ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Ионизация и рекомбинация в воздухе Плазма из "Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений " Рассмотрим детальнее, как протекает процесс рекомбинации при тройных столкновениях в низкотемпературной водородной плазме. Предположим, что условия в газе существенно неравновесны степень ионизации выше равновесной или, что то же самое, температура ниже той, которая соответствует данной степени ионизации, так что в цлазме протекает преимущественная рекомбинация. Выше отмечалось, что вероятность захвата электрона при тройном столкновении быстро возрастает при увеличении радиуса орбиты и уменьшении энергии связи уровня, так что электроны захватываются в основном на верхние уровни. Как было показано в 13 гл. V, вероятности спонтанных радиационных переходов с верхних уровней резко уменьшаются при увеличении квантового числа п и уменьшении энергии связи Еп (как 1/ге Е п ). [c.347] Предположим, что плотность электронов достаточно велика для того, чтобы вероятности радиационных переходов с верхних уровней были гораздо меньше вероятностей ударных переходов. Обратное положение при низких температурах практически не реализуется если плотности столь малы, что радиационные переходы с верхних уровней происходят быстрее, чем ударные, то вообще преобладает фоторекомбинация и электроны преимущественно захватываются не на верхние, а на нижние уровни. [c.347] Соотношение вероятностей переходов вверх и вниз изменяется в области низких уровней Еп кТ, АЕ кТ, где вероятность дезактивации больше, чем вероятность возбуждения. Кроме того, в области низких уровней весьма вероятны и радиационные переходы, которые также способствуют дезактивации. В рамках диффузионной модели это означает, что в области низких уровней имеется сток и, следовательно, диффузионный поток направлен вниз — образовавшийся высоковозбужденный атом стремится прийти к основному состоянию, в чем, собственно, и заключается рекомбинация. Подчеркнем, что направление-диффузионного потока определяется состоянием газа. Если бы условия были таковы, что ионизация была бы ниже равновесной, то преобладали бы акты возбуждения и поток был бы направлен вверх . Суш ественно, что вероятность ионизации атома при ударе на не слишком высоких уровнях невелика и меньше вероятности дискретных переходов, так что ионизацией в этой области можно пренебречь. [c.348] Вероятность ионизации, возрастаюш ая с номером уровня п, велика в области очень больших п, где одновременно велика и вероятность-захватов. Это приводит к тому, что в области очень малых энергий связи (порядка и меньше кТ) устанавливается равновесие Саха — Больцмана (6.87) между заселенностью уровней и плотностью свободных электронов. В рамках диффузионной модели это означает, что источник частиц, в области малых энергий связи таков, что в этой области автоматически поддерживается данная плотность частиц. Поток вдоль энергетической оси, который при этом возникает из-за наличия стока в области больших энергий, очевидно, и определяет скорость отвода возбун -денных атомов вниз и скорость образования атомов в основном состоянии, т. е., по суш еству, скорость рекомбинации. [c.348] Описанная картина процесса рекомбинации была облечена в математическую форму в работе Л. П. Питаевского [88], где диффузия вдоль энергетической оси рассматривалась на основе чисто классического уравнения Фоккера — Планка в предположении, что основную роль играют верхние состояния, где дискретность энергетических уровней проявляется слабо. [c.348] Примечательно, что коэффициент диффузии, выраженный через квантовомеханическую вероятность перехода a i, Me, D = aNg (АЕ) , где а -и п дается формулами 14, при условий АЕ кТ приводит к точно такому же буквенному выран ению, что и классическая теория, и превышает класс в 8 / 3/я In Al 4,4 раза (при In Л, = 1). Надо полагать, что классическое значение в области тесно расположенных уровней более правильно, чем приближенное квантовомеханическое ). [c.349] Если перейти от a -i, к коэффициенту диффузии D по формуле On-i, п = D AEY, подставить АЕ = 2/н/и и вычислить интеграл (6.112) с классическим значением D (6.110), получим для коэффициента рекомбинации формулу (6.103) ). [c.350] Авторы предлагают называть общий сложный процесс ударно-радиационной рекомбинацией . В пределе малых плотностей он превращается в фоторекомбинацию, при больших плотностях — в то, что мы называли выше рекомбинацией при тройных столкновениях. Результаты численных расчетов для этого предельного случая неплохо согласуются с тем, что дает формула (6.104). [c.351] В работе [90] и книге [83] выясняются условия, при которых допустимо использование приближения квазистационарности распределения возбужденных атомов по энергии. Фактически для этого нужно, чтобы числа возбужденных атомов были гораздо меньше чисел невозбужденных атомов и свободных электронов. О коэффициенте рекомбинации см. также [94]. [c.351] Кузнецова и одного из авторов [91] в связи с изучением кинетики рекомбинации в газе, расширяющемся в пустоту. О кинетике рекомбинации при разлете в пустоту речь пойдет в 9 гл. VIII. Там же будут приведены некоторые результаты указанного рассмотрения. [c.351] Вернуться к основной статье