Ultra-fast time-resolved spectroscopy of lightning-like discharges with GALIUS

Abstract

Our first results are about the analysis of optical emission spectra from lightninglike electrical discharges recorded at 2.1 Mfps with grism R3. These are the first time-resolved spectra obtained with high-speed framing cameras at sub- microsecond timescales. Quantifications from these spectra revealed evidences of non-LTE conditions right behind the shock front in posttrigger sub-microsecond times. We published these results in a paper in Geophysical Research Letters with title \Sub-microsecond Spectroscopy of Lightning-Like Discharges: Exploring New Time Regimes" (Kieu et al., 2020). At lower recording speeds, GALIUS was capable of filming lightning-like discharges from the near ultraviolet-blue to the near-infrared with grisms R1, R2, R4. We found evidences of molecular optical emissions from CO, CN, C2, N2, and N + 2 . This nding may open the door to identify and quantify lightning NO production by using high-speed optical emission spectroscopy. From the emissions of different spectral lines, electron concentrations and gas temperatures were estimated by different methods and compared with each other. These results were published in a paper in Journal of Geophysical Research Atmospheres with title \High-speed spectroscopy lightning-like discharges: evidence of molecular optical emissions" (Kieu et al., 2021).

Los primeros resultados de la tesis provienen del analisis de los espectros ópticos resueltos en tiempo de descargas eléctricas tipo rayo obtenido a 2.1 Mfps con el \grisma" R3. Hasta la fecha son los primeros y únicos espectros de descargas el ectricas tipo rayo obtenidos con un espectrógrafo de imagen con resolución temporal inferior al microsegundo (y con tiempos de exposición de 160 nanosegundos). Los análisis de los espectros sugieren un posible alejamiento de las condiciones de equilibrio termodinámico local (LTE) justo detrás del frente de propagación de la onda de choque asociada a la expansión del canal de la descarga en los instantes inmediatamente posteriores al comienzo de la misma y en una escala de tiempo inferior al microsegundo. Estos resultados se incluyen en un artículo de título \Sub-microsecond Spectroscopy of Lightning-Like Discharges: Exploring New Time Regimes" publicado en la revista de alto impacto Geophysical Research Letters (Kieu et al., 2020). Al usar GALIUS con velocidades de grabación inferior a los 2.1 Mfps hemos podido disponer también de espectros ópticos desde el rango ultravioleta cercano hasta el infrarrojo cercano usando los \grismas" R1, R2 y R4. En este estudio se han encontrado evidencias de emisiones ópticas moleculares asociadas a las especies CO, CN, C2, N2 y N + 2 , algunas de las cuales (CO y C2) se han detectado por primera vez en el canal de descargas eléctricas tipo rayo. Estos hallazgos hacen pensar en la posibilidad futura de detectar, en el rango espectral entre 140 nm y 340 nm, emisiones ópticas asociadas al _oxido de nitrógeno (NO) producido por los rayos y descargas tipo rayo (GALIUS solo es sensible hasta los 380 nm). A partir del análisis de diferentes líneas espectrales se han cuantificado por diferentes métodos (que se han comparado entre s__) temperaturas y concentración de electrones en el canal de las descargas tipo rayo investigadas. Estos resultados se incluyen en un artículo de título \High-speed spectroscopy of lightning-like dis- charges: evidence of molecular optical emissions" publicado en la revista de alto impacto Journal of Geophysical Research - Atmospheres (Kieu et al., 2021).