В силу обратимости уравнений класси- ческой и квантовой механики во времени имеет место "принцип детального равнове- сия", т. е. каждому "прямому" процессу соответствует обратный процесс. В частности, ионизации и возбуждению атома электронным ударом соответствуют рекомбина- ция электронов с ионами и процессы девозбуждения в результате столкновения с электронами, которые иногда называют ударными второго рода или сверхупругими столкновениями. Однако несколько нагляднее особенности рекомбинации ионов с электронами могут быть описаны следующим образом. Рекомбинация по простой схеме А+ + е -> А (*) не может происходить в силу законов сохранения импульса и энергии. Это хорошо известно из обычной механики, описывающей столкновения двух склеивающихся шаров. При таком неупругом столкновении кинетическая энергия системы уменьша- ется на величину = М1(АУ1J М!(АУ2J 2 2' которая переходит в тепло. Здесь |AV| — разность скорости шара до столкновения и скорости центра масс двух шаров. Аналогично и в случае рекомбинации должен быть реализован сброс "лишней" энергии, т.е. процесс должен идти не по схеме (*), а по схеме А+ + е^ А + ц(Ае). (**) Здесь 1л(Ае) — носитель энергии Аг. Если роль /i играет улетающий фотон то говорят о "фоторекомбинации". Если же роль /i выполняет "сторонний" электрон, или другая частица (ион, атом), то такая рекомбинация называется тройной или 282 Гл. 6. Плазменные процессы с трансформацией частиц и излучением трехчастичной. Обычно в качестве сторонней частицы выступает электрон. Поэтому схема рекомбинации имеет вид Однако роль /i-частицы могут играть и "внутренние" частицы, входящие в состав рекомбинирующего иона. Отметим два процесса этого типа. "Диэлектронная" рекомбинация имеет место в случае многоэлектронных ионов. Здесь под действием падающего на ион электрона избыток энергии идет на возбуж- дение внутренних электронов ионного остова а это возбуждение потом снимается либо излучающимся фотоном, либо столкнув- шимся с А* сторонним электроном. Диссоциативные рекомбинации. Эти процессы реализуются в молекулярной плазме и происходят по схеме Ниже мы ограничимся учётом фоторекомбинации и тройной (г + 2е) рекомбинации. Первая — превалирует в редкой плазме, а вторая — в плотной. Чтобы нагляднее представить роль различных процессов трансформации, напи- шем уравнение изменения концентрации ионов в плазме с учётом основного процесса ионизации электронным ударом и указанных типов рекомбинации: —? = папе (vamH) - ПгПеарад - щп2еа{ее). F.2.5) Здесь щ, пе, па — плотность ионов, электронов и атомов соответственно; атн — сечение ионизации электронным ударом; арад = (wpaA) — коэффициент парной (излучательной) рекомбинации; а^ — коэффициент тройной рекомбинации при столкновении электрон-ион-электрон. Здесь мы пренебрегли процессами фотоиони- зации, а также ионизации при взаимном столкновении атомов. Для коэффициента радиационной рекомбинации в разреженной плазме арад имеет место следующее выражение «^М ,6.2.6а) где Z — заряд иона, ф(х) — очень медленно (в области х > 1) меняющаяся функция. При х ~ \ ф ~ \, так что для оценок можно считать, что ф = \. Характерное время изменения электронной плотности из-за радиационной рекомбинации есть F.2.6б) В достаточно плотной и холодной плазме коэффициент рекомбинации а^ можно определить по следующей формуле: а^ = 8, 75 • l(T27Z3neT-9/2. F.2.7) Сравнивая F.2.6) и F.2.8), видим, что при увеличении плотности плазмы возрас- тает роль тройной рекомбинации, поскольку т(ее) ~ l/^2- 6.2. Скорости трансформационных процессов 283 Время фоторекомбинации равно времени трехчастичной рекомбинации когда <^рад = nla(ee\ Используя формулы F.2.6) и F.2.7), находим характеристическую плотность электронов пе*=2.1013^. F.2.8) Соответственно, при пе < п* преобладает фоторекомбинация, а при пе > п* — трехчастичная рекомбинация. Важной особенностью формулы F.2.8) является сла- бая зависимость п* от индивидуальных свойств ионов. На рис. 6.2.5 приведены области приме- нимости формул F.2.6), F.2.7) и F.2.8) для цезиевой и ксеноновой плазмы. В плазме с параметрами, лежащими ниже соответ- ствующих кривых, преобладает радиацион- ная рекомбинация, а выше — превалирует трехчастичная рекомбинация. В холодной плазме с очень низкой степенью ионизации возможна рекомбинация с участием иона, нейтрального атома и электрона.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Процессы рекомбинации ионов» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
