Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
фотоэлектрические приборы являются более чувствительными детекторами
света, чем пленка, и могут давать на выходе ток, который прямо
пропорционален интенсивности, причем измерения интенсивности производятся
в большей части рабочего интервала. Основное неудобство фотоэлектрической
методики
5.2. Экспериментальные методики
199
при получении характеристик спектра молнии в зависимости от длины волны и
времени заключается в том, что необходимо использовать несколько
фотоэлектрических приборов, чтобы перекрыть заданный интервал длин волн.
Число этих приборов зависит от требуемой разрешающей способности.
Рассмотрим несколько фотоэлектрических систем, которые были предложенй
или использованы для исследования спектра молнии.
Щелевой прибор, схема которого приведена на рис. 5.1, может быть
приспособлен для фотоэлектрической регистрации спектров молний при замене
пленки фотоэлементами или фотоумножителями. Для регистрации интенсивности
одной спектральной линии необходимы два фотодетектора: один - для
измерения интенсивности на заданной длине волны, причем будет измеряться
интенсивность линии плюс интенсивность непрерывного спектра на этой длине
волны, и другой - для измерения непрерывного спектра вблизи спектральной
линии. Затем интенсивность непрерывного спектра следует вычесть из суммы
интенсивностей линии и непрерывного спектра, в результате чего получится
интенсивность спектральной линии. В общем случае исследуемая область
спектра изолируется от других на выходе спектрометра выходной щелью, за
которой помещается фотодетектор. Выходной сигнал с фотодетектора подается
на осциллограф и затем фотографируется. Чтобы полностью использовать
описанную выше систему, часть канала разряда должна быть сфокусирована на
входную щель.
Определенная полоса длин волн может быть эффективно отделена от пучка
света без призмы или дифракционной решетки. При этом можно 1)
использовать интерференционный или другой фильтр перед фотодетектором или
2) поверхность, которая чувствительна только к определенной полосе длин
волн. Первый метод применим для исследования области длин волн шириной до
нес-скольких ангстрем, в то время как последний обычно предназначен для
областей длин волн шириной в несколько тысяч ангстрем.
Для исследования временных изменений излучения спектральных линий
нейтральных и ионизированных элементов и непрерывного излучения от молнии
Кридер
200
5. Спектроскопия молнии
{23, 24] использовал первый метод. Второй метод применен Кридером и др.
[25, 26] для оценки абсолютной мощности излучения молнии в интервале длин
волн примерно с 4000 до 11 000 А. Измерения абсолютной мощности были
проведены калиброванным фотодиодом.
Вероятно, в недалеком будущем для регистрации молниевых спектров с
хорошим световым выходом и высоким разрешением во времени будут
использоваться электронно-оптические преобразователи и усилители
изображения. Они могут обеспечить высокоскоростные покадровые или
ленточные фотографии спектров, поданных на их вход. Спектроскопические
системы с электронно-оптическими преобразователями и оптическими
усилителями успешно использовались в лабораториях,
б.З. ТЕОРИЯ
Рассмотрим некоторые методики для определения концентрации частиц и
температур* внутри канала молнии на основании анализа спектра молнии. На
первом этапе анализа спектра необходимо показать, является ли канал
молнии оптически тонким или оптически толстым или занимает промежуточное
положение для исследуемых длин волн. Говорят, что канал является
оптически тонким для определенных длин волн, если фотоны с заданной
длиной волны могут проходить через канал без существенного взаимодействия
с частицами, составляющими канал. Канал называется оптически толстым для
заданных длин волн, если фотоны с этой длиной волны поглощаются и
переизлучаются много раз при прохождении через канал. Оптически толстый
канал при постоянной температуре излучает как абсолютно черное тело при
той же температуре. Мы рассмотрим детали определения непрозрачности в
конце настоящего раздела и в разд. 5.5.2.
Если измерение излучения как оптически тонкого, так и оптически толстого
канала используется для определения его свойств, то необходимо
предположить, что внутри
* В этой главе и других разделах книги слово "температура" используется в
широком смысле, означая меру средней энергии частиц, поскольку локальное
термодинамическое равновесие может и не существовать при всех условиях
внутри канала разряда.
5.3, Теория
201
канала существует локальное термодинамическое равновесие (JITP), которое
изменяется: в зависимости от положения и времени. Говорят, что идеальный
газ находится в термодинамическом равновесии при температуре Т, если все
энергетические состояния, непрерывные и дискретные, населены согласно
статистике Больцмана. В частности, распределение кинетической энергии в
каждой группе описывается функцией распределения Максвелла- Больцмана,
населенность дискретных атомных энергетических уровней - распределением
