Ионизация возбужденных атомов электронным ударом

ИОНИЗАЦИЯ ВОЗБУЖДЕННЫХ АТОМОВ ЭЛЕКТРОННЫМ УДАРОМ 333 [c.333]

Ионизация возбужденных атомов электронным ударом [c.333]

Экспериментальные данные по сечениям возбуждения электронным ударом относятся к переходам из основного состояния (см. 12). При изучении нагретой плазмы иногда возникает необходимость в оценках вероятностей ударных переходов между более высокими уровнями. Для оценки сечений переходов можно использовать результаты, которые дает квантовомеханический метод искаженных волн [83]. Упрощенная формула для сечения возбуждения атома электронным ударом при разрешенных переходах приводится в [86]. Ее удобно представить в форме, сходной с классическим выражением для сечения ионизации [c.337]

Несмотря на то, что число возбужденных атомов обычно значительно меньше числа атомов, пребывающих в основном состоянии, роль ионизации возбужденных атомов в освобождении электронов не мала, так как соответственно в их ионизации участвуют частицы с меньшими энергиями. В самом деле, число частиц, способных ионизовать невозбужденный атом, пропорционально ехр (—1/кТ), где / — потенциал ионизации. Но число актов ионизации атомов, возбужденных до уровня Е, также пропорционально е и—Е )/кт — первому множителю пропорционально число возбужденных атомов, а второму — число частиц, способных ионизовать возбужденный атом. (Обычно в не слишком плотном газе ионизация происходит при кТ < I, так что 1/кТ > 1 и больцмановский фактор весьма существен). Сравнительная роль ионизации возбужденных и невозбужденных атомов в условиях равновесного возбуждения определяется, главным образом, эффективными сечениями ионизации тех и других при ударах частицами с надпороговой энергией. [c.326]

Если в стадии, еще близкой к равновесию, основную роль играет рекомбинация при тройных столкновениях, то ионизация происходит в результате обратного процесса — отрыва электронов преимущественно от возбужденных атомов при ударах свободных электронов. Скорость ионизации по принципу детального равновесия выражается через коэффициент рекомбинации и константу равновесия или равновесную степень ионизации. [c.447]

Неупругие столкновения с атомами (или молекулами), входящими в состав газовой смеси. Эти столкновения ведут либо к переходу атома в одно из его возбужденных состояний, либо к ионизации атома. Указанные явления возбуждения или ионизации электронным ударом представляют собой, возможно, наиболее важные процессы с точки зрения лазерной накачки, и мы их подробно рассмотрим в разд. 3.3.2. [c.134]

Различные физические механизмы, приводящие к росту концентрации зарядов ( разогрев электронов излучением с последующей ионизацией электронным ударом и фотоионизация электронно-возбужденных атомов в поле интенсивного излучения), анализируются в [861. [c.276]

Инверсная населенность и генерация на ионизованных атомах в газовом разряде получена на переходах, принадлежащих 29 элементам. Так как для работы лазеров данного типа требуется значительная ионизация, пороговые плотности тока через разряд значительно выше, чем для лазеров на нейтральных атомах. Процесс создания инверсии обычно протекает в две ступени сначала электронным ударом вызывается ионизация, а затем уже происходит возбуждение ионов в верхнее лазерное состояние. Механизмы возбуждения на второй ступени во многом подобны механизмам, описанным в разд. 33.1. [c.698]

Процессы возбуждения и ионизации атомов и атомарных ионов в результате электронного удара являются хорошо изученной областью физики атомных столкновений [9.28-9.30]. Влиянию внешнего поля на эти процессы посвящена теоретическая работа [9.31], следуя результатам которой, можно сделать вывод, что влияние внешнего поля практически несущественно, во всяком случае, в интересующем нас диапазоне полей < [c.235]

Большим изменениям подвергся раздел 3 гл. VI, в котором рассматриваются вопросы ионизации, рекомбинации, электронного возбуждения. Этот раздел по существу написан заново и сильно расширен с учетом современных взглядов, согласно которым в этих процессах большую роль играют ступенчатая ионизация атомов (сначала возбуждение, потом ионизация) и захват электрона при тройных столкновениях на верхние уровни атомов с последующей дезактивацией возбужденных атомов за счет электронных ударов и радиационных переходов. Подробнее рассмотрена ионизация воздуха. Изменилось и изложение близких вопросов ионизации газа в ударной волне (в гл. VII). [c.9]

Все элементарные процессы возбуждения и ионизации можно подразделить на две категории возбуждение и ионизацию атомов (молекул, ионов) ударами частиц и фотопроцессы, в которых роль одной из частиц играет световой квант. В первом круге процессов следует различать ионизацию и возбуждение электронным ударом и неупругие столкновения тяжелых частиц, так как вероятности тех и других неупругих столкновений резко отличаются друг от друга. Согласно такой классификации основные реакции ионизации можно записать в следующей символической [c.325]

Таким образом, при больцмановском распределении по уровням атомы ионизуются электронным ударом преимущественно с верхних уровней, причем роль возбужденных состояний тем больше, чем выше степень возбуждения. Делая заключения о сравнительной роли ионизации невозбужденных и возбужденных атомов при сильно неравновесных условиях, нужно проявлять известную осторожность, так как верхние уровни могут оказаться сильно обедненными по сравнению с равновесной заселенностью. (К вопросу об ионизации электронным ударом мы еще вернемся в гл. VH при рассмотрении ионизации газа в ударной волне.) [c.335]

Сопоставим вероятности возбуждения и ионизации атома при электронных ударах. Если атом находится в основном состоянии и температура не очень велика, так что 1/кТ > 1, то ясно, что акты ионизации происходят реже, чем акты возбуждения просто потому, что необходимой для ионизации энергией обладает меньшее число электронов. [c.338]

Формальное описание этих процессов вполне аналогично рассмотренному в предыдущих параграфах случаю ионизации и возбуждения электронным ударом. Так, уравнение кинетики ионизации невозбужденных атомов имеет вид [c.339]

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]

Основным механизмом ионизации является выбивание электронов из атомов электронным ударом. При этом электронный газ черпает свою энергию за счет обмена с ионно-атомным газом. Поскольку электроны затрачивают очень много энергии на ионизацию, электронная температура оказывается довольно низкой по сравнению с температурой тяжелых частиц. Основной вопрос, который так и остался нерешенным в этой работе, да и сейчас еще не вполне ясен,— это вопрос о механизме образования начальных затравочных электронов, с которых начинается электронная лавина. По этому поводу высказывался ряд предположений. Наиболее полное теоретическое исследование ионизации аргона в ударной волне было дано в работе Л. М. Бибермана и И. Т. Якубова (1963). Они пришли к выводу о том, что существенную роль в создании первичной ионизации играет возбуждение атомов перед фронтом ударной волны резонансным излучением, выходящим из нагретого газа за фронтом. Б работе Н. М. Кузнецова (1964) рассматривается режим, в котором первичные электроны появляются за счет фотоионизации. Этот режим может осуществляться в достаточно сильных волнах. [c.230]

При значительных электронных концентрациях возбужденные атомы дезактивируются электронными ударами второго рода. Энергия возбуждения при этом вновь возвращается к электронному газу. Однако при электронных температурах порядка и, в особенности, больше 1 эв ионизация возбужденного атома при электронных ударах становится более вероятной, чем дезактйвация (для ионизации требуется не слишком большая энергия I — Е = 4,3 эв). Ионизация при этом протекает в две ступени сначала атом возбуждается, потом ионизуется. Затрата энергии на ионизацию при таком двухступенчатом процессе все равно остается равной потенциалу ионизации Е + I — Е ) = I. Возможны и многоступенчатые процессы, когда при столкновениях электронов с возбужденным атомом он ионизуется не сразу, а претерпевает один йли несколько актов повышения степени возбуждения (см. гл. VI). [c.392]

Здесь д представляет собою алгебраическую сумму всех членов, описывающих возникновение и исчезновение свободных электронов в 1 см в 1 сек. В основной области q определяется ионизацией атомов электронным ударом. В рамках предположения Петшека и Байрона, например, д представляет собою в этой области скорость возбуждения атомов q = а п па, где константа скорости а дается формулой (6.79). В самом начале процесса, сразу за скачком уплотнения, ц определяется процессами, приводящими к образованию затравочных электронов (атом-атомными столкновениями и т. д. см. ниже). На последней стадии, в области приближения к равновесию, в д следует учитывать рекомбинацию. [c.393]

ПЁННИНГА ЭФФЕКТ — снижение потенциала зажигания разряда в газе, обусловленное присутствием примеси др. газа, потенциал ионизации к-рого ниже энергии возбуждения метастабильяого уровня оси. газа. Объяснение этого эффекта дано Ф. Пеннингом в 1928. В отсутствие примеси электроны, ускоренные в элект-рич. поле, отдают свою энергию атомам, переводя их в метастабильное состояние. Вследствие этого вероятность ионизации электронным ударом мала и напряжение зажигания оказывается высоким. При наличии при- [c.553]

Ионизация может быть и ступенчатой первым электронным ударом атом лишь возбуждается, а ионизуется следующим или после повторного возбуждения. При объединении возбуждённых атомов может произойти ассоциа-пшная ионизация (напр., Hg -l-Hg - Hg2 -fe). [c.511]

Темп-ра газа определяется балансом между нагревом и охлажденпем. Нагрев происходит при ионизации водорода в областях ПИ и углерода в областях HI излучением. Охлаждение газа происходит при возбуждении атомов и ионов электронным ударом. В областях НП возбуждаются ионы О, N и S при этом излучаются линии в видимой части спектра. В областях HI возбуждаются подуровни тонкой структуры основного состояния С, о, О. Кроме того, атомы теряют энергию при столкновениях с пылинками. В этом случае энергия излучается в далекой инфракрасной части спектра. Темп-ра в областях ПП устанавливается ок. 8 000—10 000°, в областях HI — от 25° до 100°К. Иногда темп-ра поднимается при столкновениях облаков и нри других газодинамич. явлениях, порождающих ударные волны. [c.168]

В лабораторных условиях П. наиболее удобно создавать электрич. разрядом. Поскольку масса электронов т много меньше массы ионов М, то именно они переносят ток и получают энергию от внешнего электрич. ноля. При упругих столкновениях с тяжелыми атомами или ионами электрон в каждом столкновении может передать только малую долю ( т М) своей энергии. Поэтому темн-ра электронов в газовом разряде может значительно превышать темп-ру ионов. Такая П. наз. н е и з о т е р м и ч е с к о й. Электроны сталкиваются с атомами также и неупруго, что ведет либо к ионизации, либо к возбуждению носледних. Если возбужденные атомы не успевают отдать излишек энергии излучением или ударами второго рода, то повторные столкновения с электронами могут перебросить их на более высокие энергетич. уровни, вплоть до ионизации. Такой процесс наз. с т у н е п- [c.16]

Б плазме с высокой концентрацией электронов Р. осложняется процессами взаимодействия атомов, ока-зав]ппхся после Р. в возбужденных состояниях, с электронами плазмы. В плазме такие атомы могут не только переходить в основное состояние (с излучением илн посредством ударов 2-го рода с электро-иамп), но и вновь подвергаться ионизации электронным ударом. Р. в высокоиоиизоваиной плазме происходит путем ряда последоват. переходов электрона из свободного в связанные состоянии и подчиняется статистич. закономерностям. Эффективный коэфф. Р. а в этом случае зависит не только от коицентрации и темп-ры электронов, ио и от сечеиий для процессов, происходящих при столкновениях электронов с возбужденными атомами. [c.407]

Если размеры области, занимаемой нагретым газом, достаточно велики по сравнению с пробегами квантов, так что плотность излучения значительна и порядка равновесной, она не зависит от плотности газа и определяется только температурой. Поэтому в достаточно разреженном газе скорость ионизации электронным ударом оказывается малой и основную роль играет фотоионизация. То же относится и к процессам возбуждения, а также и к обратным процессам рекомбинации и дезактивации фоторекомбинация преобладает над рекомбинацией в тройных соударениях, и высвечивание возбужденных атомов преобладает над снятием возбуждения ударами второго рода. Именно такое положение наблюдается, например, в звездных фотосферах. [c.327]

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]

Анализ различных механизмов ионизации в ударной волне в аргоне (и вообще одноатомных газов) содержится в уже цитированной выше работе Л. М. Бибермана и И. Т. Якубова [93]. Авторы исследовали влияние вариаций в выборе эффективных сечений ионизации ударами электронов и атомов, роль ступенчатых и радиационных процессов. Они пришли к выводу о том, что в ускорении образования начальных электронов решающую роль должно играть возбуждение атомов резонансным излучением, выходящим из равновесной зоны. Благодаря этому эффекту сильно повышается концентрация возбужденных атомов, которые легкО ионизуются электронным ударом. Учет этого позволил авторам значительно сократить расхождения между расчетными и экспериментальными значениями времени релаксации и добиться удовлетворительного согласия тех и других. Надо сказать, что в вопросе об ионизационной релаксации, в особенности о механизме начальной ионизации, полной ясности еще нет. Отметим работу [95], в которой изучалась релаксация в ксеноне, и работу [96] о влиянии излучения. [c.396]

Ионизация в воздухе при скоростях ударной волны несколько больше 10 км/сек (9—15 км/сек) рассматривалась в работе Л. М. Бибермана и И. Т. Якубова [97]. При этом были учтены химический состав воздуха в зоне релаксации и возбуждение атомов и молекул. В отличие от случая малых скоростей диссоциация происходит быстро по сравнению с ионизацией и ионизация в основном развивается в атомарном газе. Реакции ассоциативной ионизации играют определяющую роль в создании начальных электронов по мере возрастания электронной плотности все большее значение приобретает ступенчатая ионизация электронными ударами, причем энергия электронов, как и в одноатомном газе, восполняется за счет передачи энергии от ионов. [c.397]

При вычислении скорости ионизации атомов и молекул электронным ударом в работе [97] использован метод объединения возбужденных и ионизованного состояний в одну группу. Этот метод, предложенный в работе Л. М. Бибермана и К. Н. Ульянова [99], мон№т оказаться полезным и при рассмотрении других вопросов, связанных с нарушением ионизационного равновесия. Он состоит в следующем. [c.397]

Уровень испускания может принадлежать как тому же атому (молекуле), к-рый поглотил энергию возбуждения (такие переходы называются внутрицепт-р о в ы м и), так и др. частице. Передача энергии др. атомам и молекулам осуществляется электронами при электронно-ионных ударах, при процессах ионизации и рекомбинации, индуктивно-резонансным или обменным путём, при неносредственпом столкновении возбуждённого атома с невозбуждённым. Из-за малой концентрации атомов в разреженных газах процессы резонансной и обменной передачи энергии в них играют малую роль. Они становятся существенными в конденсированных средах, где энергия возбуждения может передаваться также с помощью колебаний ядер. И, наконец, в кристаллах определяющей становится передача энергии с помощью электронов проводимости, дырок и электронно дырочных пар (экситонов). Если заключит, актом передачи энергии является рекомбинация (наир., электронов и ионов или электронов и дырок), то сопровождающая этот процесс Л. наз. рекомбинационной. [c.625]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...