Теория искры - Лозанский Э.Д.
Скачать (прямая ссылка):
И
в- + AB-^e- + А- + В+ (1.114)
(естественно, .возможно A = B). Образование отрицательного иона
в реакции (1.113) связано с резонансным процессом образования промежуточного состояния — квазистационарного отрицательного иона молекулы (AB)" . Это состояние (электронное) имеет определенную обычно довольно большую ширину Г, связанную с возможностью распада в начальное состояние. Обычно при распаде
(AB)-(AB) -г е~~ молекула оказывается в колебательно-воз-
бужденном состоянии, и поэтому основным механизмом потери энергии электронами является возбуждение молекулярных колебаний. Соответствующая ширина электронного уровня отрицательного иона (АВ)~ имеет значение, характерное для ширины, связанной с оже-эффектом, т. е. порядка IO13— IO14 сек"1. Такого же порядка и скорость распада (AB)-->А~ + В, если он имеет место. Сечение захвата электрона в максимуме обычно порядка IO-15 см2.
Процесс (1.114) есть просто возбуждение молекулы в электронное состояние, которое приводит к распаду на отрицательный и положительный ионы. Сечение процесса имеет такое же значение, как обычные сечения возбуждения электронных состояний (порядка IO"16 см2 в максимуме).
59
В табл. 1.5 представлены данные по энергиям связи электрона в отрицательных ионах некоторых газов.
На рис. 1.15—1.17 приведены некоторые экспериментальные данные о сечениях образования и разрушения отрицательных ионов.
1.13. Рекомбинация ионов и электронов
Рекомбинация электронов с ионами — это процесс, в результате которого происходит уничтожение, т. е. взаимная нейтрализация электрона и иона, пары электрон — ион. Существует много механизмов рекомбинации. В зависимости от условий тот или другой из них играет основную роль. Рассмотрим последовательно эти механизмы.
Излучательная рекомбинация (фоторекомбинация). Это — процесс, обратный процессу фотоионизации атома или молекулы:
е + A+ ^ А + Йсо.
На основании принципа детального равновесия в разд. 1.10 была написана формула (1.85), выражающая сечение рекомбинации через сечение фотоионизации, которое сравнительно легко может быть измерено, и поэтому его можно считать известным. Сечение фоторекомбинации практически обратно пропорционально энергии относительного движения электрона в области энергий электронов порядка 1 эв и ниже. При энергии электрона 1 зв сечение фото -рекомбинации порядка IO-21 см2.
Этот тип рекомбинации сравнительно редко является основным в условиях газового разряда. Действительно, пусть, например, концентрация ионов IO12 см~3 и средняя энергия электронов 1 эв. Тогда среднее время рекомбинации электрона с ионом будет порядка (Л/’іШф р)-1 ^ 10 сек. В любой экспериментальной установке электроны уйдут на электроды или на стенки камеры за время на несколько порядков меньшее. При той же концентрации электронов, но при значительно большей концентрации нейтральных молекул или в случае, когда ионы — молекулярные, более эффективным является механизм рекомбинации, заключающийся в передаче энергии атому или молекуле в поле иона как третьему телу:
в + А+ + В ^ А + В,
или диссоциативный механизм, в котором рекомбинация электрона с молекулярным ионом сопровождается развалом образовавшейся молекулы (обычно в возбужденном состоянии):
в + (AB)+ А +’ В*.
При больших концентрациях плазмы и более низких температурах интенсивнее протекает тройная, или ударная, рекомбинация с участием двух электронов.
Процесс, обратный ударной ионизации возбужденных атомов или молекул, — фоторекомбинация — может играть существенную роль при уменьшении концентрации плазмы в больших объемах,
60
например в верхних слоях атмосферы при высокой концентрации плазмы. В лабораторных или в атмосферных (молния) разрядах фоторекомбинация является источником непрерывного спектра излучения разряда.
Диссоциативная рекомбинация. Диссоциативная .рекомбинация является процессом, обратным процессу ионизации при столкновении атомов или молекул. Такой процесс возможен, если относительная энергия сталкивающихся атомов или молекул превышает энергию, необходимую для образования ионизованного комплекса, и если имеет место пересечение или псевдопересечение термов ионизованного комплекса и исходных молекул при их сближении (последнее обычно и имеет место). Адиабатические термы при сближении двух атомов или молекул соответствуют (по Крайней мере некоторые из них) возбуждению двух электронов, что, в свою очередь, соответствует автоионизационному состоянию. Примерный ход термов при сближении двух атомов изображен на рис. 1.18.
Так как на самом деле имеют место псевдопересечения термов, а не пересечения, как изображено на рис.
1.18, то при очень малых скоростях относительного движения атомов А и В вероятность то го ^ что система А + В останется на адиабатическом терме, обычно мала. Действительно, речь идет об энергиях относительного движения атомов А и В, соответствующих несколько большим энергиям, чем энергия образования (AB)+, т. е. энергии около 10 эв. Это соответствует скоростям относительного движения около IO6 см!сек. Однако если система А + В не перешла по пути в какое-либо состояние А + В, (AB) или, что наиболее вероятно, не прошла туда и обратно по адиабатическому терму, а прошла по адиабатическому терму авто-ионизационного состояния (пунктирная линия), то для образования (AB)+ + е еще необходимо, чтобы процесс автоионизации успел произойти, пока система находится в автоионизационном состоянии. В противном случае при обратном движении (увеличении R) система перейдет с наибольшей вероятностью в (AB)* или в А* + В (А + + В*). Поэтому сечения процесса А + В (AB)+ + е для таких скоростей относительного движения обычно малы ( < IO-20 CM2).
