Теория искры - Лозанский Э.Д.
Скачать (прямая ссылка):
3.3. Учет влияния примесей на первый коэффициент ионизации Таунсенда
Выше уже говорилось, что примеси, особенно легко ионизуемые, существенно влияют на значение первого коэффициента ионизации. Дело в том, что в этом случае весьма эффективно могут протекать реакции вида
А* + В А + В+ + е~. (3.20)
HO
Таблица 3.5 Сечение ионизации при столкновении с атомом He №Р
Атом или молекула Ar . Kr Xe H2 N2 O2
сЪон. IO-15 слі2 8,6 8,9 8,4 2,6 6,9 6,9
Процесс (3.20) имеет большое сечение, если энергия возбуждения атома А превышает энергию ионизации атома В. При этом если атом А* находится в метастабильном состоянии, то данный процесс носит название эффекта Пеннинга. Однако наибольшее значение сечения этого процесса достигается в случае, когда атом А* находится в резонансно-возбужденном состоянии, т. е. может перейти в основное состояние в результате дипольного излучения. Подробное рассмотрение этого вопроса можно найти в работе [18].
Если возбужденное состояние атома А соответствует Я-состоя-нию, а основное — S-состоянию, то сечение процесса (3.20) имеет вид
<*ион = 80г2/5, (3.21)
где
С = (9сафв2//64со2/п)2/5; (3.22)
V — относительная скорость столкновения A+ с В; аф — сечение фотоионизации атома В электромагнитной волной, усредненное% по различным направлениям поляризации волны; Йсо — энергия возбуждения атома А; / — сила осциллятора для перехода атома А из возбужденного состояния в основное.
Для произвольного резонансного возбужденного состояния А сечение процесса (3.20) имеет несколько другой вид:
сТион = 3,16[^^-(Ва)?,2і2/5, (3.23)
L Ъш j
где с — скорость света; аф (со) — сечение фотоионизации атома В фотоном Йсо, усредненное по направлению начального момента атома A; (Dp)lt2 — матричный элемент оператора дипольного момента атома А, взятый между его начальным и конечным состояниями. В табл. 3.5 приведено рассчитанное по формуле (3.21) сечение ионизации атомов и молекул при столкновении с атомом гелия, возбужденным в состояние 21P при T = 300° К. Сечение берется при скорости и = Y2kTI\i, где |ы — приведенная масса.
В табл. 3.6 приведены экспериментальные данные о сечениях процесса (3.20) в случае, когда атом А возбужден в мета стабильное состояние, т. е. сечения реакций Пеннинга.
Строгий учет влияния примесей на значение первого коэффициента ионизации должен содержать в себе решение кинетического уравнения в смеси газов, что является чрезвычайно громоздкой математической задачей. Однако, если концентрация примеси невелика, то
111
Таблица З.б
Сечения реакций Пеннинга при тепловых энергиях сталкивающихся частиц
Сталкивающиеся атомы °ИОН' A*
He (23S) + H 22 [35]
He (23S) + Ar 7,6 [36]; 6,6 [37]; 0,93 [38]; 0,97 [39]; 0,3 [40];
3,9 [41] I; 10 [42]; 9 [43]; 7,7 [44]; 7 [45];
5,3 [46 ; 7,2 [47]
He (23S) + Kr 9 [36]; 10 [37]; 9,8 [41]; 8 [45]; 7,7 [46]; 2,2 [47]
He (23S) + Xe 12 [36]; 13,9 [37]; 10 [42]; 11 [45]; 9,8 [46]; 14 [481
He (23S) + H2 It i^oj 2,6 [361; 6 [37]; I [41, 471; 1,5 [45, 46]; 3,2 [49]
He (23S)+N2 7 [36]; 6,4 [37]; 3,6 [41]; 5 [45]; 5,2 [46];
2,2 [47] І; 3 [49, 50]
He (23S) + O2 14 [36]; 15 [45]; 16 [46]; 13 [49]
He (23S) + CO 7 [36]; 8 [45]; 7,3 [46]; 5,8 [49]
He (235) + NO 16 [45] ; 18 [471
He (23S) +CO2 8,5 [41]; 43 [45]; 44 [461; 53 [49]
He (23S) + SF6 21 [46]
He (2JS) + H 33 [51]
He (2*S) + Ar 7,6 [36]; 5,5 [17]; 16 [46]
He (2'5)+Kr 9 [52]; 64 [37]; 28 Г46]
He (21S) + Xe 12 [36, 48]; 103 [371; 36 [46]
He (21S) + H2 1,7 [36] I; 2,2 [46]; 3,2 [49]
.He (2^)+^ 7 [36]; 12 [46]; 8 [49]
He (2*S) + O2 14 J36]; 45 [46J; 13 [49]; 24 [50]
He (2lS) + CO 7 [36]; 24 [46]; 10 [49]
He (^1S)+ NO 33 [46]
He (2^)+ CO2 85 [46]; 53 [49]
He (21S) + SF6 53 [46]
Ne (3P2)+Ar 2,97 38]; 2,6 [39]; 2,0 [40]; 3,5 [47]
Ne (3P2)+ Kr I [47]
Ne (3P2) + Xe 16 [40]
Ne (3P2)+ N2 I [41]; 0,2 [47]
Ne (3P2) + O2 1,3 [47]
Ne (3P2)+CO 3 [47]
Ne (1Pi)+ O2 4 [53]
Ne (3P0)+O2 2,8 [53]
Ne (3P1)+ O2 2,8 [53]
Ne (3P2) +O2 0,9 [53]
Ar (3P2)+Kr I [40]
Ar (3P2)+H2 0,3 [40]
Ar (1Pi)+ O2 1,8 [53
Ar (3P0)+ O2 1,8 [53
Ar (3Pi)+ O2 1,6 [53
Ar (3P2)+ O2 1,2 [53
Kr (1Pi^O2 1,6 [53
Kr (3P0) +O2 1,8 [53
Kr (3Pi) + 02 2,2 [53
Kr (3P2) + O2. 1,9 [53]
112
можно пренебречь столкновениями электронов с молекулами примеси и задача упростится.
Рассмотрим смесь газов, в которой легкоионизуемая примесь имеет потенциал ионизации меньше, чем потенциал первого уровня возбуждения основной компоненты, например смесь гелия с аргоном.
Рис. 3 2. Коэффициент ионизации в смеси неона с аргоном [55, 56]:
1 — чистый Ne; 2— Ne + 0,82 • 10~4 % Ar; 3 — Ne + 0,96 • IO-3 % Ar;
4 — Ne + 0,97-10—% Ar; 5— Ne+10% Ar; 6 — чистый Ne
Тогда основным механизмом, ведущим к появлению дополнительной по сравнению с чистым гелием ионизации, будут реакции типа (3.20). Причем в силу сказанного выше можно считать, что в этих реакциях будут участвовать атомы гелия, возбужденные как на резонансные, так и на метастабильные уровни. Следует только учесть уход возбужденных частиц на стенки в результате диффузии резонансного излучения или диффузии метастабильных атомов. Однако,
