Неупругие столкновения ионов и электронов с атомами, страница 3

4. Другие механизмы ионизации

Фотоионизация, т.е. ионизация под воздействием фотона

А + hn ® А⁺ + е.

Также как и ионизация электронным ударом может идти в два этапа,  сначала возбуждение

А + hn ® А^*

а затем ионизация

А^* + hn ® А⁺ + е .

Ионизация ударами быстрых тяжелых частиц

А + В ® А⁺ + В + е маловероятна при энергиях характерных для газовых разрядов.  Исключением по-видимому является ВТР, где имеются тяжелые частицы с  высокой энергией и дуги высокого давления, где газ нагрет до высоких температур. Однако если одна из тяжелых частиц является возбужденной и энергия  возбуждения выше энергии ионизации другой частицы, то вероятность  реакции

А + В^*  ® А⁺  + В + е очень велика, но здесь та же проблема, что и при ступенчатой  ионизации - как получить достаточную концентрацию возбужденных  частиц. Если это удается например благодаря использованию смесей газов,  атомы одного из которых имеют метастабильные уровни причем с энергией,  превышающей энергию ионизации другого газа, то эффект может быть  существенным. Он получил название эффекта Пеннинга.

Другой механизм с участием тяжелых частиц, который, по-видимому,  играет существенную роль в искровых разрядах, это т.н.  ассоциативная ионизация

А  + В^* ®  (АВ)⁺  + е в ходе которой атомы объединяются в молекулу и выделяющаяся энергия  связи атомов в молекуле плюс энергия возбуждения оказывется  достаточной для ионизации и образования молекулярного иона и  электрона. Следует отметить, что образование молекулярных ионов по  этому механизму может идти даже в тех газах, которые не образуют  нейтральные молекулы, например Не.

Автоионизация - процесс заключающийся в последовательном  переводе на возбужденные уровни двух электронов, а затем один из  них возвращается на основной уровень, причем энергия передается  второму электрону, который покидает атом

А^** ® А⁺  + е

5. Рекомбинация

Процесс исчезновения заряженных частиц, обратный ионизации, называется рекомбинацией. Выше было нарисовано несколько различных реакций ионизации. Если в  них поменять направления стрелок, то мы и получим возможные  механизмы рекомбинации. Но не все так просто. Есть одно  обстоятельство, на которое следует обратить внимание. Это то, что  во многих записанных реакциях по одну сторону от стрелки две  частицы, по другую 3. Таким образом для реализации соответствующего  механизма рекомбинации необходимо столкновение 3-х частиц (т.н.тройное столкновение). Например в реакции обратной к ионизации  электронным ударом е + е + А⁺ ® е + А присутствие третьей частицы (второго электрона) необходимо чтобы  унести выделившуюся энергию связи электрона в атоме. Нетрудно  догадаться, что одновременная встреча в одном месте трех частиц  менее вероятна чем двух и поэтому рекомбинация в тройных  столкновениях играет существенную роль только в плотной  сильноионизированной плазме. Скорость рекомбинации в тройных  столкновениях пропорциональна не только плотности рекомбинирующих  частиц, но и плотности третьих частиц. В рассматриваемом случае  третья частица - электрон и поскольку одна из рекомбинирующих  частиц также электрон то частота рекомбинации  ~ Nn_e². Непосредственное образование атома в основном состоянии очень маловероятно. С  гораздо большей вероятностью в тройных столкновениях происходит  ударно-радиационная рекомбинация, в ходе которой сначала происходит  захват электрона на верхний (возбужденный) уровень е + е + А⁺ ® е + А^* , а затем происходит переход возбужденного атома в основное  состояние, причем этот переход также с большей вероятностью  происходит постепенно: с более высоких уровней на менее высокие и  только затем в основное состояние.  Нетрудно видеть, что разобранный процесс является обратным к тому,  что происходит при ступенчатой ионизации.            Фоторекомбинация (фотозахват) захват электрона ионом с  испусканием кванта