Ионизационное равновесие - стационарное состояние ионизованного газа (плазмы), при к-ром каждой кратности ионизации
соответствует вполне определённая доля полного числа атомных частиц. И.
р. устанавливается в стационарных условиях за счёт баланса совокупности
прямых и обратных процессов - ионизации и рекомбинации ионов и электронов. В большинстве лаб. и астрофиз. источников плазмы И. р. определяется гл. обр. столкновениями атомов и ионов с электронами. В этом случае взаимно обратными процессами являются:
1) ионизация электронным ударом (процесс указан стрелкой слева направо) и
трёхчастичная безызлучат. рекомбинация (стрелка справа налево):
2) радиац. двухчастичная рекомбинация (стрелка слева направо) и фотоионизация:
(е - электрон; AZ - ион с зарядом Z; v
- частота излучаемого фотона). Радиац. двухчастичная рекомбинация
включает в себя прямую излучат, рекомбинацию, при к-рой избыток энергии
уносится фотоном, и диэлектронную рекомбинацию - резонансный процесс, в
к-ром избыток энергии идёт на возбуждение иона АZ и электрон захватывается на к--л. уровень, а затем уже ион AZ-1 испускает фотон (подробнее см. Диэлектронная рекомбинация ).Процесс фотоионизации (2, стрелка справа налево) включает соответственно прямую ионизацию и возбуждение автоионизационных состояний. Вероятность процессов фотоионизации пропорциональна плотности фотонов, а т. к. в обычных условиях без наличия мощных внеш. источников излучения
с частотой выше пороговой она мала, то в большинстве случаев
фотоионизацией в балансе процессов ионизации и рекомбинации можно
пренебречь.
Вероятности процессов ионизации электронным ударом и радиац.
рекомбинации пропорциональны плотности электронов nе, а вероятность трёхчастичной ионизации пропорциональна ne2.
Обычно в стационарной плазме баланс процессов ионизации и рекомбинации приводит к И. р., описываемому след, системой ур-ний:
где nZ - плотность ионов с зарядом Z; CiZ-1 - ср. скорость ионизации иона AZ-1 электронным ударом; (Z - скорость радиац. рекомбинации с образованием иона AZ-1; RZ - скорость трёхчастичной рекомбинации с образованием нона АZ-1.
[Указанные скорости соответствуют сечениям процессов (1) и (2),
усреднённым по распределению электронов но скоростям, к-рое
предполагается максвелловским.]
Как видно из (3), в И. р. плазмы в зависимости от её плотности будет
преобладать тот или иной тип рекомбинации.
При высокой электронной плотности трёхчастичная безызлучат. рекомбинация
[второй член в правой части (3)] преобладает над радиац. рекомбинацией.
В этом случае И. р. обусловлено балансом двух взаимно обратных
процессов (1). Использование связи между GZ-1 и RZ, вытекающей из принципа детального равновесия (см. Детального равновесия принцип ),приводит тогда к известной Саха формуле, определяющей nZ для низкотемпературной плазмы. Однако для высокотемпературной плазмы (T/106К), содержащей многозарядные ионы (Z/10), этот случай соответствует электронной плотности nе>1023 см-3,
превышающей даже плотность твёрдого тела. Обычно же плотность
высокотемпературной плазмы на несколько порядков меньше и в ней
реализуется противоположная ситуация: преобладают процессы радиац.
рекомбинации (при nе~1021 см-3 и ниже),
а второй член правой части (3) становится несущественным.
Действительно, в случае "обычных" плотностей плазмы вероятность
столкновения трёх частиц намного меньше, чем двух, а в случае низких
плотностей трёхчастичная рекомбинация - редкое событие и И. р.
определяется балансом ударной ионизации и двухчастичной рекомбинации.
Это хорошо реализуется в условиях солнечной короны (nе~1014 см-3), поэтому такое И. р. получило назв. коронального предела. Обозначив
получим из (3) в случае коронального предела выражение для относит, концентраций ионов:
Относит, концентрация ионов не зависит (в явном виде) от плотности
электронов. Пример расчёта И. р. для ионов кислорода в этом случае дан
на рис. 1. Каждая
Рис. 1. Относительные концентрации ионов кислорода с различным зарядом
(z=l48) в зависимости от температуры при малых значениях плотности
электронов (корональный предел).
кривая относит, концентрации при Z>1 сначала растёт с ростом температуры
за счёт ионизации ионов с Z'<Z, a затем убывает при дальнейшем росте Т за счёт ионизации ионов более высокой кратности.
При плотности nе>1014 см-3 также
можно использовать результат (5), при этом, однако, относит,
концентрации ионов уже имеют определ. зависимость от плотности
электронов. Она вызвана столкновениями электронов с рекомбинирующими
ионами в процессе диэлектронной рекомбинации, что приводит к появлению
зависимости величины (Z от nе в (4), т. е. к
отклонению от чисто коронального предела. На рис. 2 сопоставлены
эксперим. и теоретич. результаты для относит, концентраций
ионов железа, образующихся в плазме (Те~1,3.106
К) при фокусировке лазерного излучения на поверхность твёрдого тела
[2]. Точки - эксперим. данные. Пунктирная кривая - расчёт в
пренебрежении зависимостью скоростей диэлектронной рекомбинации от
плотности электронов. Сплошная кривая вычислена с учётом зависимости
скоростей диэлектронной рекомбинации от плотности электронов при ne=1020 см-3.
Рис. 2. Относительная концентрация ионов железа в лазерной плазме.
Приведенные результаты относятся к пространственно однородной плазме. При отклонении от однородности в И. р. необходимо учитывать ряд дополнит, факторов. К ним относятся: граничные эффекты, температурная неоднородность плазмы, наличие кластерных ионов; в плазме с магн. удержанием - явление диффузии. Сдвиг И. р. может осуществляться и за счёт хим. неоднородности низкотемпературной плазмы. Во всех перечисл. случаях приведённые выше результаты могут применяться в качестве нач. приближения при анализе кинетики плазмы.
Л. П. Пресняков
Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
- Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.
В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.
Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.