Рекомбинация ионов и электронов в плазме. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Рекомбинация ионов и электронов в плазме - элементарный акт присоединения электрона к иону, приводящий к снижению заряда нона на единицу. В зависимости от конкретных параметров плазмы преобладает тот или иной механизм (тип) Р.: фоторекомбинация, диэлектронная, диссоциативная, тройная электрон-ионная. В свою очередь, механизмы Р. и её интенсивность оказывают существ. влияние на значения осн. параметров плазмы (плотность и температуру электронов, ионный состав и др.), определяют характер протекания в плазме макроскопич. явлений (возникновение неустойчивостей, сжатие газового разряда, излучат. процессы). Разл. механизмы Р. отличаются друг от друга каналами отвода от системы рекомбинирующих частиц энергии, выделяющейся в результате образования связанного состояния. Интенсивность Р. характеризуется коэф. Р. а, к-рый определяется соотношением:

где

- объёмная концентрация ионов данного j-го сорта, N_e - концентрация электронов.

Фоторекомбинация иона

Фоторекомбинация иона при столкновении с электроном происходит с излучением кванта света:

(Z - заряд иона). Сечение фоторекомбинации, про-порц.

, порядка

см² (а₀ - радиус Бора), т. е. фоторекомбинация может играть заметную роль лишь в плазме малой плотности при не слишком низких темп-pax, когда, с одной стороны, несущественна трёхчастичная Р., а с другой - отсутствуют молекулярные ионы, эффективно нейтрализующиеся в результате диссоциативной Р. Сечение фоторекомбинации выражается обычно через измеряемое сечение обратного процесса (фотоионизация) s_и соотношением, вытекающим из принципа детального равновесия:

где

- статистич. вес иона и атома соответственно, k и q - волновые векторы фотона и электрона (

- скорость электрона). Сечение фоторекомбинации с образованием высоковозбуждённого атома с эфф. значением гл. квантового числа n даётся выражением:

На рис. представлена температурная зависимость коэф. Р. a электрона и иона водорода в равновесных условиях. Фоторекомбинация однозарядных и многозарядных ионов с электронами является одним из осн. механизмов охлаждения термоядерной плазмы; измерения спектральной интенсивности фоторекомбинац. излучения служат важным источником информации о температуре, ионном составе и плотности термоядерной плазмы. Фоторекомбинация играет существ. роль в балансе энергии и заряж. частиц плазмы диффузных и планетарных туманностей, а также короны Солнца и звёзд, остатков сверхновых и звёздного ветра.

Температурная зависимость коэффициента фоторекомбинации электрона и протона.

Диэлектронная рекомбинация

к-рое стабилизируется либо в результате соударений с электронами плазмы

либо в результате спонтанного высвечивания

Диэлектронная Р. существенно влияет на зарядовый состав и определяет излучат. свойства высокотемпературной плазмы, содержащей многозарядные ионы ,и разреженной плазмы. К плазмам этого типа относятся лаб. термоядерная плазма, активная среда рентг. лазеров, плазма планетарных туманностей, звёздных и галактич. корон и др.

Диссоциативная рекомбинация

Диссоциативная рекомбинация электрона и молекулярного иона

сопровождается диссоциацией молекулярного иона, на к-рую расходуется энергия связи электрона и иона, преобразующаяся также частично в кинетич. энергию разлёта атомов. Этот процесс в осн. определяет объёмную нейтрализацию заряж. частиц в низкотемпературной плазме молекулярных газов, а также в плазме атомарных газов достаточно высокого давления (р

10 тор) при умеренных темп-pax тяжёлых частиц (до ~ 1000 К), когда преобладающим сортом положительно заряженных частиц являются молекулярные ионы. Типичные значения коэф. диссоциативной Р. при комнатной температуре представлены в табл.; если температура отлична от комнатной, она указана в скобках (К):

Зависимость коэф. диссоциативной Р. от температуры электронов Т_е и температуры газа Т имеет вид:

где

- значение коэф. при Т_е = Т = Т₀. Обычно один из атомов, образующихся в результате диссоциативной Р., оказывается сначала в возбуждённом состоянии, а затем переходит в невоз-буждённое, спонтанно излучая. Это излучение служит источником информации о механизме диссоциативной Р., а также о состоянии молекулярных ионов в плазме. Процесс диссоциативной Р. играет заметную роль в ионосфере Земли, в газоразрядной плазме и в активных средах газовых лазеров.

Тройная электрон-ионная рекомбинация происходит по схеме

согласно к-рой избыточная энергия уносится электроном плазмы. Именно таким процессом объясняется нейтрализация заряж. частиц в плазме атомарного газа с электронной температурой, много меньшей потенциала ионизации атомов, с достаточно высокой плотностью электронов

при преобладании атомарных ионов (давление газа

10 тор). В этих условиях электрон-электронное соударение в поле иона приводит к захвату одного из электронов в высоковозбуждённое состояние атома с энергией ионизации порядка kT_e. В результате последующих столкновений возбуждённого атома с электронами плазмы, а также процессов спонтанного излучения слабосвязанный электрон переходит в основное состояние атома. Поскольку в процессе тройной Р. слабосвязанный электрон большую часть времени проводит в высоковозбуждённых состояниях (см. Ридберговские состояния ),структура к-рых мало зависит от сорта атома, коэф. тройной Р. при условиях, когда роль спонтанного излучения невелика, описывается выражением:

Зависимость a от конкретного сорта атома заключена в слабо изменяющемся безразмерном множителе

В последней части этого выражения N_e измеряется в единицах см^-3, Т_е - в эВ. Тройная электрон-ионная Р. играет существ. роль в плазме дугового разряда, в пучковой плазме высокого давления и фоторезонансной плазме.

Литература по рекомбинации ионов и электронов в плазме

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 10¹¹ раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.