1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 126
Текст из файла (страница 126)
аспа а. В 6 7 на- стоя е о щей главы мы еще вернемс~ к этому вопросу. Ы. 4. Река»1бинация а приситстс!исс третьей сасгиц Х'-) +3- Х--г 2: (12.5.8) Л" +е+е-»Х'+е. (12.5.9) авлення о трехчастичной электрон-ионной реком- бинации связывались прежде всего с реакш рой роль т, ретьей «!астицы играет тяжелая частица . ео ия - * ' от. этого процесса опнралас .; * алась на основные кош!вицин Томсона трехчастичной ион-ионной рекомбинации (3 , п.«а», *" главы) с учетом того ос>стоятельства, что пр у ру- гом столкновении тяжелой третьей час!ицы с сле пий может терять лишь малую часть своев энергии.
При следпий может те>ять . обычных давлениях реакция (12.5.8) д .«р олжна п отекать очень медленно, так как атомы и молекулы н у е мог т быст,>о понизить э! ' !ергию электронов настолько, чтобы обь их легко мотли захватыоложительные ионы. По оценкам Мес ! р с1 и Г>а хопа ( ), коэффициент рекомбинации за счет этого пр ц* л 1О " сл>з!сек, где р — давление газа в мл1 рт. ст, Но последние работы показыва!от, что при высоких электронов и положительных ионов, * бь!строй может оказаться реакция (12.. 9), .г>..>, в кото юй третьей шстпцси служит эл р 12.5.9) в связи со звездными * в емя том назад ц>аулер, . и лн (40) рассматривали процесс ( .. ) в связ '1 Впервые суи>вствованне двухазомяи>х .* .' я ионов ииср>яых сазов было по- хаза>ю тюясвиом Рб! Относительно о Г ': г ' х б ~азова юя таких и ик в ся.
гл 4в,п, «а», ° ЙВяя глава м уй атмосферами. Совсем недавно Д'Лнджело (411. Бейте и К [ , 'п .1ак-Уиртер (43) независимо друг от друга и по!ти р . ! ' учаодновременпо высказали предположение, что реакция с стием электрона в качестве третьей частицы может быть причиной очень больших коэффициентов рекомбинации для водоро и 3 других газов в лабораторных условиях, не позволяющих обьр да ясиить этот факт диссоциативной рекомбинацисй, для когорой, как мы уже видели, коэффициент может быть чрезвычаино большим ').
Наблюдавшиеся коэффициенты рекомбинации были порядка 10 " сл!з/сек, а радиационный процесс, как известно, протекает примерно на два порядка медленнее. Реакция же (12.5.9) с участием электрона в качестве третьей частицы, как оказалось, дает совместимые с экспериментом результаты. В й 7 настоящей главы мы остановимся на некоторых опытах по исследованизо данного типа рекомбинации.
Здесь же мы изложим в общих чертах теоретическую работу Д'Анджело. Д'Лиджело рассматривал случай полностью ионизованной водородной плазмы (41). Между двумя электронами может произойти столкновение, в результате которого один из них теряет энергии столько, что становится возможным его захват в связанное состояние одного из ионов водорода. Как только электрон оказывается связанным, может произойти один из следующих процессов: а) либо при столкновении с другим электроном связанный электрон вновь испускается в обла~ть непрерывного спектра, б) либо электрон совершает радиационный переход на более низкий уровень, с которого он еще может быть снова испущен в континуум и.чи опять довершит радизциоиныи переход.
(Переходы между квантованными состояниями, вызванные столкновениями, в расчетах Д'Анджело не учитываются.) Считается, что рекомбинация произошла, если образовался неитральный атом водорода в основном состоянии. Для вычисления конечных или полных коэффициентов трех- частичной рекомбинации необходимо знать ее скорость для каждого уровня структуры, на который электрон захватывается вначале, вероятности ударной понизации и вероятности радиационных переходов с каждого уровня.
Вероятности ионизацни вычислялись на основе классической теории Томсона и Бора, а скорости рекомбинации на различные уровни были получены по величине этих вероятностей из принципа детального равновесия з). В расчетах Д'Анджело были учтены первые девять ') Недавно Майкин и Кск (ФЦ также кровслк алалкз трсхчасзкчаой электрон-ионной рекомбинации, вользуясь классическим вариацкск ! ацкоккым методом. ) ормулы для вычисления верозткосзей коккзацкк к скоростей геком. бквацкк можно вайса ка стр. 28! работы 1401 Прккцвв лсталыюсс равковсскз рассматркваетск в квасе Фаулера (гз). рвсомвщыцня атома водорода. Вероятности перехотгов для состоя !иг с главным ква квантовым числом а 6 взяты из обзора Бсте Солпитера (45), а остальные получены экстраполяцией 'А, . лил коэффициенты трехчастпчной рекомбпии для трех значен !й темпсрату!ры ад!к!роно! (, и 0000'К) и электронных плотностей в питера .
0 л эчект он, который в результате столкновения Ои рассматривал электрон, кот с другим элеит о тность того, что в конечном счете -го овин, и находил вероятное нос состояние. При таком расчете и с . " . ую скорость рекомбинации обусл в!а!ект он попадет в основное со омаксимальный вклад в полную лен начальным захе . атом элекгропа в состояиня с ц около П и меньших и скорость зах захва~а вследствие столкновений сина ся, поскольку при столкновении двух электронов должен нация непосредственно в основное состояние дает и .) П и более же высоких и увеличивается незначительный вклад.) ри ол .
еп евероятность о ратног б о испускания электрона в область н рзывного спектра. Хи шбе .г (461 сравнили результаты вычислений з'л.ий Хиппов и ирш ерг л ч-иными в Принстоне на Д'Анджело со своими данными, полученными в р В-1 в опытах со спокойшой распадающейся плазстеллараторе - в г,: . О!и не пол'!он разрез удер ерживаемой мапштными полями. Он уогласия, что связано, возможно, с нал чили хорошего со е не читывались рсходов ( (вследствие столкновений), которые не у Д'Анджело.
о эк Д'А .. Н спериментальные данные этих иссл д е оватсчей на (42) и в общем согласуются ются с выводами Бейтса и Кингсто Мг -У " (43), работы которых рассматриваются ниже в и. «б». Незначительные расхождения связаны, вероятн, р личиями в принят х ы . сечениях иеупругих столкновений. Расчеты, енныс Хинновом и Хиршбергом, дают существенно более выполненные инновом и екомбинации от электронснльную зависимость коэффициента реком иой плотности и температуры, !ем результаты Д'Лнджело. еабота Д'Лнджело показывает важное значение процесса трехчастичиой рекомбинации ( ..
), е очень трудоемок, ибо связан с анализом с ложных цепочек реакций, через которые проходят отдельные .. р элект оиы. К тому же, как указывалосьранее Д'Анджелопр р . р * енеб егал и оцессами ударного возбуждения и дезактивации. Теори , 1 .. Б йия же, !взвитая Бейтсом, Кпнгстопом и '., К ! м и Мак-Уиртером, прсдставляется более точной и правильно учитывает возбуждение я дезактивацшо электрон иым ударом которые оказываются весьма у ц!. с "! сзственными б.
Уда но-радиациоиная рекомбинация. Как мы уже знаем, при рекомбинации электрона с атомарным ионом в отсутствие ГЛАВА !2 третьей частицы энерпш рекомбинации уносится электромагнитным излучением. Молекулярные ионы, кроме того, могут исче'- зать в результате пропесса диссоциативной рекомбинации. Но, 'онстанты скорости как показали Бейте и его коллеги [24, 47)'), константы с этих отдельных процессов правильно характеризуют рекомбинацию лишь в случае достаточно разреженной плазмы.
Вообще жс необходимо учитывать, что часть высвобождающей жег при столкновении передаваться соседнему электрону и, как указьсвалось ранее, ударные процессы мог т бы роцессами рекомбинации, сели плазма достаточно плотная. Механизм потерь ионов в очень разреже ' б 'женкой плазме ооьшно именуется радиационной рекомбинацисй, а понятие ударной ень плотной плазмы. рекомбинации применимо лишь в случае очень Но на самом деле оба зтн механизма оказываются двумя предельными случаями одного более общего механизма потерь, который Бейте и др. назвали ударно-радиацгтонной реколсбинаиией. Этот более общий механизм не является просто суммой двух предельных форм, а представляет собой комбинацию взаимосвязанных ударных и радиационных процессов. Такая связь очень усложняет анализ рекомбинации, которую, вообще говоря, можно описывать лишь сложной последователь о й [ ) или статистически [47).
Методы анализа рекомбинации к и плазме, расобщего типа, протекающей в оптически тонкои сматриваются Бег!усом, Кингстоиом и Мак Уиртером [47), а также Бейтсом и Далгарно [24). Бег)тс, Кингстон и Мак-Уиртер [53), кроме того, исследовали рекомбинацисо электронов с атомарными ионами в оптически толстой плазме. Первая работа по электрон-электрон-ионной рекомбинации, выполненная Бейтсом, Кпнгстоном п Мак-Упртером, была описана в небольших заметках [42) и [43).
Обе заметки посвящены вопросу ударно-радиационной рекомбинации и весьма сход своему характеру. В связи с этим все три автора подготом сходны вили совместно статьи [47, 53[, в которых более полно описали проделанную ими работу. Часть их статистического анализа оптически тонкой плазмы воспроизводится здесь б дссь ез существенных изменений, чтобы показать их подход к анализ у задачи. Бейте, Кпигстон и Мак-Уиртер [47) рассматривают в своем исследовании только рекомбинацгпо электронов е рами " (с зарядом Ее) и результате которой образу!отея атомы нли ионы водорода.
Пусть р, с), ... — глапныс квантовые числа дискретных уровней, а с — область непрерывного спектра (континуум). Обозначим через и(р), п(с!), . плотности атомов илн ионов на указанных уровнях, а через н(с) и Гт(ЛГ» ) — плотно') См. так»се 148 — 92!. и комышАЦИЯ 669 сво одн ' ° с бот*ных электронов и голых ядер. Пусть, далее, К(с, р) есть констан !апта скорости для процесса трехчастичной рекомби нации Ф»' + а + е-» Ф!» '!' (р) + е (12510) " константа определяется таким образом, гробы произведе- иис л(с)гс(7!!к')К(с,р) давало число агатов в 1 см' в 1 сек); К(р, с) — константа скорости обратного процесса )У!» и+ (р)+а — »7уг»' + а + а; (12.5.11) К1р,с)! --ко с ) -- онстанта скорости ударного возбуждения или дезак- тппацпи ,у!».и (,) ! а (12.5.12) а !" тр! ( ) — гоистанта скорости радиационной рекоагбинации 2"т'»с+еэ тут!» "' (р)+ау.
(12.5. 1 3) Все эти константы скорости соответствугот температуре электронов в плазм! Т. И, наконец, через А(р, д) обозначается вс!соятность спонтанных переходов для процесса )Ус»-и+ (р)-э дгс» иэ (д) ч-угу. (12.5.14) П. положим, что распределение по вырожденным состояредпол и киям уровня — однородное. Чтобы вьшолпялось это условие, необходимо достаточно болыпое число упругих столкновении, если неупрутие и сверхупругие') столкновения заполняют и обедняют уровень со скоростью, сравнимой или большей той, с которои на заселение этого же уровня действу!от радиационныс процессы.
Это распределение не сможет влиять на коэффициент у!!арно-радиационной рекомбинации, если неупругие и сверхпр гие столкновения гораздо менее эффективны, чем раднацпонныс процессы. Допустим, что электронными пере»адами, вызванными столкновениями атомов с атомами, атомов с ионами и ионов между собой, можно пренебречь (это допущение можно обосновать). Если к тому же пренебречь граничными эффектами и предположить, что плазма является оптически тонкой, т. е. все пспущенное излучение покидает плазму не поглощаясь, то уравнение для скорости возрастания п(р) по времени будет иметь вид (! ) = — и (р) [и (с),рр (р) + А (р)[+ и (с) у и (ц) К (ц, р) + ч ск Р + ~~~ п(ц) А(д, р) + " '; )К(а, р)+ Р(р)[, (12.5.15) с!» я ') Свар»у»ругам называется столкноаснна, нрн котором кинетическая знсргня частицы аозрастаат за счет энергии аозбуж»сная структуры, с котос чой эта частнаа с! алкнааатся.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
