1.8. Диссоциация молекул

Еще одним видом неупругого столкновения электронов с молекулами газа является столкновение приводящее к диссоциации молекулы, при котором молекула распадается на отдельные атомы или группы атомов. В общем виде эта реакция записывается как

e + M₂  M + M + e.

Этот процесс имеет большое значение как для развития разряда, так и при технологическом использовании электрических разрядов, когда в разряде получают частицы определенного сорта.

Энергии диссоциации молекул обычно выше энергии электронного возбуждения и ниже энергии ионизации молекулы. При столкновении электронов с молекулой с ее диссоциацией электрон теряет энергию, что препятствует его участию в ионизации и затрудняет развитие разряда, но продукты диссоциации могут принимать участие в цепочке последующих реакций, включая химические превращения, на которых и основывается электротехнология.

Вероятность прямого разбиения молекулы при столкновении с электроном очень мала, так как мало время передачи энергии от электрона молекуле и его недостаточно для ее разбиения на атомы и их ухода друг от друга. Обычно диссоциация идет двухступенчатым путем: сначала происходит возбуждение электронных состояний молекулы, а затем распад возбужденной молекулы на атомы.

1.9. Рекомбинация

Помимо ионизации, при которой возникают новые электроны и ионы, в ионизованном газе идет обратный процесс  воссоединение заряженных частиц при их столкновениях с образованием нейтральных молекул.

e + M^  M

или

M^ + M^  M₂.

Этот процесс, называемый рекомбинацией, включает в себя большое число разных взаимодействий, приводящих к взаимной нейтрализации заряженных частиц.

Если взаимодействующие частицы  ионы, процесс называют ион-ионной рекомбинацией, если одна частица  электрон, а другая положительный ион, то это  электрон-ионная рекомбинация. В общем случае процесс взаимной нейтрализации характеризуют коэффициентом рекомбинации _р, определяемым как число R актов рекомбинации в единице объема газа за единицу времени, при единичной концентрации частиц положительных и отрицательных, то есть

. (1.10)

При рекомбинации противоположно заряженных частиц образующаяся нейтральная частица обладает энергией, меньшей полной внутренней энергии рекомбинирующих частиц, при этом избыток энергии W освобождается разным способом. Так при ион-ионной рекомбинации может быть:

а) трехчастичная рекомбинация

А^ + B^ + C  A + B + (C +W),

при которой в процессе взаимодействия участвует третья частица (заряженная или нейтральная), и избыток энергии передается ей. Этот вид рекомбинации наиболее существенен при давлениях порядка атмосферного, поскольку требуется достаточная плотность третьих частиц;

б) радиационная рекомбинация

А^ + B^  AB + h,

сопровождающаяся излучением и преобладающая при низких давлениях, когда имеет место недостаток третьих частиц;

в) диссоциативная рекомбинация

(АB)^ + C ^  A + B + C,

имеющая место, если один или оба иона являются молекулярными, а избыток энергии идет на диссоциацию образующейся нейтральной молекулы.

При атмосферном давлении в воздухе коэффициент ион-ионной рекомбинации составляет _р = 2,410^-6 см³/с.

Электрон-ионная рекомбинация имеет значительно меньшую вероятность из-за высокой скорости передвижения электронов, что ограничивает время взаимодействия частиц и время захвата электрона для образования нейтральной частицы.