1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 54
Текст из файла (страница 54)
6,2.4. Сечения резонансной перезарядки Не+ па Не. кривые 1 — 7 взяты «з слелхюшик работ: 1 — из !71, 2 — из [631, 3 — иэ !371; л — нз !361, 6-из !361, б — из !321, 7 — иэ Пб!. Кривая 7 нровелейа в соответствии . формулоб Еир сова !16), еле А — -1. 0 20 40 60 60 згЕ, ЗЕ'1' Фи г. 6.2.5. Сечения резонапснов перезарядки Нее ва 97е, Кривые 1 — 8 взяты иэ слелуюшик Рабой 1 — вз рй 2 — кз !63!, 3 — нз !371, 4 — иа !321, б — нз !331, б — иа !691, 7- нз !16!. зависимость характерна для симметричной резонансной перезарядки.
В своей работе по изучению реакции Нед' — -Н Файт, Смит и Стеббипгс !22~ не пытались выяснить состояние возникагогцих ионов гелия. Поэтому их результаты относятся к 50 40 сэ яЗ 2 Ф и г. 6.2.6. Сечении резонансной перезарядки Аге на Аг. т; 1-из РК 2 — из 1631, 3-нз !371, 4 — из !361, — ю 3 — ! — — 9 — 1!3! 10-ю !70! б — нз !331, 6 — иэ !321, 7 — иа !161, 8-из !691, — из й 1000 10000 Звврбив иоввб, 38 Фиг. 6.2.7. Сечения перезарядки иозюв Н+ ва итоьзарвом водороде. Кр жками обоззшяены вксверимешзльвме лани Р ! Х Р' ые аботы !221, крестиками — ленине работм !691, х тоякзин — результаты иыяислеяня дзлгарно ! -т лесе рл р ~ вебозш В 01 10 05 20 25 ~Е, зева Фиг, 6.250. Сечения перезарядки молекулярных ионов иа водароле.
~сч к ка О с на О от~ложная крнзак — перезаряжая 777 кз НЗ 17з6 чунктнрнаа — псрсзарплю Оз' па ОЗ 1741. Нели~низ ОГ -макраскспнческсс сечение псрезаряаки. 500 1000 4 б В 10 12 14 16 18 зТ зо вз Фиг. 6.2.11. Сечения для ионов Оз в Оз [46). 9 6 см О l 2,0 4,0 60 60 1110 12,0 14,0 160 180 зГ, зв"' 6,2,12. Сечения для ионов О в Оз [46[. Фиг.
0 50 100 Энергия ионов,зв Ф и г. 6.2.8. Симметричная н асимметричная резовансная перезарядка на атомарном водороде [22[. РЭО 1000 10000 Энергия ионов Н 1в лай сисозЗ, зв Ф иг. 6,2.9. Сечение перезарядки отрицательнык ионов водорода на атомар- ном водороде. Экспериментальные лакныс „нружки1 получены з работ.* 1З 1, сплошная анима пренелепа в соответствии с расчетами 1721.
16 = 12 сз. В В сс Ы ~ 15 '>о к 32 гв 24 с' 20 гб сг !г го 11! 12 в lб и 1г в 4 !Э и Мая даангль процессам с образованием ионов Не' во нсевозможных состояниях прн захвате электрона. В основном их интересовали такие процессы, которые приводят к возпикповспию ионов гелия 1-1е' в состоянии 26 или 2р, так как только такие реакции являются 0 10 20 30 '10 50 б0 70 ВО ггб, загул Ф и г.
6.233. Сечение перезарядки ралли шых ионов на люлекулнрном азоте. Дангпяс прнвслсны к результатам Стнсра н Барпста, огносямнмся к псрсэарялкс протонов на азоте прн вмсокой энсргпн. Прннята, что нрк и — --6000 эа вслнчнна 4 =11,6 ° 1О см у' прн парсэарядкс ловов Н+ на молскулярном азота [62!. Как обьяснястся в тексте, крнвыс саванна псрсзарядкк конов ОЗ н нанон Нэ' на молскулярном азота, пралставлснвыс нз втой чгпгурс, возможно, оююсзтся к бомбарлнруююом конам„нахолнинмся в возбумдсюгых сосгояннях.
О 10 20 30 40 50 60 70 ГГЕ 16 ПГ Ф и г. 6.2.!4. Сечении перезарядки ионов ЫО+ н Хзэ па окиси азота !чО !621 резонансными. Переходы в другие состояния при низких энергиях вносят совсем малый вклад в общее сечение перезарядки. Кривая, относящаяся к реакции Нс" — Н, очевидно, опись1вает нсрсзона попую энергетическую зависимость, Заслуживает внимания тот факт, что Файт и др.
использовали в эксперименте нзо- НБУПРУ1'ИВ СТОЛКНОВСНИЯ ТЯЖЕЛЫМ ЧАСТИЦ топ гелия с массой 3 для того, чтобы избс>кать путаницы, которая может возникнуть из-за попон Нй~ с том же отношением с/ит, образованных ничтожным количеством водорода в ионном источнике. Особь1й интсрес представляют данные, приведенные на фиг. 6.2.13 — 6.2.!6, поскольку они имсют большос значение для расчета равновесии в верхних слоях атмосферы.
Следует также обратить внимание на чрезвычайно большое ссчснис перезарядки ионов цезия на атомах цсзия !фиг. 6.2.17). Р Ю 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ГЕ Эечэ Ф и г. 6.235. Сечения перезарндки различным ионов на молекулярном кислороде. Данныс прнвсдсны к рсзультатам Створа н Барнета, отвосяюнмся к псрсзарялкс протонов — !а т на «нслорода прн высокой энсргнк. принято, что нрн и=эхюэв 4.
=-06 ° 10 сы прн г перезарядке протонов на кнслоролс !62!. Аммс и Аттсрбск [56) показали, что в экспериментс Стеббингса и др. !49 — 55) некоторые из ионов пучка, входящсго в камеру столкновений, находились в возбужденных состояниях. !Стеббингс и его коллеги ранее говорили о такой возможности.) В самом деле, кривая перезарядки Оз' на !46, показанная на фиг. 6.2.13, имеет резонансную форму, несмотря на тот факт, что зта реакция является эндотсрмической и поглощает свышс 3 эв. 1!аблюдаемая энергетическая зависимость может быть понятна в случае, если ион находится в возбужденном состоянии с энергиси, обеспечивающей случайный резонанс. Стсббингс и др.
!49 — 55) пользовались ионным источником, в котором электроны, производящие ионы, обладали высокой энсргисй — !00 эв. Между тем Амме и Аттсрбск !56] работали с ионным источником„энергия элсктропов которого могла составлять от 16 Ао 24 эв, причем наблюдали резонансную форму кривой 2сн Е,зо с О1 с: с с сс с с:,с: ч- о и а и с С С ОЗ ЧО 'Г ся , 5„01'5 то с с с й 3. Ионно-атомный обмен С ОО СО Г гмзрг 01 'Ь С го тиояг 01 '"5 О О'5 с о Х с 6 СО О ч и с о ч с сс с о М Ф сь й кч О и Ф Ся нйупругие столкновения тяжелых частиц сечения реакции От~ — 147, когда энергия электронов превышала 22 зз, и нерезонансную прн энергии электронов ниже 18 зв. Резонансное сечение реакции 1с1з — 1с1г, согласие данным Аммс и АТ1србека, имеет такую же энергетическую зависимость, 0 25 50 75 1ОО 125 150 175 ггЕ, яв ре Рис.
сс2.17. Сечения перезарядки иоиои 0з+ иа атомах цезия. Веско из ребогм ияь геи я е ионом кенго ссмяки см Оереонечэкьнне исгочннки; и-энергия яереиЧиого яучкя конон. как и по данным других авторов, но величина сечения уменьшается приблизительно на 15% при увеличении энергии электронов источника от 17 до 23 за. Энергия налетающих ионов в опытах Аммс — Аттербска нзмснялзсь в диапазоне от 40 до 1000 зз. Мы видим, что в общем при тепловых энергиях сечения перезарядки малы.
Однако сущсствучот другие типы нсупругнх реакций, в которых не происходит электронного перехода и которые при тепловых энергиях могут протекать с большой скоростью. Такие процессы называются ионна-молекулядными Реакциями. Онн играют большую роль и верхних слоях атмосферы и, кзк показано в гл. 9 и 12, также имеют определяющее значение в некоторых лабораторных экспериментах с ионизованными газами. Здесь мы остановимся иа одном типе ионномолскулярных реакций; о пру~их говорится в гл. 9, 9 9. Рас- гллвл в нсупгугив столкновения тяжелых члстиц 2йз сматриваемая здесь реакция является реакцией ионво-атомного обмена, в которой атом переходит от одной сталкиваюгцейся частицы к другой. Примерами процессов такого рода, которые могут протекать в ионосфере, являются реакции (75): О + (4 Ю" + Р(„ (6.3.1) О'+Ос-ь О,'+ О, (6.3.2) О'+Р(О- г(О +О, (6.3.3) О' + )(Π— ь Оз' -( М, (6.3.4) и++О,— Р(О +О, (6.3.5) г(~ + (40 — ~ г(О" + 1(, (6.3.6) Р( ' + г(Π— «1(з' + О, (6.3.7) Р(з + Р( — ь)4++ Р(з, (6 3.8) Оз +- Р( — з.
(40+ + О, (6.3.9) О +О О,+О (6.3.10) Скорости ионна-атомных реакций при малой энергии активации могут достигать величины порядка !О з сиз!(сен. Эти реакции важны для нас отчасти потому, что они приводят к эффективному преобразованию атомарных ионов, обладающих обычно очень малыми коэффициентами электронной рекоглбинации, в молекулярные, рекомбинация которых может протекать быстро (см. гл. 12, )) 5, 7). Ионне-атомный обмен„на который впервые обратил внимание Бейтс (76) как на важный процесс, аналогичен обычным химическим реакциям. Сечение иоино-атомного обмена обычно выражается в виде произведения алев = Р4е.
(6.3.1 1) где дв — сечение столкновений между первоначальными ионамп и молекулами, приводящих к захвату на орбиту (см. гл. 3, й 6), а Р— вероятность обмена при орбитальном движении частиц. Сечение столкновения с захватом на орбиту равно (формула (3.6.6)! дв (пв) = — „~эз ~ — )1 где ое — относительная скорость сближения, сс — -поляризуемость молекулы, ̄— приведенная масса иона и молекулы, Как правило, можно считать Р равным единице, ио если образование конечных продуктов реакции происходит ве непосредственно, а через какую-нибудь промежуточную стадию, так что на самом деле процесс нельзя считать воино-атомным обменом, то Р может оказаться значительно меньшим единицы.
Экспериментальные исследования панно-атомного обмена проводятся с помощью масс-спектромстра или разрядных камер с присоединенными к ним устройствами для вытягивания в анализа ионов. Описание типичных исследований дается в статьях (77 †8 Некоторые методы измерения разбираются в обзоре Хастсда (2) и в гл. 9, э 6, нашей книги. Па сегодняшний день исследований этих важных реакций проведено сравнительно мало, и много работы еп(с впереди. 9 4. Ионизация и срыв Как мы увидим в равд. Б, изучени1о ионизации и срыва ') прп столкновениях тяжелых частиц больших энергий посвящено огромное число работ. При энергиях же частиц ниже 500 эз, напротив, проведено очень мало измерений.
Причину этого можно искать в том, что сечения образования свободных электронов при низких энергиях намного меньше сечений других рсакций, и поэтому в различных явлениях при малых энергиях, представляющих теоретический или прикладной интерес, основную роль обычно играют другие реакции. Но в последнее время увеличившийся интерес к ударным волнам, физике плазмы и химии высоких температур вызвал потребность в данных по ионизации и срыву при энергиях порядка нескольких десятков или сотен электронвольт и в будущем можно ожидать оживления деятельности в этой области исш1сдований.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
