Resplandor de aire ionizado - Ionized-air glow
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. 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 :
- 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, por ejemplo, algunas muestras de radioisótopos (por ejemplo, radio o polonio ), haces de partículas (por ejemplo, de aceleradores de partículas ) en el aire, los 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 prueba nuclear Trinity antes del amanecer , así como Upshot-Knothole Annie , Operation Fishbowl y la toma Cherokee de Operación Redwing .
- 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 , cuenta que una vez que se detuvo afuera y miró hacia la sala del reactor, vio un rayo "muy hermoso" parecido a un láser de luz azulada , causado por la ionización del aire, que parecía estar "inundando hasta el infinito ".
- Los rayos catódicos en el aire producen este resplandor azul.
- 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. 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.
Puede producirse un tono violeta 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 gotas de agua pequeñas se ionizan y disocian más fácilmente que las gotas grandes, por lo que tienen un mayor impacto en el color.
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. 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. 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.
Resplandor de aire ionizado frente a radiación de Cherenkov
La emisión de luz azul a menudo se atribuye a la 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 producción de luz de color similar y una asociación con partículas de alta energía, la radiación de Cherenkov se genera mediante un mecanismo fundamentalmente diferente.