记录实验室闪电弧宽带高分辨率发射光谱的方法

本实验的总体目标是获得生成的闪电弧的发射光谱。此方法可以帮助了解潜在的闪电机制、其与空气的相互作用，以及它与周围环境中其他元素的相互作用。这种技术的主要优点是，它是非侵入性的，不干扰闪电弧。

帮我演示这个程序的将是克里斯·斯通，闪电实验室经理。这个实验使用卡迪夫大学摩根-博蒂闪电实验室的闪电发生器。闪电在电磁脉冲屏蔽室内生成。

在房间内，有一个闪电钻机。该钻机支持电弧电极。距离钻机两米处是支撑小型光纤的三脚架。

纤维被准直，并朝向放电区域。光纤将光传导到第一室的第二个腔室;在腔室内是计算机控制的光谱系统。光纤在系统光紧的机箱上终止。

两个腔室、与它们每个室相关的装置和连接光纤都在此示意图中描述。光谱仪系统基于 Czerny-Turner 配置，焦距为 30 厘米。来自光纤的光穿过可调的 100 微米狭缝。

三面镜子和一个可旋转的光栅将光线反射到零下70摄氏度的数码相机中。光谱分辨率为 140 纳米亚范围内的 0.6 纳米。准备由适当材料制成电极。

这个实验使用一对直径为60毫米的钨半球。准备电极需要无绒布、声波水浴以及一系列砂纸和抛光布等级。一次清洁一个电极;从粗砂纸开始，擦电极五分钟。

完成后，将半球放入室温声波浴中。10 分钟后，戴上干净的手套并取出半球。用无绒布擦掉。

使用更精细的砂纸，重复摩擦和清洁过程。目的是去除污染物，为实验获得良好的抛光。当两个电极清洁时，将它们放在腔室进行安装。

在此实验中，当安装时，电极被分离 14 毫米。在电极室中，定位光纤以查看电极间隙的中心。通过控制计算机，启动光谱仪系统，将其光栅移动到 450 纳米的起始位置，然后在光纤的开端放置校准源并打开它。

在控制计算机上，优化信号并记录光谱。关闭并卸下校准源。查找源已知峰值的波长进行校准，本例中为设备背面。

在光谱仪控制软件中输入这些值以进行自动校准。继续定位下一个子范围的光栅，该子范围应重叠第一个子范围，然后将校准源返回光纤前部以校准此范围。在所需的波长范围内重复校准步骤。

对于实验，关闭电极室门并确保其轻紧。接下来，去闪电发生器控制室。确保门已固定。

在里面，打开闪电发生器，然后转向计算机来控制和监控实验。使用控制计算机上的软件将光谱仪光栅移动到 450 纳米的启动位置，然后使用相机拍摄背景图像。接下来选择波形，本例中为 100 千安培峰值的波形。

确保光谱仪被闪电事件触发后，开始为系统充电并监控充电水平。充电完成后，系统已准备就绪。开始倒计时前戴上耳朵保护。

按下按钮触发闪电。电弧后不久，闪电波形将出现在闪电发生器控制软件中。此外，光谱将出现在光谱仪软件中。

继续进行三次测量，在 450 纳米的光栅下，然后将光栅移动到下一个位置，即 550 纳米。在此位置和所需波长范围内的所有其他位置重复测量。这些数据来自100千安培的实验室产生的闪电弧。

它是对每个子范围测量的光谱进行平均和将子范围拼接在一起的结果。下面是与通过与数据库比较确定突出峰值的强度图相同的数据。氮、氧、砷和氦气线的出现是由于它们出现在大气中。

钨由于电极而出现。虽然这种方法可以提供对生成的闪电电弧的洞察，但它也可以应用于其他快速放电，如高压部分放电和火花。看完此视频后，您应该对如何记录来自生成的闪电弧或任何其他快速放电的闪电光谱有一个很好的了解。