ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Фотоионизация и фоторекомбинация . 17. Электрон-ионная рекомбинация при тройных столкновениях (элементарная теория) из "Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений " К сожалению, в отличие от случая электронного удара, сделать какие-либо количественные оценки скоростей процессов весьма трудно. Сравнение констант скоростей ионизации электронами и атомами показывает, что ае/а = (г /г ) (Ое/Оа). При сравнимых температурах velv та Ута/ше 100. Что касается сечений Оа, то они на несколько порядков меньше, чем о . Экспериментальных данных о сечениях ионизации или возбуждения атомами с энергиями порядка десятка электронвольт нет по-видимому, они порядка 10 — 10 см . [c.339] А + В А+ + е + В, где энергия возбуждения Е частицы В близка к потенциалу ионизации частицы А, по порядку величины близки к газокинетическим. Поэтому процесс ионизации тяжелыми частицами, особенно молекулами, скорее всего двух- или многоступенчатый сначала происходит возбуждение одной из частиц, а затем ионизация ударом возбужденной частицы (так называемая ионизация ударом второго рода) или, наоборот, отрыв электрона от возбужденной частицы. Некоторые данные об этих процессах можно найти в книгах [45, 46]. [c.341] Вопрос об оценке скоростей процессов ионизации и возбуждения тяжелыми частицами может возникнуть только при рассмотрении самой ранней стадии ионизации мгновенно нагретого газа, пока концентрация электронов очень мала, меньше 10 — 10 , т. е. пока не образуется электронная лавина. [c.341] Чтобы оценить нижний предел времени, необходимого для образования затравочных электронов и возникновения электронной лавины, рассмотрим следуюш ий воображаемый процесс. Пусть газ мгновенно нагревается до высокой температуры Т и освобождаюш иеся электроны мгновенно приобретают ту же температуру Т, что и атомы. В начале процесса, пока ионизация значительно меньше равновесной, рекомбинацией можно пренебречь. Сначала = ааЛ о и Число электронов растет линейно со временем до тех пор, пока скорость ионизации электронным ударом не сравняется со скоростью ионизации ударами атомов и не возникнет лавина. Этот момент tl определяется из условия адМаМе = а-Л о- Подставляя сюда Ме = и замечая, что по формуле (6.74) аеМа = Те, получим 1 = %е- Иными словами, минимальное необходимое время равно характерному времени развития лавины. [c.341] Реальное время индукции для развития лавины может быть значительно большим. Оно определяется не условием возникновения достаточного количества свободных электронов, а условием нагревания электронного газа до температуры, достаточно высокой, чтобы производить заметную ионизацию. Это время лимитируется замедленностью обмена энергией между атомами (ионами) и электронами, которые много энергии теряют на неупругие столкновения ионизацию и возбуждение. Об обмене энергией между ионами и электронами см. 20. [c.341] Условия, при которых атомы мгновенно нагреваются до высокой температуры, после чего начинается ионизация, осуш ествляются в ударной волне. Кинетике ионизации во фронте ударной волны и установлению ионизационного равновесия за фронтом будут посвяш ены 10, 11 гл. VII. [c.341] Процессы фотоионизации и фоторекомбинации уже рассматривались в гл. V при вычислении коэффициентов поглош ения и излучения света, поэтому нам неизбежно придется повторять здесь некоторые рассуждения и выводы этой главы. [c.341] Эффективные сечения 0°1 и данные о ходе сечения за порогом взяты из книги [55]. Величины вычислены по формуле (6.97). [c.343] Таким образом, при обычных условиях, встречающихся в области первой ионизации, когда I кТ 10, захват на все возбужденные уровни дает примерно такой же вклад в рекомбинацию, как и захват на основной уровень. [c.344] В силу принципа детального равновесия, при условии, что распределение атомов по возбужденным состояниям — больцмановское и излучение равновесно, то же относится и к фотоионизации. Таким образом, при фотоионизации роль ионизации возбужденных атомов сравнима с ролью ионизации невозбужденных, так что наши оценки скоростей фотоионизации и фоторекомбинации занижены примерно раза в два. [c.344] Несколько слов по поводу возбуждения и дезактивации первых возбужденных состояний излучением. Времена жизни атомов, пребывающих в первых возбужденных состояниях, по отношению к спонтанному высвечиванию имеют порядок т 10 сек. Время жизни атома на этих уровнях по отношению к дезактивации электронными ударами, согласно сказанному в 12, при электронной температуре 1 эв порядка т 10 /Л е сек, т. е. тушение излучения электронными ударами происходит при электронных плотностях Ме 10 см и, наоборот, при Ме 101 см преобладают фотопроцессы (так же, как и для ионизации атомов с основного уровня и захвата электрона на основной уровень). [c.345] В условиях, близких к термодинамическому равновесию, таково же соотношение скоростей возбуждения ближайших к основному уровней атомов электронами и квантами. Заметим, что сечения поглощения резонансного излучения, способного возбуждать атомы, очень велики и резонансное излучение чаще всего равновесно (среда непрозрачна для ре.зо-нансного излучения). Поэтому время т 10 сек характеризует время релаксации для установления больцмановской заселенности первых возбужденных уровней атомов за счет фотопроцессов. О вероятности спонтанных радиационных переходов с верхних возбужденных состояний см. 13 гл. V. [c.345] В сильно разреженной плазме рекомбинация электронов и ионов происходит главным образом при парных столкновениях с излучением светового кванта. В плотной плазме преоб ладает рекомбинация при тройных столкновениях с участием электрона в качестве третьей частицы (третьей частицей может служить и нейтральный атом, но этот процесс играет роль только при чрезвычайно малых степенях ионизации, меньше 10 — 10 ). Простейшую оценку скорости рекомбинации с участием электрона в качестве третьей частицы можно сделать, если обобщить на этот случай старую теорию Томсона [45], которая относится к рекомбинации с участием нейтрального атома. Рассуждения здесь вполне аналогичны тем, с помощью которых в 6 этой главы была оценена скорость рекомбинации атомов в молекулу при тройных столкновениях. [c.345] ДОЛЖНО превышать 2/-о, где г = е /- кТ — эффективный радиус кулоновского взаимодействия частиц с зарядами 2=1. [c.346] Как видим, при низких температурах и не чрезмерно малых плотностях всегда главную роль играет рекомбинация в тройных столкновениях. [c.347] Приводится также удобный для пользования график суммарного коэффициента рекомбинации Ь + в зависимости от и Т. Там же описаны результаты экспериментального изучения рекомбинации в гелии, причем получается удовлетворительное согласие теории и эксперимента. [c.347] Вернуться к основной статье