El resplandor de aire ionizado es la emisión fluorescente de una luz azul-violeta-violeta característica, a menudo de un color llamado azul eléctrico , por el aire sometido a un flujo de energía.
Procesos
Cuando la energía se deposita en el aire, las moléculas de aire se excitan. Como el aire está compuesto principalmente de nitrógeno y oxígeno , se producen moléculas de N 2 y O 2 excitadas . Estos pueden reaccionar con otras moléculas, formando principalmente ozono y óxido de nitrógeno (II) . El vapor de agua , cuando está presente, también puede desempeñar un papel; su presencia se caracteriza por las líneas de emisión de hidrógeno. Las especies reactivas presentes en el plasma pueden reaccionar fácilmente con otras sustancias químicas presentes en el aire o en superficies cercanas.
Desexcitación de nitrógeno
El nitrógeno excitado se desexcita principalmente por emisión de un fotón, con líneas de emisión en banda ultravioleta, visible e infrarroja:
- N 2 * → N 2 + hν
La luz azul observada se produce principalmente por este proceso. [1] El espectro está dominado por líneas de nitrógeno de ion simple, con presencia de líneas de nitrógeno neutro.
Desexcitación de oxígeno
El estado excitado del oxígeno es algo más estable que el nitrógeno. Si bien la desexcitación puede ocurrir por emisión de fotones, el mecanismo más probable a presión atmosférica es una reacción química con otras moléculas de oxígeno, formando ozono : [1]
- O 2 * + 2 O 2 → 2 O 3
Esta reacción es responsable de la producción de ozono en las proximidades de materiales fuertemente radiactivos y descargas eléctricas.
Ocurrencia
La energía de excitación se puede depositar en el aire mediante varios mecanismos diferentes:
- La radiación ionizante es la causa del resplandor azul que rodea cantidades suficientes de materiales fuertemente radiactivos en el aire, p. Ej., Algunas muestras de radioisótopos (p. Ej., Radio o polonio ), haces de partículas (p. Ej., De aceleradores de partículas ) en el aire, destellos azules durante accidentes de criticidad y lo inquietante / resplandor de "púrpura" a "azul" de bajo brillo que envuelve la nube en forma de hongo durante las primeras docenas de segundos después de las explosiones nucleares cerca del nivel del mar. Este efecto posterior a la explosión se ha observado solo por la noche en las pruebas nucleares atmosféricas debido a su bajo brillo, y los observadores lo notaron después de la Trinidad antes del amanecer (prueba) , [2] [3] [4] [5] Upshot-Knothole Annie , [6] y la toma Cherokee de la Operación Redwing . [7] [8]La emisión de luz azul a menudo se atribuye incorrectamente a la radiación de Cherenkov . [7] Para obtener más información sobre el resplandor del aire ionizado por explosiones nucleares, consulte la toma de prueba a gran altitud cercana a la medianoche, Bluegill Triple Prime .
- Minutos después de la explosión de vapor que causó el accidente de Chernobyl a las 01:23 hora local, varios empleados de la central eléctrica salieron para tener una visión más clara de la extensión de los daños. Uno de esos sobrevivientes, Alexander Yuvchenko , relata que una vez que se detuvo afuera y miró hacia la sala del reactor, vio un rayo "muy hermoso" similar a un láser de luz azulada , causado por la ionización del aire, que parecía inundar hasta el infinito. . [10] [11] [12]
- Los rayos catódicos en el aire producen este resplandor azul. [13]
- La descarga eléctrica en el aire es la causa de la luz azul emitida por chispas eléctricas , rayos y descargas de corona (por ejemplo, el fuego de St. Elmo ).
- Auroras , los tonos azul violeta que a veces se observan emitidos por el nitrógeno en altitudes más bajas
Colores
En aire seco, el color de la luz producida (por ejemplo, por un rayo) está dominado por las líneas de emisión de nitrógeno, produciendo el espectro con líneas de emisión principalmente azules. Las líneas de nitrógeno neutro (NI), oxígeno neutro (OI), nitrógeno ionizado individualmente (NII) y oxígeno ionizado individualmente (OII) son las características más destacadas de un espectro de emisión de rayos. [14]
El nitrógeno neutro se irradia principalmente en una línea en la parte roja del espectro. El nitrógeno ionizado se irradia principalmente como un conjunto de líneas en la parte azul del espectro. [15] Las señales más fuertes son las líneas de 443,3, 444,7 y 463,0 nm de nitrógeno ionizado individualmente. [dieciséis]
El tono violeta puede ocurrir cuando el espectro contiene líneas de emisión de hidrógeno atómico. Esto puede suceder cuando el aire contiene una gran cantidad de agua, por ejemplo, con relámpagos en altitudes bajas que atraviesan tormentas de lluvia . El vapor de agua y las pequeñas gotas de agua se ionizan y disocian más fácilmente que las gotas grandes, por lo que tienen un mayor impacto en el color. [17]
Las líneas de emisión de hidrógeno a 656,3 nm (la línea fuerte H-alfa ) y a 486,1 nm (H-beta) son características de los relámpagos. [18]
Los átomos de Rydberg , generados por relámpagos de baja frecuencia, emiten de color rojo a naranja y pueden dar al relámpago un tinte amarillento a verdoso. [17]
Generalmente, las especies radiantes presentes en el plasma atmosférico son N 2 , N 2 + , O 2 , NO (en aire seco) y OH (en aire húmedo). La temperatura, la densidad de electrones y la temperatura de los electrones del plasma se pueden inferir de la distribución de las líneas de rotación de estas especies. A temperaturas más altas, las líneas de emisión atómica de N y O, y (en presencia de agua) H, están presentes. Otras líneas moleculares, por ejemplo, CO y CN, marcan la presencia de contaminantes en el aire. [19]
Resplandor de aire ionizado frente a radiación de Cherenkov
La radiación de Cherenkov es producida por partículas cargadas que viajan a través de una sustancia dieléctrica a una velocidad mayor que la velocidad de la luz en ese medio. A pesar de la similitud del color de la luz producida y la asociación similar con partículas de alta energía, la radiación de Cherenkov se genera mediante un mecanismo fundamentalmente diferente.
Ver también
- Airglow
- Lista de artículos sobre plasma (física)
Referencias
- ↑ a b Química inorgánica de Egon Wiberg, Nils Wiberg, Arnold Frederick Holleman, p. 1655, Academic Press, 2001, ISBN 0-12-352651-5
- ^ "La prueba de la Trinidad: 'Una vista espeluznante y asombrosa' por Robert Christy" . Archivado desde el original el 7 de marzo de 2014 . Consultado el 8 de noviembre de 2014 .
- ^ Academia Nacional de Ciencias, Robert F. Christy por Goldstein pg 7
- ^ "Testigos presenciales de la Trinidad" (PDF) . Revista de armas nucleares, número 2 de 2005 . Laboratorio Nacional de Los Alamos . 2005. p. 45 . Consultado el 18 de febrero de 2014 .
- ^ ROBERT F. CHRISTY (1916-2012) ENTREVISTADO POR SARA LIPPINCOTT
- ^ [1]
- ↑ a b Cherokee Field Report Bikini Operations, página 10, citado en Chuck Hansen, The Swords of Armageddon: desarrollo de armas nucleares en EE. UU. desde 1945 (Sunnyvale, CA: Chukelea Publications, 1995), 1307
- ^ Camarógrafo Yoshitake - "Durante varios minutos después de la explosión, se podía ver este misterioso resplandor ultravioleta en lo alto del cielo. Y pensé que era tan espectacular, tan significativo".
- ^ Operation Upshot-Knothole Shot Annie , Youtube.com , consultado el 27 de octubre de 2013
- ^ "Cheating Chernobyl Esta entrevista se publicó por primera vez en la edición impresa de New Scientist Fuente: sitio web de New Scientist" .
- ^ "Chernobyl 20 años después" .
- ^ "Chernobyl: ¿qué pasó y por qué? Por CM Meyer, periodista técnico" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 11 de diciembre de 2013.
- ^ Los rayos de Becquerel y las propiedades del radio por RJ Strutt, p. 20, Courier Dover Publications, 2004 ISBN 0-486-43875-9
- ^ Rayo de Martin A. Uman, p. 139, Courier Dover Publications, 1984 ISBN 0-486-64575-4
- ^ Todo sobre el rayo de Martin A. Uman, p. 96, Courier Dover Publications, 1986 ISBN 0-486-25237-X
- ^ [2] [ enlace muerto ]
- ^ a b Foros de discusión sobre ciencia, física y tecnología de PhysForum -> Colores de electiricy . Physforum.com. Consultado el 5 de junio de 2010.
- ^ AMS Journals Online - Espectros de luz diurna de relámpagos individuales en la región de 370-690 nm . Journals.ametsoc.org. Consultado el 5 de junio de 2010.
- ^ Laux, CO; Spence, TG; Kruger, CH; Zare, Enfermera registrada (2003). "Diagnóstico óptico de plasmas de aire a presión atmosférica" (PDF) . Ciencia y tecnología de fuentes de plasma . 12 (2): 125. Bibcode : 2003PSST ... 12..125L . doi : 10.1088 / 0963-0252 / 12/2/301 . Archivado desde el original (PDF) el 16 de julio de 2011 . Consultado el 27 de mayo de 2010 .