توهج الهواء المؤين

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة

توهج النيتروجين
توهج الأكسجين
التفريغ الكهربائي في الهواء
حزمة جسيمات من السيكلوترون

توهج الهواء المتأين هو انبعاث ضوئي مميز باللون الأزرق والأرجواني والبنفسجي، وغالبًا ما يكون لونه أزرق كهربائي ، من الهواء المعرض لتدفق طاقة إما بشكل مباشر أو غير مباشر من الإشعاع الشمسي . [ 1 ]

العمليات

عندما تُودع الطاقة في الهواء، تُثار جزيئاته. ولأن الهواء يتكون أساسًا من النيتروجين والأكسجين ، تُنتج جزيئات النيتروجين (N₂) والأكسجين (O₂) المُثارة. تتفاعل هذه الجزيئات مع جزيئات أخرى، مُكَوِّنةً بشكل رئيسي الأوزون وأكسيد النيتروجين ( II ) . قد يلعب بخار الماء ، إن وُجد، دورًا أيضًا؛ ويُمكن تمييز وجوده من خلال خطوط انبعاث الهيدروجين. تتفاعل الأنواع النشطة الموجودة في البلازما بسهولة مع مواد كيميائية أخرى موجودة في الهواء أو على الأسطح المجاورة.

إزالة استثارة النيتروجين

يزول النيتروجين المثار بشكل أساسي عن طريق انبعاث فوتون ، مع خطوط انبعاث في نطاق الأشعة فوق البنفسجية والمرئية والأشعة تحت الحمراء:

N 2 * → N 2 + hν

ينتج الضوء الأزرق المرصود بشكل أساسي عن هذه العملية. [ 2 ] يهيمن على الطيف خطوط النيتروجين أحادي التأين، مع وجود خطوط النيتروجين المتعادل.

إزالة استثارة الأكسجين

تُعتبر حالة الأكسجين المُثارة أكثر استقرارًا من النيتروجين. وبينما يمكن أن يحدث فقدان الإثارة عن طريق انبعاث الفوتونات، فإن الآلية الأكثر ترجيحًا عند الضغط الجوي هي التفاعل الكيميائي مع جزيئات الأكسجين الأخرى، مما يؤدي إلى تكوين الأوزون : [ 2 ]

O₂ * + 2O₂ → 2O₃

هذا التفاعل مسؤول عن إنتاج الأوزون في محيط المواد المشعة بشدة والتفريغات الكهربائية.

حدوث

يمكن ترسيب طاقة الإثارة في الهواء من خلال عدد من الآليات المختلفة:

كرة نارية من تجربة أبشوت-كنوثول آني النووية مع عدة مسارات دخان عمودية من الصواريخ المستخدمة لقياس تقدم جبهة الصدمة
أبشوت - تجربة قنبلة كنوثول آني النووية

الألوان

طيف انبعاث النيتروجين
طيف انبعاث الأكسجين
طيف انبعاث الهيدروجين (بخار الماء مشابه ولكنه أقل سطوعًا)

في الهواء الجاف، يهيمن على لون الضوء الناتج (مثل ضوء البرق) خطوط انبعاث النيتروجين، مما ينتج عنه طيف ذو خطوط انبعاث زرقاء في الغالب. وتُعد خطوط النيتروجين المتعادل (NI) والأكسجين المتعادل (OI) والنيتروجين المتأين أحاديًا (NII) والأكسجين المتأين أحاديًا (OII) أبرز سمات طيف انبعاث البرق . [ 14 ] يشع النيتروجين المتعادل بشكل أساسي على شكل خط واحد في الجزء الأحمر من الطيف. بينما يشع النيتروجين المتأين بشكل أساسي على شكل مجموعة من الخطوط في الجزء الأزرق من الطيف. [ 15 ]

قد يظهر اللون البنفسجي عندما يحتوي الطيف على خطوط انبعاث الهيدروجين الذري. يحدث هذا عندما يحتوي الهواء على نسبة عالية من الماء، كما في حالة البرق الذي يمر عبر العواصف الرعدية على ارتفاعات منخفضة . يتأين بخار الماء وقطرات الماء الصغيرة ويتفككان بسهولة أكبر من القطرات الكبيرة، ولذلك يكون تأثيرهما على اللون أكبر.

تُعدّ خطوط انبعاث الهيدروجين عند 656.3 نانومتر (خط ألفا الهيدروجين  القوي ) وعند 486.1 نانومتر (خط بيتا الهيدروجين) من السمات المميزة للبرق. [ 16 ] تُصدر ذرات ريدبيرغ ، الناتجة عن البرق منخفض التردد، إشعاعًا يتراوح لونه بين الأحمر والبرتقالي، مما قد يُضفي على البرق مسحة صفراء إلى خضراء. ( هل هذا مُربك؟ ) بشكل عام، تشمل الأنواع المُشعّة الموجودة في بلازما الغلاف الجوي النيتروجين ( N₂) ، وأيون النيتروجين (N₂⁺ ) ، والأكسجين ( O₂)، وأكسيد النيتروجين (NO) (في الهواء الجاف)، وهيدروكسيد الهيدروكسيل (OH) (في الهواء الرطب). يُمكن استنتاج درجة حرارة البلازما وكثافة الإلكترونات ودرجة حرارة الإلكترونات من توزيع خطوط الدوران لهذه الأنواع. عند درجات حرارة أعلى، تظهر خطوط الانبعاث الذرية للنيتروجين والأكسجين، والهيدروجين (في وجود الماء). تُشير خطوط جزيئية أخرى، مثل أول أكسيد الكربون (CO) وسيانيد السيانيد (CN)، إلى وجود ملوثات في الهواء. [ 17 ] 

إشعاع تشيرينكوف

يُعزى انبعاث الضوء الأزرق غالبًا إلى إشعاع تشيرينكوف . [ 9 ] ينتج إشعاع تشيرينكوف عن جسيمات مشحونة تتحرك عبر مادة عازلة بسرعة تفوق سرعة الضوء في تلك المادة. وعلى الرغم من إنتاج ضوء ذي لون مشابه وارتباطه بجسيمات عالية الطاقة، إلا أن إشعاع تشيرينكوف يتولد بآلية مختلفة تمامًا.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "توهج الهواء" . www.albany.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 ديسمبر 2021 .
  2. 1 2 ويبرغ، إيغون؛ ويبرغ، نيلز؛ هولمان، أرنولد فريدريك (2001). الكيمياء غير العضوية (الطبعة الإنجليزية الأولى ). سان دييغو، كاليفورنيا: أكاديميك برس. ص 1655. ISBN   0-12-352651-5.
  3. ↑ كرومبتون، أنيتا جيه؛ غاماج، كيلوم إيه إيه؛ جينكينز، أليكس؛ تايلور، تشارلز جيمس (أبريل 2018). "الكشف عن جسيمات ألفا باستخدام التألق الإشعاعي الهوائي الناتج عن جسيمات ألفا: مراجعة وآفاق مستقبلية للتوصيف الإشعاعي الأولي لتفكيك المنشآت النووية" . مجلة الحساسات . 18 (4): 1015. رمز Bibcode : 2018Senso..18.1015C . doi : 10.3390/s18041015 . ISSN 1424-8220 . PMC 5948492. PMID 29597340 .   
  4. ↑ غودستين، ديفيد ل.؛ غودستين، جوديث ر. (2013). روبرت ف. كريستي: 1916-2012 (ملف PDF) . مذكرات سيرية. الأكاديمية الوطنية للعلوم. ص 7. 
  5. ↑ "نظرة إلى الوراء: شهود عيان على حادثة ترينيتي" (ملف PDF) . مجلة الأسلحة النووية . العدد 2. مختبر لوس ألاموس الوطني . 2005. ص 45. LALP-05-067 . تاريخ الاطلاع: 18 فبراير 2014 .  
  6. ↑ "كريستي، روبرت ف. مقابلة أجرتها سارة ليبينكوت. باسادينا، كاليفورنيا، 15 و17 و21 و22 يونيو 1994" . مشروع التاريخ الشفوي، أرشيف معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا. 1998. ص 55. تم الاطلاع عليه في 5 أغسطس 2021 . 
  7. ↑ كريستي، روبرت (6 يوليو 2017). اختبار ترينيتي: "مشهد غريب ومهيب" (9/20) (فيديو). شبكة القصص - قصص حياة أشخاص مميزين. يبدأ الحدث عند الدقيقة 1:47. مؤرشف من الأصل في 15 ديسمبر 2021 - عبر يوتيوب.
  8. ↑ عملية دومينيك الأولى: 1962 (ملف PDF) (تقرير). وكالة الدفاع النووي. ص 247. DNA 6040F. 
  9. ١ ٢ تقرير ميداني عن عمليات بيكيني في شيروكي، صفحة ١٠، مقتبس في هانسن، تشاك (١٩٩٥). سيوف هرمجدون: تطوير الأسلحة النووية الأمريكية منذ عام ١٩٤٥. صني فيل، كاليفورنيا: منشورات تشوكليا. ١٣٠٧. OCLC ١١٠٩٦٨٥١٨٦ . 
  10. ↑ بيثج، فيليب (25 نوفمبر 2010). "سحب الفطر والخطر الدائم: مصورون ناجون يستذكرون لقطات التجارب النووية" . دير شبيغل . [قال المصور جورج يوشيتاكي]: "لعدة دقائق بعد الانفجار، كان بالإمكان رؤية هذا التوهج فوق البنفسجي الغريب عالياً في السماء. وقد رأيت ذلك مذهلاً للغاية، وذا مغزى عميق".
  11. ↑ ماير، سي إم (مارس 2007). "تشيرنوبيل: ماذا حدث ولماذا؟" (ملف PDF) . إنرجايز . مولدرزدريفت، جنوب أفريقيا. ص 41. الرقم الدولي الموحد للدوريات 1818-2127 . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 11 ديسمبر 2013.  
  12. ↑ بوند، مايكل (21 أغسطس 2004). "خداع تشيرنوبيل" . مجلة نيو ساينتست . المجلد 183، العدد 2461. ص 46. الرقم الدولي الموحد للدوريات 0262-4079 .    
  13. ↑ ستروت، آر جيه (2004) [نُشر لأول مرة عام 1906]. أشعة بيكريل وخصائص الراديوم . مينولا، نيويورك: منشورات دوفر. ص 20. ISBN  0-486-43875-9.
  14. ↑ أومان، مارتن أ. (1984). البرق . منشورات دوفر. ص 139. ISBN  0-486-64575-4.
  15. ↑ أومان، مارتن أ. (1986). كل شيء عن البرق . منشورات دوفر. ص 96. ISBN  0-486-25237-X.
  16. ↑ أورفيل، ريتشارد إي. (1980). "أطياف ضوء النهار لومضات البرق الفردية في نطاق 370-690 نانومتر" . مجلة الأرصاد الجوية التطبيقية وعلم المناخ . 19 (4): 470-473 . Bibcode : 1980JApMe..19..470O . doi : 10.1175/1520-0450(1980)019 < 0470:DSOOLF > 2.0.CO ; 2 .
  17. ↑ لوكس، سي أو؛ سبنس، تي جي؛ كروجر، سي إتش؛ زار، آر إن (2003). "التشخيص البصري لبلازما الهواء عند الضغط الجوي" (ملف PDF) . مجلة مصادر البلازما للعلوم والتكنولوجيا . 12 (2): 125. رمز Bibcode : 2003PSST...12..125L . doi : 10.1088/0963-0252/12/2/301 . S2CID 250824737 .