Теория искры - Лозанский Э.Д.
Скачать (прямая ссылка):
В силу принципа детального равновесия
Рис. 1 18. Термы возбужденной молекулы AB и ее иона (AB)+.
Ro — точка пересечения одного из термов молекулы с термом молекулярного иона; S0 — энергия ,освобождаемого электрона в случае-распада этого автоионизационного состояния при расстоянии R между ядрами, если молекулярный ион образуется в основном колебательном состоянии
^рек ^ (е« ~\~ б) ^і/є/72,
(1.115)
61
где арек — сечение диссоциативной рекомбинации; а — сечение процесса А + В (AB)+ + е\ є* + є — кинетическая эГГергия относительного движения сталкивающихся атомов А и В, равная минимальной энергии этого процесса плюс энергия вылетающего электрона; |х — приведенная масса атомов А и В; т — масса электрона.
Вероятность процесса авто ионизации, вообще говоря, увеличивается с ростом энергии вылетающего электрона, однако это достаточно быстрый процесс, и обычно энергия вылетающего электрона невелика (~ 1 эв). Существенным в формуле (1.115) является множитель іxlm IO4 ~ IO5. Поэтому сечение диссоциативной рекомбинации бывает довольно большим, порядка IO-16 см2> а иногда и IO-15 см2.
Если газ молекулярный, то при не слишком малых концентрациях обычно и ионы в основном молекулярные. Тогда диссоциативная рекомбинация является парной, так же как и фоторекомбинация, но идет она гораздо интенсивнее (на пять-шесть порядков величины интенсивнее фоторекомбинации), и потому может играть некоторую роль при деионизации плазмы в разряде даже в лабораторных условиях. Действительно, полагая концентрацию плазмы Ne ^ IO12 см“3, арек = 10“16 см2 и среднюю скорость электронов Ve ж IO7 см!сек, получаем для времени жизни иона по отношению к рекомбинации (Nev^apeJ-1 = (1012 • IO-16 * IO7)-1 ~ IO-3 сек, что уже может быть сравнимо с временем ухода ионов на электроды. Такого рода диссоциативная рекомбинация идет и в одноатомных газах при больших концентрациях, когда достаточно интенсивно образуются молекулярные ионы. Если последний процесс настолько интенсивен, что в основном ионы — молекулярные, то диссоциативная рекомбинация в одноатомных газах также является парной. Если ионы одноатомные, то время рекомбинации такого рода определяется временем образования молекулярного иона в тройном столкновении A+ + 2А плюс время рекомбинации молекулярного иона. Это время можно оценить по формуле (10“38 см~ъ vN2)~x. Здесь V — скорость, a N — концентрация атомов газа. Обычно оно и определяет время диссоциативной рекомбинации в одноатомных газах, если молекулярные ионы не образуются другим путем.
Другой возможный путь, который, как было показано в работе Э. Д. Лозанского [128], при больших концентрациях атомов газа является основным источником ионов,—появление молекулярных ионов при столкновении возбужденных атомов с невозбужденными через реакцию (1.79). Молекулярные ионы в одноатомных газах наблюдаются в больших относительных количествах при концентрациях нейтральных атомов выше IO16 см~3. В этом случае парной диссоциативной рекомбинации подвергаются, естественно, только молекулярные ионы. При отсутствии процесса ионизации (1.79) молекулярных ионов очень мало, и обычно диссоциативной рекомбинацией можно пренебречь.
62
Таблица I.б
Экспериментальные значения коэффициента диссоциативной рекомбинации электронов и молекулярных ионов при комнатной температуре электронов и ионов
Молекулярный Коэффициент диссоциативной рекомбинации,
ион 10"“ 7 см3/сек
Hf 0,3 [129]
He? 0,07 [130]; 0,17 [131]; 0,25 [132]; 0,1 [133]; 0,089 [134]; 0,013 [135]; 0,04 [136]; 0,08 [137]; 0,005 [138]
Ne+ 1,8 [133, 139]; 1,7 [140—142]; 1,1 [143]; 2,0 [144, 145]; 1,75 [146]; 2,3 [147]; 1,9 [148]; 1,6 [149]
Ar2+ 6,5 [136]; 3,0 [140]; 5,0 [145]; 7,0 [150, 151]; 8,5 [152];
11 [153]; 8,8 [154, 155]; 4,7 [156]
Kr2+ 12 [136]; 6,0 [157]; 11 [158]; 6—12 [159]
Xe+ 14 [136, 160]; 23 [158, 159]; 20 [157]
He Ne+ 0,2 [161]
о2+ 2,1 [155, 156, 162, 163]; 2,0 [164—166]; 1,0 [167];
2,2 [168]; 1,9 [169, 170]; 3,0 [171]
о4+ 23 при T = 205°К [168]; 12—24 при T= 180°К [172]
Щ 2—9 [164]; 1,8 [165]; 2,9 [173]; 1,9 [170]; 4,0 [174]; 5,9 [175]; 2,7 [176]
N4+ 20 [173, 177]; 10 [175]
NO+ 3,4 [170]; 4,6 [178]; 5 [179]; 4,1 [180]; 2—3 [181]; 0,4—2 [1821
CO+ 6,8 [183]
П О 3,5 [170]; 3,8 [184]
Скорость парной рекомбинации пропорциональна концентрации электронов и характеризуется коэффициентом рекомбинации:
OCp = < GVeKVe > . CM3IceKy (1.116)
где усреднение производится по скорости электронов. Обычно для фоторекомбинации .ар ^ IO-13 см3!сек, а для диссоциативной рекомбинации ар ^ 10~7 см3!сек. В табл. 1.6 приведены экспериментальные значения коэффициента диссоциативной рекомбинации для молекулярных ионов некоторых газов.
Тройная ударная рекомбинация. При рекомбинации электрона с ионом выделяется энергия, которая должна как-то реализоваться. В рассмотренных примерах парной рекомбинации эта энергия уносилась в виде излученного фотона при фоторекомбинации или в виде кинетической энергии частей развалившейся молекулы при диссоциативной рекомбинации.
В случае тройной рекомбинации энергия рекомбинации передается третьей частице. При ударной рекомбинации такой частицей является один из электронов, взаимодействующих между собой в поле иона. В результате электрон, который потерял в достаточной мере кинетическую энергию, остается связанным с ионом, а электрон, который приобрел дополнительную энергию, улетает от иона. В общем случае это процесс, обратный процессу ионизации из возбуж-
