ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Кинетика рекомбинации и охлаждение газа после нарушения ионизационного равновесия из "Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений " Но скорость охлаждения газа сама зависит от хода рекомбинации, так как при рекомбинации выделяется потенциальная энергия свободных электронов, ранее оторванных от атомов, которая частично переходит в тепло. Следовательно, решение вопроса о поведении степени ионизации во времени требует совместного рассмотрения кинетики рекомбинации и баланса тепловой энергии газа. [c.449] При поглощении резонансного кванта атом возбуждается, затем излучает, новый квант поглощается другим атомом и т. д. до тех пор, пока квант не выйдет из газового объема наружу. Происходит так называемая диффузия резонансного излучения. В течение времени диффузии кванта возбужденный атом может испытать удар второго рода и отдать энергию возбуждения в тепло. Таким образом, некоторая часть энергии связи I — Е, первоначально превращающейся в излучение, со временем также перейдет в тепло. Эта часть тем меньше, чем прозрачнее газ, т. е. чем меньше длится диффузия резонансного излучения. [c.450] Положим для простоты, что энергия I — Е полностью теряется газом (что соответствует прозрачности газового объема). Это предположение занижает тепловыделение в газе и приводит к занижению температуры, т. е. расчет кинетики рекомбинации при таком условии приводит к занижению степени ионизации газа, дает ее нижний предел. Указанное допущение тем более справедливо, чем прозрачнее газ, т. е. чем более позднюю стадию разлета мы рассматриваем, так что асимптотически оно верно. [c.450] Составляя здесь уравнение баланса энергии газа, будем для простоты считать, что температуры электронов и ионов (атомов) одинаковы. Оценкп показывают, что во многих случаях в течение еще довольно продолжительного времени после нарушения ионизационного равновесия обмен энергией между электронным и ионным газами происходит быстро и температуры этих газов близки друг к другу ). Запишем уравнение энергии газа из расчета на одну тяжелую частицу (на один исходный атом). [c.450] Переход от ударной к радиационной дезактивации происходит при такой энергии связи, при которой сравниваются скорости ( / )удар и д,Е сИ)рап.- Эта энергия связи, очевидно, и представляет собою искомое тепловыделение Е. Надо сказать, что радиационной дезактивации способствуют также и радиационные переходы в атоме с высоких уровней прямо в основное состояние, при которых атом выходит из игры (см. 13 гл. V). Расчеты [28] показывают, что вклад этого процесса сравним с вкладом постепенного излучения, происходящего при переходах на соседние уровни. [c.451] Теперь, после того как определено тепловыделение Е, можно интегрировать систему уравнений (8.33) — (8.36). Как показано в [28], система допускает понижение порядка и сводится к одному нелинейному дифференциальному уравнению первого порядка. Качественный анализ уравнения и численное решение показывают, что в зависимости от условий в момент нарушения ионизационного равновесия осуш ествляется тот или иной режим изменения степени ионизации. [c.452] Если газовое облако расширяется быстро (малая масса облака, большая скорость разлета) и ионизационное равновесие нарушается рано, при высокой степени ионизации, когда запас потенциальной энергии ионизации в газе больше тепловой энергии, в процессе рекомбинации выделяется много тепла. Это препятствует быстрому охлаждению газа и затормаживает рекомбинацию. Рекомбинация в этих условиях быстро прекращается, и степень ионизации стремится к постоянной, отличной от нуля величине. Происходит закалка электронов и ионов. Практически это случается, если в момент нарушения ионизационного равновесия все атомы газа, по крайней мере, однократно ионизованы ху 3= 1). [c.452] К нулю прекращается и в газе сохраняется остаточная ионизация (происходит закалка). Однако, в отличие от предыдущего случая, остаточная ионизация теперь очень мала, так как до момента нарушения обмена энергией между электронами и ионами значительная часть свободных электронов успевает прорекомбинировать. [c.453] На рис. 8.13 приведены рассчитанные в [28] кривые х ) для двух типичных случаев разлета газового облака. [c.453] Прп расчетах потенциал ионизации атомов был принят равным 13,5 эв, атомный вес 14. Верхняя кривая относится к случаю, когда степень ионизации в момент нарушения ионизационного равновесия равна аг1 = 0,58, а температура и плотность газа Ту = 2 ООО К, Ыу =1,7-10 см . [c.453] Сам момент нарушения равновесия = 2-10 сек. Радиус газового облака в этот момент Ку = 4,9 см, скорость разлета и = 24 км1сек. Данные параметры газа в момент нарушения равновесия могут получиться при различных начальных условиях. В частности, им соответствуют начальные температура, плотность и радиус шара То = 50 ООО К, Л о = 2-10 1/см, Но = i см. Как видно из рисунка, при указанных условиях степень ионизации газа стремится к довольно значительному постоянному значению 0,2, т. е. происходит заметная закалка. [c.453] Вернуться к основной статье