実験室雷アークの広帯域高解像度発光スペクトルの記録方法

この実験の全体的な目標は、生成された稲妻アークの放出スペクトルを取得することです。この方法は、下層の稲妻メカニズム、空気との相互作用、および周囲の環境内の他の要素との相互作用を理解するのに役立ちます。この技術の主な利点は、それが非侵入的であり、雷の弧を妨げないです。

手順を実証するために私を助けることはクリス・ストーン、ライトニング研究所のマネージャーになります。この実験では、カーディフ大学モーガン・ボッティ・ライトニング・ラボの雷発生器を使用しています。雷は電磁インパルスシールドチャンバー内で発生します。

部屋の中には稲妻のリグがあります。リグはアーク生成電極をサポートしています。リグから2メートルは小さな光ファイバーを支える三脚です。

繊維はコリメートされ、排出領域に向けられる。光ファイバーは、第1の上の第2のチャンバーに光を伝導し、チャンバーの内部はコンピュータ制御の分光器システムである。光ファイバーは、システムのライトタイトなシャーシで終了します。

2つのチャンバ、各々に関連する装置、および連結繊維は、この回路図に描かれている。分光器システムは30センチメートルの焦点の長さのCzernyターナー構成に基づいている。光は調節可能な100マイクロメートルのスリットを通る。

3つの鏡と回転可能な格子は、マイナス70°Cで動作するデジタルカメラに光を反射します。スペクトル分解能は140ナノメートルの小距離で0.6ナノメートルです。適切な材料で作られた電極を準備します。

この実験では、直径60ミリメートルのタングステン半球を使用します。電極を準備するには、糸くずのない布、ソニックウォーターバス、サンドペーパーと研磨布グレードの範囲が必要です。一度に1つの電極をきれいにし、粗いサンドペーパーから始め、電極を5分間こすります。

完了したら、室温ソニックバスに半球を置きます。10分後、清潔な手袋を着用し、半球を取り除きます。糸くずのない布で拭き取ります。

紙の細かい等級でこすり、きれいにプロセスを繰り返します。目的は、汚染物質を除去し、実験のための良好な研磨を達成することです。両方の電極がきれいになったら、取り付けのためにチャンバーに持って行きなさい。

この実験では、取り付け時に電極を14ミリメートルで分離する。電極室内に、光ファイバを配置して電極ギャップの中心を見る。制御コンピュータを介して、分光器システムを起動し、450ナノメートルの開始位置にグレーチングを移動し、光ファイバーのオープンエンドにキャリブレーションソースを配置し、それをオンにします。

制御コンピュータで信号を最適化し、スペクトルを記録します。電源を切り、キャリブレーションソースを取り外します。キャリブレーション用のソースの既知のピークの波長を見つけます(この場合はデバイスの背面にあります)。

自動キャリブレーションのために、これらの値を分光計コントロールソフトウェアに入力します。次のサブレンジに対してグレーチングを配置して、最初の部分範囲と重なり合い、キャリブレーションソースを光ファイバの前面に戻して、この範囲をキャリブレーションします。希望の波長範囲でキャリブレーション手順を繰り返します。

実験のために、電極室のドアを閉め、それが軽く堅くなっていることを確認してください。次に、雷発生器制御室に移動します。ドアが固定されていることを確認します。

内部で、雷発生器のスイッチを入れ、コンピュータに向いて実験を制御し、監視します。コントロールコンピュータ上のソフトウェアを使用して、分光計を450ナノメートルの開始位置に移動し、カメラを使用して背景画像を撮影します。次に波形を選択し、この場合は100キロアンプのピークを持つ波形を選択します。

分光器が雷イベントによってトリガされることを確認した後、システムの充電を開始し、充電レベルを監視します。充電が完了すると、システムの準備が整います。カウントダウンを開始する前に耳の保護を行います。

ボタンを押すと稲妻がトリガーされます。アークの直後に、雷波形が雷発生器制御ソフトウェアに表示されます。さらに、スペクトルは分光器ソフトウェアに表示されます。

450ナノメートルの格子でさらに3回の測定を行い、次の位置である550ナノメートルに格子を移動します。この位置で、そして他の各々の波長の所望の範囲で測定を繰り返す。これらのデータは、100キロアンプの実験室で生成された雷アークから取得されています。

これは、各部分範囲の測定スペクトルを平均化し、その部分範囲をつなぎ合わせて行った結果です。ここでは、データベースとの比較によって識別される顕著なピークを持つ強度プロットとして示されているのと同じデータです。窒素、酸素、アルゴン、ヘリウムのラインは、大気中に存在するため現れます。

電極に起因するタングステンが現れる。この方法は、生成された雷アークに関する洞察を提供することができますが、高電圧部分放電や火花などの他の高速放電にも適用できます。このビデオを見た後、あなたは生成された稲妻アークから、または他の高速放電から雷スペクトルを記録する方法をよく理解している必要があります。