjnych tych form. W wyższych temperaturach występują linie emisji atomowej N i O oraz (w obecności wody) H. Inne linie molekularne, np. CO i CN, wskazują na obecność zanieczyszczeń w powietrzu.
Poświata zjonizowanego powietrza a promieniowanie Czerenkowa
Emisja światła niebieskiego jest często przypisywana promieniowaniu Czerenkowa . Promieniowanie Czerenkowa jest wytwarzane przez naładowane cząstki, które przemieszczają się przez substancję dielektryczną z prędkością większą niż prędkość światła w tym ośrodku. Pomimo wytwarzania światła o podobnych kolorach i powiązania z cząstkami o wysokiej energii, promieniowanie Czerenkowa jest generowane przez zupełnie inny mechanizm.