МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ЭПУ
отчет
по лабораторной работе №2
Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА СЕЧЕНИЯ ИОНИЗАЦИИ АТОМОВ ПРИ СОУДАРЕНИИ ЭЛЕКТРОНОВ С АТОМОМ
по дисциплине: Вакуумная и плазменная электроника
Студенты гр.3206 |
|
Игнатовская Н. Корепанов Д. М. Остапенко П. В. Попова А. Д. |
Преподаватель |
|
Тареев К. Г. |
Санкт-Петербург
2025 г.
Цель работы: ознакомление с методиками расчета сечения ионизации атомов при соударении электронов с атомами.
Основные теоретические положения
Для расчета сечения ионизации атомов электронами используются различные аппроксимационные формулы. При небольших энергиях электронов используется линейная аппроксимация. σi (U) = αi(U-Ui) , где где αi – коэффициент пропорциональности; U – энергия ионизирующих электронов, В; Ui – потенциал ионизации атома или молекулы.
В широком диапазоне энергий электронов можно применять следующие аппроксимацию Лотца–Дрэвина:
де S0 = πа02 = 0.88 · 10-20 м2 (а0 – радиус первой боровской орбиты атома водорода); R∞ = 13.6 В – потенциал ионизации атома водорода по Ридбергу; β1 и β2 – расчетные коэффициенты; l – число эквивалентных электронов на внешней оболочке ионизируемого атома (электронов с одинаковыми главными и орбитальными квантовыми числами);
В газовом разряде электроны имеют широкий диапазон энергий, который описывается функцией распределения электронов по энергиям. Электроны в газоразрядной плазме приобретают свою энергию под действием электрического поля. Расход энергии происходит за счет упругих и, особенно, неупругих столкновений с атомами. Кроме этого, в плазме возможен также обмен энергией между электронами. В зависимости от соотношения между всеми этими факторами устанавливаются различные распределения электронов по энергиям. В равновесных условиях чаще всего встречается распределение Максвелла:
Для оценки эффективности ионизации в плазме необходимо усреднять σi по функции распределения электронов:
де We – средняя энергия электронов. Для Максвелловского распределения We=3/2kTe, где k – постоянная Больцмана; Te – температура «электронного газа»;
Обработка результатов
Таблица 1 -
Газ |
Ui, В |
αi *10-22 ,м2/B |
σimax*10-20, м2 |
Umax, В |
l, м |
H2 |
24.5 |
1.3 |
0.34 |
120 |
2 |