Ионосфера. Ионизация. Соотношение между концентрацией свободных электронов и отрицательных ионов. Отражение радиоволн от ионосферы, страница 7

Однако выше, в области F₂, имеет место уже линейная зависимость скорости гибели эелктронов от их концентрации [78]. Когда  количество нейтральных частиц с ростом высоты уменьшается и вместе с ним уменьшается доля молекулярных ионов, определяющим фактором становятся ионно-молекулярные реакции, подготавливающие «сырье» для реакций диссоциативной рекомбинации. На высотах выше 200 км, то есть, в области F₂, основными ионами являются O⁺, которые теряются в ионно-молекулярных реакциях с нейтральными молекулами кислорода и азота, приводящих к образованию молекулярных ионов . Последние уже очень быстро рекомбинируют со свободными электронами. Поэтому критической стадией являются не реакции рекомбинации, а ионно-молекулярные реакции гибели атомарных ионов кислорода. Следовательно,

,

где  - эффективная скорость рекомбинации. Как видно, скорость гибели электронов здесь  линейно зависит от концентрации электронов.

10.2. Ионизация. Соотношение между концентрацией свободных электронов и отрицательных ионов

Атомы и молекулы в атмосфере могут ионизироваться  коротковолновым солнечным излучением  либо корпускулами[5]:

                                                                                               (10.1)

Обозначим I- скорость (коэффициент) ионизации для всех процессов. Скорость ионизации определяет вероятность ионизации частицы за единицу времени. Если в единице объема находится n частиц, то за единицу времени In из них будут ионизированы.

Возможны также ионно-молекулярные реакции:

                                                                                                    (10.2)

и реакции «прилипания» электронов к нейтральным частицам:

                                            .                                                     (10.3)

Обратная реакция отлипания электрона возможна под действием излучения или в результате столкновения:

                                               ,      J,                                                            (10.4)

                                              ,                                                           (10.5)

Коэффициенты  в формулах обозначают скорости соответствующих реакций. Обозначим J - коэффициент фотоотлипания (по смыслу соответствующий коэффициенту ионизации). Наконец, возможны реакции реком­бинации положительных и отрицательных частиц:

                                                  , ,                                                          (10.6)

                                                ,  .                                                       (10.7)

Далее для простоты будем предполагать, что существует только по одному типу ионов каждого сорта, то есть, ионно-молекулярных реакций нет. Тогда уравнения нераз­рывности [29]:

                                               ,                                                  (10.8)

                                               ,                                      (10.9)

                                               ,                          (10.10)

где п - концентрация нейтральных частиц, n⁺ , n^-, n_e - концентрации положитель­ных и отрицательных ионов и электронов соответственно, причем имеет место соотношение n>>n⁺, n^-, n_e, и концентрация n поэтому полагается неизменной[6]. Кроме того, полагают, что выполняется условие электро­нейтральности:

                                                  ,                                                        (10.11)

где  - отношение концентраций отрицательных ионов и электронов. Тогда из (10.8) и (10.9) легко получить

                                   ,                                               (10.8΄)

                                  .                           (10.9΄)

А уравнение (10.10) становится ненужным, коль скоро использовано условие (10.11). Из этих двух уравнений можно получить дифференциальное уравнение для λ. Для этого (10.8') надо умножить на λ и вычесть из него (10.9'):