При зіткненні електронів з атомом »
Виконав: Бербушенко Д.А.
Група 9202 ФЕЛ
Ознайомлення з різними формулами, апроксимуючими перетин іонізації.
Оцінити межі застосовності тієї чи іншої апроксимуючої перетин іонізації формули, вибрати вид цієї формули для найбільш поширених видів розряду.
Зіткнення атомних частинок носять пружний і непружних характер. При пружному зіткненні між частинками відбувається обмін імпульсом і кінетичної енергією, але їх внутрішні енергії та стану залишаються незмінними. При неупругом зіткненні сума кінетичної енергії беруть участь частинок змінюється за рахунок відповідної зміни їх внутрішньої (потенційної) енергії (всіх або деяких з них).
Електрони, що знаходяться на зовнішніх орбітах (валентні електрони), пов'язані з ядром слабше, ніж електрони, які знаходяться на внутрішніх, ближчих до ядра орбітах. За умови зовнішнього енергетичного впливу на атом валентні електрони здатні покинути свою орбіту, що призводить до порушення або іонізації атома.
Здатність атома втрачати або здобувати електрони кількісно визначається енергією іонізації атома і його спорідненість з електроном. Під енергією іонізації розуміють ту кількість енергії, яка необхідна для руйнування зв'язку між електроном і незбудженим атомом.
Іонізація атома може відбуватися за рахунок прямого зіткнення вільного електрона з атомом, якщо його енергія вище Wi. Крім цього, можлива ступінчаста іонізація, яка відбувається в два етапи: при першому зіткненні з електроном атом переходить у збуджений (як правило, метастабильное) стан, а потім при зіткненні метастабильного атома з електроном відбувається акт іонізації. Очевидно, що в другому випадку мінімальна енергія, необхідна для іонізації, буде істотно нижче, ніж при прямому взаємодії. Схематично ці процеси представлені на рис. 1.1, б, в (перехід атома в збуджений стан і іонізація атома відповідно). На рис. 1.1, а дана схема пружної взаємодії електрона з атомом.
Досить поширеним варіантом є іонізація атома під дією електронного удару. Рівняння збереження енергії в цьому випадку буде мати вигляд:
де Ve0 і Ve1 - початкова і кінцева швидкості первинного електрона;
Ve2 і Vp - швидкості вторинного електрона і іона;
Ui - іонізаційний потенціал.
Іонізація - імовірнісний процес, вона характеризується або ймовірністю іонізації, або ефективним поперечним перерізом іонізації - si. Як видно з (1), залежність si від енергії електрона Ue носитиме пороговий характер: при Ue Розрахунок перетину іонізації: Для розрахунку перетинів іонізації атомів електронами використовується велика кількість апроксимуючих формул. 1. Лінійна апроксимація, яка використовується на ділянці низьких енергій електронів: де ai - коефіцієнт пропорційності, U - виражена в вольтах енергія іонізуючих електронів, Ui - потенціал іонізації атома або молекули. 2. Апроксимація Лотц-Древіна: де S0 = pа0 2 = 0.88 * 10 -16 см 2 (а0 - радіус першої боровськой орбіти атома водню); Rd = 13.6В - потенціал іонізації атома водню (Ридберг); b1 і b2 - підганяльні коефіцієнти. Значення ai і l дані в таблиці: Рис2. Графіки апроксимації. # 963; лінійна апроксимація # 963; 1 апроксимація Лотц-Древіна при # 946; 1 = 1 # 946; 2 = 1 # 963; 2 апроксимація Лотц-Древіна при # 946; 1 = 1.25 # 946; 2 = 0.3 # 963; 3 апроксимація Лотц-Древіна при # 946; 1 = 0,625 # 946; 2 = 0.72 4. Розрахунок розподілу Максвелла, що використовується в рівноважних умовах: Рис3. Графік розподілу енергії. fm (U, 10) = f (u) при We = 10 5. Оцінка середньої швидкості іонообразованія в позитивному стовпі газового розряду. Ріс4.Графік усередненого перерізу іонізації 1) В даній лабораторній роботі ми вивчили різні методики розрахунку перетину, такі як лінійний і апроксимувати за методом Лотц-Древіна. Як виявилося, більш точне перетин описала апроксимація Лотц-Древіна, але цією формулою користуватися досить не просто, так як довелося витратити час на підбір коефіцієнтів. Якщо користуватися лінійною апроксимацією, то це набагато швидше і легше, але єдиний мінус підтвердження цієї залежності може бути тільки при малих значеннях енергії електронів. 2) З отриманих даних видно, що апроксимація Лотц-Древіна практично збігається з експериментом на високих енергіях, а розбіжність, яке видно на рис. 2 говорить про те, що побудовані залежно є теорією, побудованої за формульної залежності. 3) У газовому розряді електрони мають широкий діапазон енергій, який описується функцією розподілу електронів по енергіях, тому встановлюються різні розподілу електронів по енергіях, і на рис. 3 побудовані розподілу Максвелла для електронів з середньою енергією. 4) На рис.4 при малих значеннях енергії дві залежності збігаються, на високих енергіях лінійна залежність зростає, апроксимацію Лотц-Древіна використовувати доцільніше тому вона більш точно описує залежність.Схожі статті