Теория искры - Лозанский Э.Д.
Скачать (прямая ссылка):
В табл. 1.3 и 1.4 приведены данные о потенциалах возбуждения, ионизации и диссоциации атомов некоторых газов.
39
T а б л и ц а 1.3 Потенциалы возбуждения и ионизации атомов газов
I Атом Потенциал возбуждения на первый метастабиль-ный уровень V эв TYl, Потенциал возбуждения на первый резонансный уровень Vr, эв Потенциал ионизации Vi, Атом Потенциал возбуждения на первый метастабиль-ный уровень vmt 56 Потенциал возбуждения на первый резонансный уровень vV, Потенциал ионизации Vi, эв
H 10,198 13,595 Ne 16,62 16,85 21,56
He 19,80 21,21 24,59 Ar 11,55 11,61 15,76
С 1,26 7,48 11,26 Kr 9,91 10,02 14,00
N 2,38 10,30 14,53 Xe 8,32 8,45 12,13
О 1,97 9,15 13,61
Таблица 1.4
Потенциалы диссоциации Vd, возбуждения Vr и ионизации Vt молекул газов
Молекула vd, эв Vr, *в ^if эв Молекула vCl, эв Vr, эв vU эв
H2 4,476 11,5 15,42 O2 5,080 7,9 12,2
CO2 — 10,0 13,8 H2O — 7,6 12,6
N2 9,756 6,1 15,6 NO 6,487 5,4 9,25
Потери энергии на возбуждение и ионизацию газа. Если поле не очень мало, то электроны, ускоряемые им в самом газе, теряют энергию в основном на возбуждение атомов или молекул газа. Если плотность плазмы достаточно велика, то атомы не успевают высвечиваться до повторного соударения их с электронами и значительная часть энергии, приобретаемой электронами в электрическом поле, переходит в ионизацию. В противном случае основная часть энергии идет в высвечивание и нагревание газа. Для исследования этих процессов необходимо решать кинетическое уравнение, используя сведения, о которых говорилось выше.
При прохождении пучка быстрых электронов через газ, ускоренных в катодном падении напряжения, или входящих в газ извне, например от ускорителя, потеря энергии определяется формулой
T
"-N
dx
2 0In (en-e„) + Jdej . (1.80)
Здесь dT/dx — потеря энергии электроном на единице пути; aIj1 — сечение возбуждения уровня с энергией возбуждения Sn — є0; dOi (T, s)/d& — дифференциальное сечение ионизации для переда-
40
чи ионизуемому електрону энергии в интервале 8 ± у сіє, так что
его кинетическая энергия при вылете из атома равна є — є* (для соответствующей оболочки); если это не наинизшая энергия, то атом остается в возбужденном состоянии; N — концентрация атомов или молекул газа.
Для очень больших энергий налетающего электрона (или другой заряженной частицы) выражение (1.80) вычисляется практически точно в борновском приближении:
— = N 4nZz2e* in, (L81)
ds mv2 є
где N — концентрация атомов газа; Z — число электронов в атоме; z — заряд частицы в единицах е\ т — масса электрона; v — скорость частицы; є = 15 Z4/3 эв — средняя энергия электронов атома. Для надежного использования этой формулы необходимо, чтобы mv2!2 > 15 Z2 эв, хотя для легких элементов должно выполняться неравенство mv2!2 >100 Z2 эв. Для тяжелых частиц (например, протона) условие применимости формулы значительно менее жесткое. Достаточно выполнения неравенства mv2!2 ^ 15 Z2 эв.
Для электронов меньших энергий в качестве грубой оценки можно снова воспользоваться классической механикой. Считая, что энергия электрона настолько мала, что возбуждением внутренних оболочек можно пренебречь (кроме сделанной выше оговорки относительно застраивающейся или только что застроенной оболочки), и считая энергию возбуждения, превышающую первый уровень возбуждения, непрерывной, получаем на основе предыдущего
— = -^—In—. (1.82)
dx T -}"2 Sj 8ю
Энергия электронов должна быть при этом не менее 60 эв.
Для тяжелых частиц, обладающих скоростью от IO7 см!сек до примерно 5-Ю8 см/сек, исключая наиболее легкие элементы, приг мерно до углерода, потери энергии описываются формулой
dT___4N (ZajrZb) h*V
dx те2
(1.83)
где Za и Zb — заряды ядер частиц. Эта формула также была получена О. Б. Фирсовым [70] из полуклассических соображений. В работе [70] дана потеря энергии AT (р) при столкновении двух атомов как функция прицельного параметра р. Чтобы получить dT/dx, надо взять интеграл
^ = Д7(р)-2ярф.
ах J о
В описанных случаях примерно от 25 до 50% потери энергии прямо и через вторичные процессы (например, ионизация освободившимися высокоэнергетическими электронами) расходуется на иониза-
41
цию. При относительно низких энергиях ионизирующих электронов, лишь не на много превышающих энергию ионизации, наоборот, непосредственно на ионизацию идет малая часть энергии, а основная часть расходуется на возбуждение атомов.
Фотоионизация. Излучательная рекомбинация. Источником ионизирующего электромагнитного излучения может быть внешнее излучение, в котором присутствуют фотоны любых энергий. Точный расчет сечения фотоионизации возможен лишь для атома водорода. Для других атомов относительно точный расчет можно произвести в той мере, в какой точны волновые функции начального и конечного состояний атома с улетающим электроном. Для сложного атома и настолько большой энергии фотона, что могут быть ионизованы электроны из разных оболочек, нужно суммировать все соответствующие сечения. Правда, наибольший вклад в эту сумму ( ~ 80%) вносят электроны наиболее глубоких оболочек.
