1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (Мак-Даниель 1967 - Процессы столкновений в ионизованных газах)

:-:$'3 УДК 639. 18/19+ 333.9 Иид. 2 — 3 — 7 ."И Редакция литературы яо физике Книга И. Мзк-Дзвнеля представляет собой фундаментальную монографию„в которой в систематической форме изложены результаты эксаеримеитальных исследований процессов вззомодействвз электронов и ионов в газах в алззие; ириводятсв также необходимые теоретические еведевиз об этих явлевквх. Книга рассчитана нз елецвалвстав в области фнзихн плазмы, газового разряда, вакуумной техники, астрофизики, магнитной гцдродинзмвкв н т,д Овз может также служить дополввтельвым пособием для преподавателей, зсаврзвтов в студентов, спецвзлвзируюьцихея в указанных областях фвзнкв.

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА Исследование столкновений, испытываемых заряженными частицами при их движении в газе„— это область физики, сыгравшая в начале ХХ века очень важную роль в развитии наших представлений о строении атомов и о законах, управляющих атомными процессами. С тех пор прошло несколько десятилетий, и основные стимулы, под влиянием которых продолжают развиваться исследования атомных и электронных столкновений, совершенно изменились.

Сейчас работы в этой области образуют закономерную часть того научного фундамента, на котором базируется разработка ряда важнейших технических проблем нашего времени. К их числу относятси проблемы управляемого термоядерного синтеза, безмашиниого магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в электрическую, движения ракет и космических аппаратов в ионизованной среде и т. д. В настоящее время в физике электронных, ионных и атомных столкновений накоплен огромный экспериментальный материал, полученный с помощью хорошо развитой и очень совершенной методики.

Теория также далеко продвинулась вперед. Предлагаемая вниманию советского читателя книга И. Мак-Даниеля представляет собой наиболее полный обзор современного состояния этой области физики. В книге рассмотрены все виды элементарных процессов столкновения электронов и ионов с атомами и молекулами (включая образование ионов и возбужденных атомов за счет фотопоглощеиия). Кроме того, подробно рассматриваются явления переноса (подвижность и диффузия заряженных частиц) и энергетический спектр электронов в ионизованном газе.

Отдельная глава посвящена обзору основных электронных и ионных процессов, происходя- ПРГДНСЛОВИГ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА щих на поверхности твердых тел. В книге Мак-Даниеля соблюдены необходимые пропорции между изложением теоретических представлений экспериментальной методики и результатов эксперимента. Основы теории столкновений даются в первых четырех главах и двух приложениях в конце книги. Ряд специальных теоретических проблем (неупругис столкновешш, диффузия и подвижность, механизм рекомбинации и т. д.) распределен непосредственно по остальным главам (гл. 5 — 13), в которых обсуждаются главным образом методика и результаты экспериментов.

По уровню изложения книга Мак-Даниеля доступна широкому кругу научных работников — физиков, а также инженеров, работающих в тех областях, которые тесно связаны с применениями физической электроники в физики плазмы. Именно для этого круга читателей мы и предназначаем ее перевод. Перевод книги выполнен е1. В. Трофимовым (гл, 10— 12), С. Д. Фанченко (гл. 6 — 9) и М. Н. Флеровой (гл.

1 — 5, !3 и приложения 1 — 3). Акадгипк Л. Арцимович ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА Настоящая книга постепенно выросла из заметок, которыми я пользовался, читая в течение последних семи лет лекции по физике плазмы и газовой электронике на физическом и электротехническом отделениях Технологического института штата Джорджия. Она предназначается в качестве учебного пособия для аспирантов первого года Обучения и в качестве книги для справок — для научных работников, занимающихся вопросами, связанными с атомными столкновениями и явлениями переноса. Круг вопросов, который рассматривается в данной книге, очерчен в начале первой главы. Я пытался написать монографию столь же полную, сколь в доступную. Поэтому я старался сделать ее понятной не только для начинающих физиков, но и для инженеров, которые обычно не очень хорошо знакомы с теорией атомных столкновений и с кинетической теорией.

По собственному же опыту я знаю, что для студентов технических специальностей, прослушавших положенный курс лекций по современной физике, основной материал книги не представляет особых трудностей. Содержание больц1ей части книги довольно простое, хотя в некоторых параграфах приходится иметь дело со сложными вопросами и вести изложение на повышенном уровне. Но опыт показал, что и этот материал можно вполне удовлетворительно усвоить, если полностью ознакомиться с более элементарными вопросамн. Я включил в книгу подробное описание экспериментальных методов и большое количество экспериментальных данных, ценность которых уже проверена в наших лабораториях.

Надеюсь, что этот справочный материал будет полезен и для других. При подготовке рукописи я имел счастливую возможность пользоваться советами и критическими замечаниями рида специалистов в областв атомных столкновений. Особенно полезными были замечания Барнетта, Брэнскома, Кромптона, Далгарно, Керра, Мартина, Е. Мэзона, Мак-Дауэлла, Мак-Гоуэна и Шульца, н у меня нет слов, чтобы в полной мере выразить пм свою признательность.

Я хочу особо поблагодарить своего 3 ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА коллегу проф. Хупера 1да умножится ро мую помощь при подготовке гл. 12 и Ла наших аспирантов, который помогал мне проходившей в Лонд должны быть издань Атланта, шт. Джорджия Февраль 19о4 г. И. Мак-Даниель д его1) за его неоценийнберджера, одного нз при подготовке гл. 13 и приложения 1. Я глубоко благодарен также проф. Брауну из Массачусетского технологического института за ту помощь, которую он неизменно мпе оказывал, и за просмотр всей рукописи. Наконец, я хочу выразить свою искренн~ою признательность Дж. Мэзону из Технического колледжа при Технологическом институте штата Джорджкя за моральную поддержку и предоставление средств для подготовки рукописи.

В книге я ссылаюсь на работы, выполненные доконца 1963г. Много ссылок дается на статьи, представленные на 6-й Международной конференции по явлениям ионизацни в газах, которая состоялась в Париже в июле 1963 г., и на 3-й Международной конференции по физике электронных и атомных столкновений, оне в июле 1963 г. Труды этих конференций 1 в 1964 г. в Париже и Амстердаме. ГЛАВА 1 О ООНОННЫЕ ПОНЯТИЯ Открытием рентгеновских лучей в 1895 г. отмечено начало количественных исследований ноннзованных газов. Эти исследования внесли Важный вклад в развитие физики и с точки зрения разработки экспериментальной аппаратуры н техники, и с точки зрения развития современных теоретическими представлений.

На них основань1 многие технические применения, которые нет необходимости перечислять, поскольку они хорошо известны. Несмотря на то по исследованиям такого рода уделялось большое внимание в течение более чем пятидесяти лет, многие из давно исследуемых проблем разрешены лишь частично. Кроме того, новейшие исследования атмосферных и астрофизических явлений показали, что ионизованные газы играют значительно более важную роль в природе, чем это предполагалось ранее, и наших знаний в настояпдее время недостаточно, чтобы Объяснить многие из произведенных наблюдений. Следует указать на то обстоятельство, что энергетические ресурсы на Земле, включая деляпшеся материалы, могут в значительнойстепени истощиться через несколько столетий.

Наибольшие надежды на решение этой проблемы в большом масштабе основаны на развитии техники управляемого синтеза легких ядер в термоядерной плазме. Этим объясняется постоянный и непрерывно возрастающий интерес, который вызывают ионизованные газы, и тот факт, что исследования в этой области ведутся столь же активно и в столь же большом масштабе, как и в любой другой области современной физики. й 1. Круг вопросов, рассматриваемых в физике ионизованных газов Явления, наблюдающиеся в ионизованпых газах, подразделяются в основном на два типа: ыеколлективные процессы, которые связаны с двойными или тройными столкновениями частиц газа друг с другом и с различными поверхностями, и коллективные явления„связанные с одновременным взаимодействием ГЛАВА > ОСНОВНЫР ПОНЯТИЯ 1л ' : 'х большого числа частиц и взаимодействием поннзованного газа с Внешними полями.

К первой категории явлений относятся: упругое рассеяние, возбу>кдение, ионизация, д>уссош~ация, перенос заряда, захват электрона, дрейфовые скорости, распределения энергии, диффузия, рекомбпнация, вторичная и фотоэлектронная эмиссии. Мы видим, таким образом, чго неколлектнвные процессы в основном относятся к области атомных столкновений и явлений переноса. Ко второй категории относятся электрические разряды, эффекты, связанные с пространственным зарядом, колебания и волны в плазме и магнитная гидродинампка. Коллективные явления обычно играют существенную роль только тогда, когда ионизованный газ представляет собой настоящую плазму, т.