Date teoretice - stadopedie

Când electronii se ciocnesc cu un atom "

Finalizat: Berbushenko DA

Grupa 9202 FEL

Familiarizarea cu diferite formule care aproximează secțiunea transversală de ionizare.

Pentru a estima limitele aplicabilității unei formule aproximând secțiunea transversală a ionizării, pentru a alege forma acestei formule pentru cele mai comune tipuri de descărcări.







Coliziunea particulelor atomice este elastică și inelastică. În cazul unei coliziuni elastice între particule, are loc un schimb de moment și energie cinetică, însă energiile și stările interne rămân neschimbate. În coliziunea inelastică, suma energiei cinetice a particulelor participante se schimbă datorită unei schimbări corespunzătoare a energiei lor interne (potențiale) (toate sau unele dintre acestea).

Electronii aflați în orbite externe (electroni de valență) sunt asociate cu nucleul mai slab decât electronii, care se află pe orbitele interioare mai aproape de nucleu. Sub condiția unui efect energetic extern asupra atomului, electronii de valență sunt capabili să părăsească orbita lor, ceea ce duce la excitarea sau ionizarea atomului.

Abilitatea unui atom de a pierde sau de a dobândi electroni este determinată cantitativ de energia de ionizare a atomului și de afinitatea sa cu electronul. Prin energie de ionizare se înțelege cantitatea de energie care este necesară pentru a rupe legătura dintre un electron și un atom neexectat.

Ionizarea unui atom se poate produce datorită unei coliziuni directe a unui electron liber cu un atom dacă energia sa este mai mare decât Wi. În plus, este posibil de ionizare în trepte, care are loc în două etape: prima coliziune cu un electron într-un atom excitat (de obicei metastabile) de stat și apoi ciocnirea atomilor metastabile cu ionizare de electroni are loc evenimentul. Evident, în al doilea caz, energia minimă necesară pentru ionizare va fi semnificativ mai mică decât în ​​cazul interacțiunii directe. Schematic, aceste procese sunt prezentate în Fig. 1.1, b, c (atom de tranziție în stare excitată și ionizarea atomului respectiv). În Fig. 1.1, și este dată schema interacțiunii elastice a unui electron cu un atom.


O opțiune destul de comună este ionizarea unui atom sub acțiunea unui impact cu electroni. Ecuația de conservare a energiei în acest caz va avea forma:







unde Ve0 și Ve1 sunt vitezele inițiale și finale ale electronului primar;

Ve2 și Vp sunt vitezele electronului și ionului secundar;

Ui este potențialul de ionizare.

Ionizarea este un proces probabilistic, se caracterizează fie prin probabilitatea ionizării, fie prin secțiunea eficace de ionizare - si. După cum se poate observa din (1), dependența lui si de energia electronilor Ue va avea un caracter de prag: pentru Ue

Calcularea secțiunii transversale de ionizare:

Un număr mare de formule aproximative sunt utilizate pentru a calcula secțiunile transversale de ionizare ale atomilor prin electroni.

1. Aproximarea liniară, utilizată în regiunea cu energie scăzută a electronilor:

unde ai este coeficientul de proporționalitate, U este energia electronilor ionizați exprimată în volți și Ui este potențialul de ionizare al unui atom sau moleculă.

2. Apropierea Lotz-Drivin:

unde S0 = pα02 = 0,88 * 10 -16 cm2 (a0 este raza primei orbite Bohr a atomului de hidrogen);

Rd = 13,6V - potențialul de ionizare al atomului de hidrogen (Rydberg);

b1 și b2 sunt coeficienți ajustabili.

Valorile lui ai și l sunt date în tabel:

Fig. 2. Tabele de aproximare.

# 963; aproximare liniară

# 963; 1 aproximarea Lotz-Drivin pentru # 946; 1 = 1 # 946; 2 = 1

# 963; 2 aproximarea Lotz-Drivin pentru # 946; 1 = 1,25 # 946; 2 = 0,3

# 963; 3 aproximarea Lotz-Drivin pentru # 946; 1 = 0,625 # 946; 2 = 0,72

4. Calcularea distribuției Maxwell, utilizată în condiții de echilibru:

Figura 3. Graficul distribuției energiei.

fm (U, 10) = f (u) pentru We = 10

5. Estimarea ratei medii de formare a ionilor în coloana pozitivă a debitului de gaz.

Graficul grafic al secțiunii medii a secțiunii de ionizare

1) În această lucrare de laborator am studiat diferite tehnici de calcul al secțiunii transversale, cum ar fi liniar și aproximat prin metoda Lotz-Drivin. După cum sa dovedit, o secțiune mai precisă a descris aproximarea Lotz-Drivin, dar această formulă nu este foarte ușor de folosit, deoarece a fost nevoie de timp pentru a selecta coeficienții. Dacă se folosește aproximarea liniară, atunci este mult mai rapidă și mai ușoară, dar singura confirmare negativă a acestei dependențe poate fi numai pentru valorile mici ale energiei electronilor.

2) Se poate observa din datele obținute că aproximarea Lotz-Drivin coincide practic cu experimentul la energii înalte, iar discrepanța, care se vede în Fig. 2 sugerează că relațiile construite sunt o teorie construită dintr-o dependență de formula.

3) Într-o descărcare de gaz, electronii au o gamă largă de energii, care este descrisă de funcția de distribuție a energiei electronice, astfel încât distribuțiile de energie ale electronilor sunt stabilite, iar în Fig. 3 Distribuțiile Maxwell pentru electronii cu o medie de energie sunt construite.

4) În figura 4, la valori scăzute de energie, două dependențe coincid, la energii mai mari dependența liniară crește, este mai adecvată utilizarea aproximării Lotz-Drivin. descrie cu mai multă exactitate dependența.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: