Теория искры - Лозанский Э.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Образование отрицательных ионов при тройных соударениях двух электронов с атомом или двух атомов и электрона пропорционально соответственно величинам yeN2eN и yaNeN2. Коэффициенты
7 можно найти из принципа детального равновесия по обратной реакции в парном соударении. Здесь ограничимся определением коэффициентов у (интегральных), при наличии равновесного больц-мановского распределения. В равновесии количество образующихся отрицательных ионов должно равняться количеству разрушаемых детально обратным процессом в единицу времени:
С 2 1Ґ2е~ВІТ* yeNe N = Ne Nf 2 У 2 евт (г) de да
{- Y IWtTe
CXD
ж NeNr [ ^e-- ^ ~8^- су^ (8 — є-)d&zz V птТе
« NeNf exp ( — г~/Те) G0 У 8Те/лт. (1.109)
Здесь Te — температура электронов; ар (є) — сечение разрушения отрицательного иона как функция энергии электронов е, аппроксимированное функцией Gv (є) = G0 (є — е“)/є, что допустимо, если значение.энергии, при которой а (є) достигает максимума, приблизительно равного G0t значительно превышает температуру электронов. В практически интересных случаях это так и есть. Например, по расчетам Б. М. Смирнова и М. И. Чибисова [81], по-видимому, наиболее точным для отрицательного иона атома водорода этр значение энергии равно примерно 15 эв—в 20 раз больше энергии связи! При этом G0 ~ 6,6 • 10“15 см2. Далее, чтобы получить выражение для уеу нужно подставить в выражение (1.109) равновесное значение для Nf из формулы (1.107), тогда
уеж 8яK3G0Im2Te, (1.110)
Аналогичным образом получается коэффициент 7а для образования отрицательных ионов при тройных соударениях электрона и двух атомов. Здесь, однако, требуются оговорки: Во-первых, температура электронов должна быть равна температуре ионов и атомов. Иначе нельзя пользоваться формулой (1.107) для равновесного состояния, так как в обратном процессе расходуется энергия относительного движения отрицательного иона и атома. Во-вторых, эффективным порогом реакции часто является энергия относительного движения иона и атома, равная не энергии отрыва электрона, а большей величине, соответствующей пересечению термов сближения двух нейтральных атомов и атомов с отрицательным ионом. Если
55
точка пересечения находится при энергии менее энергии отрыва электрона, то в процессе столкновения возможно образование молекулы. В этом случае, а также когда температура электронов значительно выше температуры газа, расчет скорости прилипания электро-
S
нов этим механизмом существенно усложняется. (Обычно этот механизм в таких случаях оказывается несущественным.) Если данные оговорки не мешают, то сечение разрушения практически точно имеет вид
Gp = Jt/?p (1 —Єр/е), (1.111)
56
где Rр— расстояние между атомом и отрицательным ионом, при котором происходит разрушение иона; ер — энергия взаимодействия атома и отрицательного иона на расстоянии Rv. Тогда
CXD
Уа NeN2 = NrN f ехр(~Ё-/7>(в—ер) de =
е" V JijxT3
= Nr N V 8Т/яц nRp ехр ( —ер/Т),
где и — приведенная масса иона и атома. Подставляя выражение (1.107), получаем
Ya = ¦ ехр ( -). (1.112)
m ' jx / Tgi \ tJ
г J 4 5 S 7
Энергия фотона, эв 5
Рис. 1.16. Сечение фотораспада
Помимо рассмотренных здесь процессов образования отрицательных ионов в тройных и парных соударениях с излучением фотона имеется, по-видимому, гораздо более эффективный механизм образования отрицательных ионов в парных соударениях возбужденных атомов с атомом в основном состоянии, когда энергия отрыва электрона от возбужденного атома близка к энергии отрыва его от
57
отрицательного иона. При этом происходит как бы близкая к резонансной перезарядка электрона с атома, где он находится в возбужденном состоянии, на нейтральный атом с образованием отрицательного и положительного ионов:
А* + В = A+ + B-.
Сечение такого процесса должно быть порядка IO-15—10~исм2. Однако для того чтобы этот процесс был эффективен, необходима
Рис. 1.17. Сечение разрушения отрицательного иона при соударениях Н~ с He (а) иН"сН (б)
достаточно большая концентрация газа, такая, чтобы возбужденный атом испытал столкновения раньше, чем он перешел бы в другое состояние, излучив фотон. Если это состояние не метастабйльное, то должно быть N > IO17 см~3 , т. е. давление более ~ 10 мм рт. ст.
В молекулярных газах помимо указанных выше процессов образования отрицательных ионов тех же молекул имеются процессы, ведущие к образованию отрицательных ионов меньшего молекулярного веса, например атомарных. Это главным образом столкновения электронов с молекулами, в результате которых образуются отрицательные ионы в реакциях
е- + АВ-> А- + В (1.113)
58
Таблица 1.5 Энергия связи электрона в отрицательных ионах газов
Ион Энергия связи, эв Литература Ион Энергия связи, эв Литература
н- He- с- N- о- Ne- Ar- Kr- Xe- 0,747 0,77 ± 0,02 0,8±0,1 0,776±0,020 0,75416 0,19 2,1 ±0,1 1,12±0,06 1,24 0,54 0,19 0,15 0,05 He существует 1,465± 0,005 1,47 He существует То же » » [82] [83] [84] [85] [86] [87] [82] [88] [87] [89] [90] [91] [87] [92—97] [88] [87] [87] [98] [98] [98] H2- C2- O^ H2O- O3 CO2- NO- SF61 He существует '3,1 3,5 0,87 ±0,13 0,43 0,44 0,45 0,46 >0,58 0,9 2,89 1,9 2,1 2,0 >1,96 >1,46 1,0 3,8 0,02 >0,09 1,4 [82] [82] [85] [82] [99—101] [102] [103] [104] [105] [106] [82] [107] [108] [109] [110] [111] [85] [82] [112] [110] [113, 114]
