Ударные волны в оболочках звезд - Климишин И.А.
Скачать (прямая ссылка):
т л ^0,015 с, тг %0,1 с, г/"7с,г3 %1 с.В данном случае главную роль
играют фотопроцессы, так как трь " т/, а тг < т3. С увеличением
концентрации частиц роль столкновительных процессов соответственно
возрастает.
При исследовании структуры ударных волн желательно учитывать и
возбуждение атомов из основного состояния. Коэффициент возбуждения
второго уровня атома водорода электронным ударом равен
_ *12
/612 \ кТ
*12 = а.7*[-рг + 2)е • (215)
Приняв среднее сечение возбуждения а ">10"17 см2, Fe"6,21-107>/74 см/с,
612 11,8
т~ = , находим
К / / 4
_ S*12S
6,21Ю'10>/т7^-^+2|ю 74 см3/с. (2.15')
Характерное время, соответствующее возбуждению электронным ударом,
t,2^tV- (2-16)
При Г4 ~ 1 имеем Sj2 % 6,53-10"14 см% и при А/е %Ю14 см"3 находим т12
%0,1 с.
В настоящее время при изучении кинетики возникновения и исчезновения
заряженных частиц все более очевидной становится роль возбужденных
атомов. Поэтому разделение ионизации и рекомбинации на ударную и
радиационную потеряло смысл. Оказалось, что отдельные этапы перехода
электрона в атоме из основного уровня на возбужденный и далее в свободное
состояние (и наоборот) обусловлены несколькими различными элементарными
процессами. Так возникла необходимость расчетов коэффициентов ионизации и
рекомбинации, учитывающих всю совокупность процессов и зависящих не
только от температуры, но и от концентрации участвующих в них частиц
(Я.М.Биберман, В.С.Воробьев, И.Т.Якубов, 1972,1979,1982).
Анализ физических процессов, происходящих в релаксирующей неравновесной
плазме, показал, что практически всегда выполняется условие 2 Nn " N\,
Ne, где Nnv\ Nx - число атомов, находящихся соответствен-
п > 1
но в п-ъл и первом состояниях. Если далее тп - время релаксации к
некоторому квазистационарному распределению возбужденных состояний, тт -
время релаксации температуры электронов, г,- - время ионизационной
релаксации, то для широкого круга условий выполняется неравенство тп " т
т" 7/. Другими словами, по сравнению с основным состоянием и непрерывным
спектром концентрация возбужденных состояний является
16
-26 -
4 8 16 32 Т%10ЪК
/ 2 U 8 16 32 6U 128
Г,Г03К
Рис. 5. Зависимость радиационно-столкновительного коэффициента ионизации
S от температуры й концентрации частиц по данным L.C. Johnson, Е. Hinnov
(1973).
Рис. 6. Зависимость радиационно-столкновительного коэффициента
рекомбинации Q от температуры и концентрации частиц по данным L.C.
Johnson, Е.Hinnov (1973).
малой величиной. Эти возбужденные состояния являются как бы "узким
каналом", через который частицы перетекают из одного резервуара в другой.
Записанное выше неравенство времен релаксации и дает основание говорить о
квазистационарности возбужденных состояний.
Можно поэтому утверждать, что релаксация возбужденных состояний
происходит без существенного изменения числа свободных электронов, причем
за время, существенно меньшее времени релаксации для основного уровня,
которое равно времени ионизационной релаксации. Пользуясь этим
квазистационарным приближением, можно рассчитать, с учетом всех возможных
элементарных процессов, величины S и Q - соответственно столк-новительно-
радиационный коэффициент ионизации и столкновительно-ра-диационный
коэффициент рекомбинации для широкого интервала температур и электронных
концентраций (D.R. Bates, А.Е. Kingston, R.W.P. Мс Whirter,1962, L.C.
Johnson, Е. Hinnov,1973, A. Burgess, Н.Р. Summers, 1976). Значения
коэффициентов 5 и Q, рассчитанных для случая водородной плазмы, оптически
непрозрачной в линиях лаймановской серии и континууме, приведены в табл.
1 и на рис.5 и 6. Заметим, что при температуре (1-5-2) -1 (Г К величина Q
по данным Бюргесса и Саммерса примерно в пять раз больше по сравнению с
расчетами Джонсона и Хинноу, Бейтса, Кингстона и Мак-Уирте-ра, тогда как
коэффициент S, наоборот, в три раза меньше. Уравнение кинетики при этом
имеет вид, аналогичный (2.9),
u/ve ",
- =S/VH/Ve-Q/V+/Ve2.
(2.9')
Очевидно, что величины
1
1
(2.17)
17
Таблица 1. Зависимость столкновительно-радиационного коэффициента
ионизации S и столкновительно-радиационного коэффициента рекомбинации Q
от температуры Т и концентрации электронов Ne (A. Burgess, Н.Р. Summers,
1976)
Ч\*е Ю10 10*2 1014 1016 10* 8
5 • 103 9,49-23 1,43-22 3,99-21 2,14-19 6,36-19
10 9,82-16 1,30-15 1,36-14 2,71-13 4,28-13
S 20 3,80-12 4,66-12 2,53-11 1,88-10 2,19-10
50 6,83-10 7,79-10 2,54-9 9,11-9 9,63-9
5-103 9,60-23 1,92-24 1,25-25 4,60-26 3,95-26
л 10 4,97-23 7,27-25 2,22-26 2,88-27 1,31-27
и 20 2,73-23 3,32-25 6,08-27 2,72-28 8,82-29
50 1,27-23 1,36-25 1,71-27 3,33-29 8,65-30
Примечание: Запись 9,49 - 23 означает 9,49-10~2 3.
являются соответственно характерными временами ионизации и рекомбинации.
Отметим, что Л.М.Биберману и его школе в рамках представлений о процессе
ударно-радиационной ионизации и рекомбинации как о случайном блуждании
электрона по дискретным энергетическим уровням удалось получить
