1626435894-d8fc059aa7a13c20ed940af85260205a (Никитин, Смирнов 1988 - Атомно-молекулярные процессы в задачах с решениями)

ББК 22.36 Н62 УДК 532.18 Рекомендовано Министерством высшего и среднего специального образования СССР для использования в учебном процессе студентами физических и химических специальностей вузов Атомно-молекулярные процессы: В задачахс решениями./ Ники. тин Е,Е., Смирнов Б.М. Учеб. руководство. — Мл Наука. Гл.

ред. физ.- мат. лиг., ! 988. — 23 л. — 304 с. !БВХ 5-02-013836-3 Рецензенты:, Кафедра теоретической н ядерной физики Московского инженерно-фиЗического института, доктор физико-математических наук, профессор ВМ. Ермаченко. Доктор физико-математических наук, профессор Г.Ф. Лрукарев © Издательство "Наука". Главная редакиия физико-математической литературы, !988 ! 704060000-148 Н 053 (02) -88 138 88 18В)ч) 5-02-013836-3 В форме задач представлены вопросы физики столкновения атомных и молекуларных частиц. Рассмотрены вопросы, связанные с потенпиалом взаимодействия атомных частиц (общие вопросы), теории столкновения, а закже различные аспекты физики столкновений электронов с атомами и молекулами.

упругих и неупругих процессов при соударении атомов, ионов и молекул, химические процессы при столкновениих молекул и т.п. Для студентов старших курсов физических и химических спслиыьностсй, а также научных работников и аспирантов, спепиалиэирующихся в области атомной физики, химической физики и химии плазмы. Табл.

8. Ил. 7. Библиогр. 23 наев. ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ. Глава 1 ПОТЕНЦИАЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АТОМНЫХ ЧАСТИЦ............. 8 1.1. Дальнодействуюцжя часть потенциала взаимодействия атомных частиц 8 1.2. Обменное взаимодействие иона с атомом или молекулой на цалекнх расстояниях 8 1.3. Обменное взаимодействие атомов а 1.4. Потенциал взаимодействия атомов и ионов в конкретных случаях !9 37 62 Глава 2 МЕТОДЫ ТЕОРИИ АТОМНЫХ СТОЛКНОВЕНИЙ 70 8 2.1.

Приближения теории рассеяния атомных частиц.......... 8 2.2. Квазиклассичсское приближение лри упругом столкновении частиц 5 2.3. Неупругое столкновение атомных частиц.............. 8 2.4. Релаксация возбУжденных состовннй атомов при иэотропных столкновениях 70 74 91 106 Глава 3 СТОЛКНОВЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ С АТОМАМИ И МОЛЕКУЛАМИ 112 8 3.1. Взаимодействие и упругое столкновение электрона с атомом 8 3.2. Неупругое столкновение электрона с атомом 8 3.3.

Процессы отрыва электрона при столкновении электрона с ато. мом и ионом 8 3.4. Столкновение электрона с молекулой 112 118 129 138 Глава 4 155 155 167 188 202 ПРОЦЕССЫ СТОЛКНОВЕНИЯ МЕДЛЕННЫХ АТОМНЫХ ЧАСТИЦ 8 4.1. Резонансные процессы при столкновении атомов и ионов.... 5 4.2.

Квазирезрнансные процессы соударения атомов н ионов 8 4.3. Переходы между состояниями мультиплетной структуры при столкновениях 8 4.4. Переходы в состояние непрерывного спектра при атомных столкновениях Глава 5 2! 1 211 234 24! 247 Глава 6 ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКННИ Е 6.1. Моцомолекулярныс реакции. 8 6.2. Бнмолскулярныс реакции 258 264 278 Принс!кения 1.

Атомные единицы 2. Волновая функция патентных электронов и атоме и ионе...... 3. Дальнодействующее и обменное вэаимодсйсзния атомных частиц . 4. Классификация молекунярных термов — тины связи по Гунду 5. Теория рассеяния атомных частиц 6. Методы теории возмущений в задачах молекулярных столкновений 7 Статистическая теория неупругич молекулярных столкновений.

Метод переходного состояния 8. Некоторые результаты квантовой !сории углового момента.... 278 279 284 285 287 292 293 295 СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТ1 РАТУРЫ .. 3!Н СОУДАРЕНИЯ МОЛЕКУЛ 8 5.1. Линамнчсское описание коз!сбатсльныч и врал!ательны, переходов 6 5.2. Статистическое описание колебательпьм и нращательных перс.

ходов б 5.3. Электронные переходы прн столюмвении молекул 6 5.4. Кинетика колебательной и вращательной релаксации ПРЕДИСЛОВИЕ Предлагаемая книга посвяшена процессам взаимодействия и столкновения атомных частиц — атомов, молекул, электронов и ионов. Эти процессы представляют интерес в работе с лабораторными устройствами, содержашими гаэ или плазму (газоразрядные приборы, газовые лазеры, химические реакторы, плазменные и плазмохимические системы и т.д.), а также играют определенную роль в различных явлениях природы — в области астрофизики, физики и химии атмосферы, атмосферного электричества и тд. Предметом данной книги является анализ элементарных процессов с участием атомных частиц безотносительно к их приложениям. Основное содержание книги представлено в виде задач.

Как учебное пособие данная книга явэяется дополнением к современным курсам по атомной и химической физике и дает возможность читателю активно осваивать эти курсы. Кроме того, она включает современные разделы этих направлений, переработанные в виде задач, а также набор теоретических методов и математических подходов, используемых в данной области. Предлагаемые задачи либо посвяшсны отдельным вопросам теории атомно-молекулярных процессов, либо в них рассмотрен конкретный научный материал данного раздела.

По мегодическим соображениям в задачи включены менее громоздкие проблемы нли рассматриваются предельные случаи, для того чтобы лютематический аппарат не заслонял физическую идею, и вместе с тем можно было представить совокупность методов и приемов теории, используемых прн решения такого рода задач. В то же время представленный материал содержит научную информацию.

Часть задач основана на современных оригинальных работах, которые переработаны таким образом, чтобы в пих сохранилась физическая идеология, но упростился математический анпараг. Отметим, что в данную книгу включен ряд задач из ранней книги одно~о из авторов (Смирнов БМ. Физика слабоиониэованного газа в задачах с решениями. — М.: Наука, 1972) . Небольшой раздел *'Приложения" содержит дополнительную информацию, которая может служить введением к изложенному в виде задач материалу или включает в себя информацию справочного характера. В список рекомендуемой литературы внесены монографии и учебные пособия, где более подробно рассмотрентя отдельные вопросы данной книги. 5 Греди методических особенностей книги отметим, что поскольку мы имеем дело с атомными системами то весьма часто (особенно в первой половине книги) Лдя упрошення записи использованы атомные единицы (см.

приложение 1) . Кроме того, темпера~ура выражается в энергетических единицах, что позволяет исключить из формул, содержаших температуру, переводной множитель 1г — постоянную Больцмана. Как следует нз вышесказанного, круг читателей, на когорых рассчитана настояшая книга, состоит из двух категорий. С одной стороны, это студенты старших курсов и аспиран гы, которые с помощью представленных задач могут ознакомиться с сушеством данной области физики', а также освоигь идеологию н теоретические методы. используемые при решении возникаюших в ней проблем.

С другой стороны, это специалисты в разных областях физики и химии, объектом исследования которых являются атомные частицы. Они могут воспользоваться информацией, содержашейся в книге. Авторы искренне благодарны проф. В.М. Ермаченко и проф. Г.Ф. Друкареву эа доброжелательную критику рукописи и многочисленные советы. К несчастью, работа по рецензированию этой книги была для Г.Ф. Друкарева лоследнеи. Мы сохраним благодарную память об этом замечательном человеке и ученом. Москва, 1988 г. ГЛАВА ! ПОТЕНЦИАЛ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АТОМНЫХ ЧАСТИЦ В последующих главах книги будут рассмотрены переходы между состояниями атомных частиц при медленных столкновениях.

Атомная частица — атом, ион или молекула„столкновения счнзаются медленными, если скорость столкновения значительно меньше характерной скорости валентных электронов в связанном состоянии. К медленным столкновениям относится область тепловых и злектрон-волшных энергий сгллкнваюшихся частиц. При медленных столкновениях электроны "следят" за перемещением ядер, и поэтому состояние системы сталкивающихся частиц мало отличается от состояния квазимолекулы (квазимолекула — система сталкиваю- шихся атомов с закрепленными ядрами), Тем самым описание медленных атомных столкновений на языке квазимолекул является наиболее приемлемым и физически оправданным. При таком описании характеристики столкновения атомных частиц связываются с параметрами отдельных состояний квазнмолекулы, составленной из сталкивающихся частиц. Главными параметрами квазимолекулы являются потенциалы взаимодей.

ствия в заданных электронных состояниях (или потенциальные поверхности взаимодействующих частиц для рассматриваемых электронных состояний), которые относятся к определенным конфигурациям ядер. Данная глава посвящена теоретическому определению потенциалов взаимодействия атомных частиц и соответствующих этому параметров взаимодействия. Основное внимание в представленном далее материале будет уделено резонансным н квазнрезонансным процессам столкновения атомных частиц. Эти процессы характеризуются большими сечениями, т.е.