Опасная вспышка Докладчик Булакаев Артур команда Гости

Опасная вспышка • Докладчик: Булакаев Артур команда: Гости Ньютона

Структура доклада • Качественное объяснение явления • Формализация искомых параметров задачи • Математическая модель • Экспериментальные данные • Сравнение теории с практикой • Выводы

Качественное объяснение явления • Химические свойства вещества связаны с внешним электронным слоем • Оптические свойства так же связаны со свойствами внешнего электронного слоя • При попадании света на вещество молекулы вещества могут поглотить фотон, чем может быть вызвано электронное возбуждение молекулы

Качественное объяснение явления • Возбуждение молекулы = изменение состояния валентных электронов • Это изменение может повлечь за собой химические реакции • Изменение химических свойств вещества под действием света = фотохимическая реакция

Качественное объяснение явления • Вещество в возбуждённом состоянии реагирует с другими веществами, и выделяются продукты реакции • Продукты реакции практически всегда имеют другие показатели поглощения и отражения света => другой по параметрам цвет

Формализация искомых параметров задачи • Полное разрушение под воздействием света требует крайне большого времени воздействия • Экспонаты музея = культурные ценности, важна изначальная цветность • Под “испортить” для икон и папируса будем понимать определённое снижение концентрации красителя • Под “испортить” для доспехов будем понимать любые внешние изменения (ржавчина, цвет, etc)

Математическая модель Цели: – Оценить эффект по порядку – Провести оценку в зависимости от параметров вспышки и как можно меньшего числа параметров материала

Математическая модель Учитываем: – Мощность вспышки – Время отдачи энергии вспышкой – Спектральное распределение вспышки – Свойства поглощения красителя – Максимально влияющий спектр (УФ) Не учитываем: – Конкретные химические реакции – Возможные обратные реакции – Распределение концентрации красителя – Все остальные спектры

Математическая модель • Закон Бугера-Ламберта-Бера • Основной закон фотохимической кинетики:

Математическая модель Коэффициенты в законе Вант-Гофа – Лазарева • Вероятность поглощения фотона – k – коэффициент молекулярного поглощения. [k] = 1/м 2 • Вероятность молекулы, в которую попал фотон, вступить в реакцию – j = число прореагировавших молекул / число молекул, поглотивших фотоны

Математическая модель • После интегрирования получим:

Параметры вспышки • Используются преимущественно ксеноновые вспышки • Мощности от 100 Вт до 6 к. Вт • Время вспышки от 10 -2 с до 10 -4 с

Параметры вспышки Спектральная плотность

Параметры вспышки Спектры • Спектральные плотности отличаются для каждой из моделей вспышки • На УФ участке сосредоточено не более 10% интенсивности

Расчёты. Пергамент

Расчёты. Икона

Экспериментальные данные

Данные с экспозиции окрашенных тканей во Фарнбурге

Разрушение рыцарского доспеха • Материалы: – Бронза – Железо – Сталь • Чрезвычайно малый показатель поглощения из-за высокого отражения • Малый выход реакции окисления • Практически не ржавеет в сухом воздухе

Разрушение рыцарского доспеха

Выводы • Проведено качественное описание эффектов задачи • Дана математическая модель, базирующаяся на основных законах фотохимии • Данные модели по порядку совпадают с реальными данными • Порча икон и пергаментов возможна, вероятность порчи рыцарских доспехов крайне мала

Спасибо за внимание!

Дополнительные слайды

Возможные типы реакций

Типичные спектральные плотности для источников света

Скорости процессов окисления от длинны волны

Источники • Щепина Н. С. - Основы светотехники • Мешков В. В. - Основы светотехники • Лазарев П. П - Выцветание красок и пигментов в видимом спектре • Теренин Л. Н. – Фотохимия красителей и родственных органических веществ • Брилл Т. Свет. Воздействие на произведения искусства • Museum Control of deteriorating effects of light upon museum objects (U. Bishop) • MUSEUM LIGHTING - PURE AND SIMPLE (Jack V. Miller and Ruth Ellen Miller)