к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Рекомбинация ионов и электронов в плазме

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:

4037-14.jpg

где 4037-15.jpg- объёмная концентрация ионов данного j-го сорта, Ne - концентрация электронов.

Фоторекомбинация иона

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

4037-16.jpg

(Z - заряд иона). Сечение фоторекомбинации, про-порц. 4037-17.jpg, порядка 4037-18.jpg 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) sи соотношением, вытекающим из принципа детального равновесия:

4037-19.jpg

где4037-20.jpg- статистич. вес иона и атома соответственно, k и q - волновые векторы фотона и электрона (4037-21.jpg- скорость электрона). Сечение фоторекомбинации с образованием высоковозбуждённого атома с эфф. значением гл. квантового числа n даётся выражением:

4037-22.jpg

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.


4037-23.jpg

Диэлектронная рекомбинация

Диэлектронная рекомбинация протекает через образование автоионизационного состояния иона или атома А:

4037-24.jpg

к-рое стабилизируется либо в результате соударений с электронами плазмы

4037-25.jpg

либо в результате спонтанного высвечивания

4037-26.jpg

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

4037-27.jpg

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 (р4037-28.jpg10 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):

4037-29.jpg

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

4037-30.jpg

где 4037-31.jpg 4037-32.jpg 4037-33.jpg- значение коэф. при Те = 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

4037-34.jpg

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 электронов4037-35.jpgпри преобладании атомарных ионов (давление газа4037-36.jpg10 тор). В этих условиях электрон-электронное соударение в поле иона приводит к захвату одного из электронов в высоковозбуждённое состояние атома с энергией ионизации порядка kTe. 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:

4037-37.jpg

Зависимость a от конкретного сорта атома заключена в слабо изменяющемся безразмерном множителе4037-38.jpg В последней части этого выражения Ne измеряется в единицах см-3, Те - 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

  1. Смирнов Б. М., Ионы и возбужденные атомы в плазме, М., 1974;
  2. Биберман Л. М., Воробьев B.C., Якубов И. Т., Кинетика неравновесной низкотемпературной плазмы, М., 1982;
  3. Елецкий А. В., Смирнов Б. М., Элементарные процессы в плазме, в кн.: Основы физики плазмы, под ред. А. А. Галеева, Р. Судана, т. 1, М., 1983;
  4. Физика ион-ионных и электрон-ионных столкновений, под ред. Ф. Бруй-ара, Дж. Мак-Гоуэна, пер. с англ., М., 1986, гл. 1, 3, 6.

А. В. Елецкий

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм представляет собой инструмент идеологического подчинения одних людей другим с помощью абсолютно бессовестной манипуляции их психикой для достижения интересов определенных групп людей, стоящих у руля этой воровской машины? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution