Рассмотрим теперь процессы возбуждения и ионизации атомов при столкновениях частиц. Наибольшее значение имеют столкновения с электронами как с наиболее подвижными частицами плазмы. Очевидно, что сечение возбуждения атома в зави- симости от энергии должно иметь вид, изображенный на рис. 6.2.3. Действительно, из закона сохранения энергии ясно, что сечение должно об- ращаться в нуль при г < ? порог При больших энергиях налетающих электро- нов сечение тоже должно стремиться к ну- лю, поскольку эффективное время взаи- модействия уменьшается, так что вероят- ность возбуждения стремится к нулю. При больших энергиях справедлива асимпто- тика a rsj In г/г*, следующая из борновско- го приближения. Что касается зависимо- сти сечения от энергии вблизи порога, то с достаточной для наших целей точностью можно считать, что вблизи порога имеем а ~ (г — ?ПОрог)- На Рис- 6.2.3 приведены сечения возбуждения уровней ряда атомов электронным ударом. Точных расчётов сечений многоэлектронных атомов (ионов) нет. Поэтому все представленные формулы являются полуэмпирическими. Для оце- нок сечений возбуждения можно пользоваться формулой Гризинского: 10 20 30 Энергия электрона, эВ Рис. 6.2.3. Сечения возбуждения различ- ных атомов в зависимости от энергии элек- трона 2,2- 104 /2 Я, = Ек-Ег. F.2.3) 1) Энергия электрона в атоме водорода не зависит от азимутального числа L Поэтому его изменение может происходить без затраты энергии, так что здесь ?ПОрог = 0 280 Гл. 6. Плазменные процессы с трансформацией частиц и излучением Здесь энергия измеряется в эВ. 70 60 « 50 40 зон 20 ю- 10 - _ / / \ \ I 1 \ I III Ч 3,2 2,4 1,6 0,8 0 6 10 1 0 0 6 1 с 8 0 0 о 3 к О Wo, О -L XX 0 ч 1. \ »!!¦¦¦* ю2 Е, эВ 2,4 S 1.8 0,6 0 с L 8 8 < L О 0 и с ( о э if ( о ( ) о с о ) i < > pi ч \ •• II о г°5 С с oj J ZTX. о ( о • о • о LI * в 10 102 10J Е,эВ г 10 20 Е,эВ Рис. 6.2.4. Сучения ионизации в зависимости от энергии электронов: водорода (а), аргона (б), ксенона (в), лития и натрия (г) Частным случаем возбуждения является ионизация, когда конечное состояние первоначально связанного электрона находится в непрерывном спектре. Положение с расчётом сечений ионизации в настоящее время такое же, как и с расчётом сечений возбуждения. Общий характер зависимости сечения ионизации от энергии оказывается таким же, как и сечения возбуждения (рис. 6.2.4). Приведём для оценок формулу Лотца, которая часто используется вследствие своей простоты и сравни- тельно хорошей точности. Она представляет собой сумму а = Т>а™я, где = 4,5- Не/1к) exp 1 F.2.4a) здесь к — номер оболочки, тк — число эквивалентных электронов в этой оболочке, г — энергия налетающего электрона, 1к — потенциал ионизации в эВ, ак,Ък,ск — постоянные (см. [47]). Их значения лежат в пределах: 0,6 < ак < 1, 0 < Ък < 1, 0 < Ck < 0,5. Величины потенциалов первой и второй ионизации для ряда элементов приведены в таблице 6.2. Примеры потенциалов диссоциации /д и потенциалов первой ионизации молекул приведены в таблице 6.3. 6.2. Скорости трансформационных процессов 281 Таблица 6.2 эВ Ii h Li 5,39 75,6 Na 5,14 47,3 Аг 15,70 27,6 Cs 3,89 23,4 Xe 12,13 21,2 Hg 10,44 18,73 Bi 7,29 16,6 Таблица 6.3 эВ 1д I н2 4,47 15,42 N2 7,3 15,6 o2 5,08 12,2 H2O 5,2 12,6 NH3 4,8 10,3 s2 4,35 8,3 На рис. 6.2.4 приведены примеры экспериментальных значений сечений иониза- ции ряда атомов и с расчётные данные для водорода. Определенный интерес в ряде случаев представляет распределение по энергиям электронов, образующихся при ионизации. С достаточной для наших целей точно- стью можно считать, что функция распределения оторванного электрона, нормиро- ванная на единицу, имеет вид /(*) F.2.46) где х = г/1, г — энергия оторванного электрона.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Возбуждения и ионизация атомов электронным ударом» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
