19. Непружна взаємодія електронів з атомами і молекулами.

В результаті пружних зіткнень частинки можуть обмінюватись енергією та імпульсом, проте внутрішня енергія та стан частинок лишаються незмінними. Відповідно при непружних зіткненнях внутрішня енергія та стан однієї з частинок зазнає зміни (рідше зазнають зміни внутрішня енергія та стан обох частинок).

Непружні зіткнення, в свою чергу, ділять на удари першого та другого роду. До ударів першого роду належать процеси, які відбуваються за рахунок кінетичної енергії частинок, що стикаються: збудження електронних, коливних, обертових станів молекул, атомів та іонів. До непружних ударів І роду відносять і такі, що супроводжуються перетвореннями самих частинок – наприклад, іонізацією атомів або дисоціацією молекул.

Якщо ж частинка стикається з іншою, яка перебуває у збудженому стані, і внутрішня енергія збудженої частинки повністю або частково переходить в енергію поступального руху, говорять про удари другого роду, або надпружні удари.

Збудження атомів та молекул електронним ударом:Процесів, що приводять до збудження атомів та молекул, із непружних зіткнень важких частинок з електронами (збудження електронним ударом):

,

де е позначає електрон, А – важку частинку (в найпростішому випадку – атом), а зірочка – збуджений стан.

Іонізація:e+Ae+e+A⁺

Дисоціація молекул : e+ABA+B+e(відбувається частіше ніж іонізація)

Ударно випромінювальна рекомбінація: e+A⁺+e A + e(з більшою кінетичною енерг.)

Збудження коливань: процес збудження електронним ударом іде через проміжний стан: спершу молекула захоплює електрон і утворюється негативний молекулярний іон, а потім цей іон, який виявляється нестійким, швидко розпадається на молекулу зі збудженими коливаннями і електрон з енергією, зменшеною щодо початкового значення:

.

Збудження обертових рівнів молекул: Молекули при зіткненні навіть при кімнатній температурі обмінюються енергіями порядку k_BТ (нагадаємо, що при кімнатній температурі k_BТ=2.5910^-2 еВ), які складають багато обертових квантів, тобто процес іде за законами класичної механіки.

Електрон при зіткненні з молекулою передає їй лише енергію порядку Wm/M, яка виявляється значно меншою від кванту обертання. Тому такий процес відбувається за суто квантово-механічними законами.

Квантовий перехід відбувається за рахунок взаємодії електрона з периферійним полем молекули. Якщо молекула має дипольний момент (несиметричні молекули СО, NO та інші), то відбувається дипольний перехід, при якому j змінюється на одиницю.

Якщо молекула симетрична (складена з двох однакових атомів – O₂, N₂, H₂, або є лінійною триатомною – СО₂), вона не має дипольного моменту. Її взаємодія з електроном визначається квадрупольним моментом молекули. При цьому j змінюється на дві одиниці.

Фоторекомбінація:e+A⁺ A. Дає можливість виміряти розподіл електронів по енергіям.

20. Темний таунсендівський розряд

Нехай ми подаємо на електроди напругу, трохи більшу за V_t, що необхідно для відтворення μ>1. Тоді ток і іонізація будуть нарастати, поки це не буде зупинено рекомбінацією або зовнішнім омічним опором. На останньому по мірі зростання струму падає все зростаюча частина напруги джерела живлення і напруга на електродах зменшується. Коли напруга впаде до величини V_t рост закінчеться і самостійний струм стане стаціонарним. Так запалюється темний таунсендівський розряд. Це відбувається коли зовнішнє навантаження настільки велике, що розрядний струм обмежується дуже малою величиною, при якій зовнішнє поле не спотворюється додатнім просторовим зарядом, що накопичується у проміжку.

На ВАХ цьому процесу відповідає ділянка BC. Такий самостійний розряд дійсно спостерігається в звичайних трубках при струмах (10^-10-10^-5А). Оскільки іонізація дуже мала газ зовсім не світиться.