Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
молекулярных и молекулярно-ионизационных спектров, читатель отсылается к
работе [14].
Наиболее значительными особенностями спектра молнии являются линии
нейтрального азота (N I), нейтрального кислорода (01), однократно
ионизированного азота (N II) и однократно ионизированного кислорода (ОН).
Верхние энергетические уровни N1, переходы с которых приводят к появлению
видимого и инфракрасного излучения, лежат главным образом между 11 и 13
эВ над основным состоянием N1. Потенциал ионизации N1 равен 14,53 эВ.
Верхние энергетические уровни N11, переходы с которых приводят к
появлению линий ближнего ультрафиолета, видимого света и инфракрасных
линий, лежат в основном между 20 и 30 эВ над основным состоянием N11.
Нейтральный кислород 01 излучает видимые и инфракрасные спектральные
линии главным образом при переходах с верхних энергетических уровней,
лежащих от 10 до 16 эВ выше основного состояния 01. Потенциал ионизации
01 составляет 13,61 эВ. Однократно ионизированный кислород, 011, излучает
ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные спектральные линии при переходах
главным образом с верхних энергетических уровней между 25 и 37 эВ выше
основного состояния 011.
5.2.2. Бесщелевой спектрограф
Схема бесщелевого спектрографа, дающего возможность анализировать
компоненты вспышки молнии, приведена на рис. 5.3. В бесщелевом
спектрографе Сам импульс молнии служит тонким источником освещенности
(эффективная щель). Свет от канала разлагается по длинам волн, и
изображения канала регистрируются на пленку
5.2. Экспериментальные методики
193
в тех длинах волн, в которых излучение канала значительно. На рис. 5.4
показан ближний инфракрасный спектр молнии, полученный бесщелевым
спектрографом. На спектрографе, схема которого дана на рис. 5.3,
разрешение во времени получается за счет движения регистрирующей пленки.
Скорость барабана около 1 об/с. Плен-
Р и с . 5.3. Схема бесщелевого спектрографа, который дает возможность
'получать спектры отдельных импульсов вспышки молнии. Изменение
направления падающего света призмой необходимо для того, чтобы пучок
света дифрагированного спектра первого порядка был параллелен направлению
падающего света. Благодаря этому спектрограф может быть направлен
непосредственно на разряд молнии [33]. 1 - призма; 2 - дифракционная
решетка; 3 - линза; 4 - ограничитель высоты канала; 5 - вращающийся
барабан с
пленкой.
ка смещается незначительно за время импульса (период интенсивного
свечения которого продолжается сотни микросекунд), но за время ме}кду
импульсами (десятки миллисекунд) пленка умещается на значительное
расстояние. Бесщелевой спектрограф, который использовал Саланейв, имел
отверстие в 1 см, которое вместе с оптическим устройством позволяло
получать изображение спектра на пленке от участка канала молнии примерно
100 м длиной при расстоянии до канала 6 км. Полученные спектры первого
порядка имели обратную дисперсию около 25 А/мм и разрешающую способность
около нескольких ангстрем. Призма, показанная на рис. 5.3, не создает
дисперсии, а скорее используется для удобства, поскольку она делает
194
S. Спектроскопия молнии
возможным получение "продольно-прямолинейного>> вида спектра молнии.
Призма отклоняет падающий и по существу параллельный пучок лучей,
испускаемый разрядом, таким образом, что первый порядок спектра от
дифракционной решетки, работающей на просвет, параллелен падающему лучу.
Таким образом, спектрограф легко согласуется с источником.
Рис. 5.4. Суммированный по вспышке спектр молнии в красной и ближней
инфракрасной областях, полученный Саланейвом [45] с использованием
бесщелевого спектрографа, принципиальная схема которого показана на рис.
5.3.
Бесщелевой спектрограф имеет следующие преимущества перед щелевым
спектрографом: 1) бесщелевой
спектрограф можно использовать для исследования отдельного молниевого
канала, поскольку в нем потеря света значительно меньше, чем в щелевом
приборе; 2) при помощи бесщелевого спектрографа можно исследовать
спектральные свойства канала по его длине. Бесщелевой спектрограф
обладает следующими недостатками: 1) с его помощью невозможно получить
очень точную идентификацию длин волн;- 2) для близких от спектрографа
импульсов его разрешающая способность ограничена диаметром канала
светимости.
На рис. 5.5 приведена схема бесщелевого спектрографа, который дает
возможность получить при временном разрешении до микросекунд эмиссионные
спектры от участков канала молнии длиной в 10 м. Некоторые раз-
5.2. Экспериментальные методики
195
решенные во времени спектры молнии даны на рис. 5.6а и 5.66. Этот
спектрограф в принципе аналогичен изображенному на рис. 5.3, за
исключением того, что щель ограничителя высоты канала молнии на порядок
или более меньше, а скорость вращения барабана на два порядка больше.
Разрешение во времени4 определяется временем,
Рис. 5.5. Схема бесщелевого спектрографа, дающего возможность получать
спектры с разрешением ~ 1 мкс от участка канала молнии в 10 м или менее
