カンドルミネセンス

白熱発光とは、特定の物質が高温（通常は炎にさらされたとき）で発する光で、炎の中での化学反応により、ある波長において同温度での白熱発光から予​​想される黒体発光よりも強度が高くなることがある。 ^{[1]この現象は、}酸化亜鉛、酸化セリウム（IV）、二酸化トリウムなどの特定の遷移金属および希土類酸化物材料（セラミック）で顕著である。

カンドルミネセンス現象の存在とその基礎となるメカニズムは、1800 年代に初めて報告されて以来、広範囲にわたる研究と議論の対象となってきました。このテーマは、電気照明が導入される前、人工照明のほとんどが燃料の燃焼によって生成されていた時代に特に関心を集めていました。カンドルミネセンスの主な代替説明は、単に「選択的」な熱放射であり、物質は可視スペクトルで非常に高い放射率を持ち、黒体熱放射が最も高くなるスペクトルの部分では非常に弱い放射率を持つというものです。このようなシステムでは、目に見えない放射冷却がないため、放射物質はより高い温度を維持する傾向があります。このシナリオでは、カンドルミネセンスの観測は、単に放射物質の温度を過小評価していたことになります。 1950 年代には、カンドルミネセンスは単に選択的熱放射の一例であるという見解に至った著者が数人おり、この分野の最も著名な研究者の 1 人である VA Sokolov は、1952 年の有名なレビュー記事でこの用語を文献から削除することを提唱したが^[2] 、数年後にその見解を修正した^[1] 。現代の科学的コンセンサスでは、カンドルミネセンスは発生するが、必ずしも単純に選択的熱放射によるものではなく、そのメカニズムは関連する材料や加熱方法、特に炎の種類と炎に対する材料の位置によって異なるとされている^{[1] 。}

炎の中の燃料が燃焼すると、燃焼プロセスによって放出されたエネルギーが燃焼生成物、通常はフリーラジカルと呼ばれる分子断片に蓄積される。燃焼生成物は、断熱炎温度（つまり、燃焼生成物から熱が伝達される前の温度）と呼ばれる非常に高い温度に励起される。この温度は通常、炎の中の空気の温度や炎の中に挿入された物体が到達できる温度よりもはるかに高い。燃焼生成物が放射放出によってこのエネルギーを失うと、その放射は炎の中に挿入された低温の黒体の放射よりも強くなる可能性がある。正確な放出プロセスは、材料、燃料と酸化剤の種類、炎の種類によって異なるが、多くの場合、フリーラジカルが放射再結合を起こすことはよく知られている。^[3]燃焼生成物から直接放出されるこの高エネルギー光は、波長に応じて直接観察される（青いガス炎の場合など）か、またはその後、カンドルミネセンス材料で蛍光を引き起こす可能性がある。いくつかのフリーラジカルの再結合は紫外線を放出しますが、これは蛍光によってのみ観察可能です。

重要なカンドルミネセンスのメカニズムの 1 つは、カンドルミネセンス物質が再結合を触媒し、発光の強度を高めることです。 ^[1]燃焼生成物による極めて狭い波長の発光は、このプロセスにおいて重要な特徴となることがよくあります。これは、目に見えない波長や蛍光を励起しない波長でフリーラジカルが熱を放射して失う速度が減少するためです。他のケースでは、励起された燃焼生成物が固体物質内の発光種に直接エネルギーを伝達すると考えられています。いずれにしても、カンドルミネセンスの重要な特徴は、燃焼生成物が環境と熱化​​することなく放射してエネルギーを失うことです。これにより、環境と 熱平衡にある物質からの熱放射よりも、放射の有効温度がはるかに高くなります。

20 世紀初頭、カンドルミネセンスがウェルスバッハのガスマントルやライムライトの挙動を説明するのに必要かどうかについて激しい議論がありました。1 つの反論は、たとえば酸化トリウムは近赤外線領域での放射率が可視スペクトルの短波長部分よりもはるかに低いため、赤外線放射によって強く冷却されることはないはずであり、そのため酸化トリウム マントルは黒体材料よりも炎の温度に近づくことができるというものでした。温度が高いと、カンドルミネセンスを説明に持ち出すことなく、スペクトルの可視部分での放射レベルが高くなります。^[4]

もう一つの議論は、マントル内の酸化物が燃焼生成物を積極的に吸収し、選択的に燃焼生成物の温度まで上昇する可能性があるというものでした。^[5]最近の著者の中には、ウェルスバッハ・マントルもライムライトもカンドルミネセンスを伴わないと結論付けた人もいるようですが（例えばメイソン^[3]）、アイヴィーは254の文献を徹底的に調査し、^[1]フリーラジカルの再結合の触媒作用がウェルスバッハ・マントルの放射を増強し、カンドルミネセンスを起こすと結論付けました。

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