Диссоциативная рекомбинация электрона и молекулярного иона
сопровождается диссоциацией молекулярного иона, на к-рую расходуется энергия связи электрона и иона, преобразующаяся также частично в кинетич. энергию разлёта атомов. Этот процесс в осн. определяет объёмную нейтрализацию заряж. частиц в низкотемпературной плазме молекулярных газов, а также в плазме атомарных газов достаточно высокого давления (р≥10 тор) при умеренных темп-pax тяжёлых частиц (до ~ 1000 К), когда преобладающим сортом положительно заряженных частиц являются молекулярные ионы. Типичные значения коэф. диссоциативной Р. при комнатной темп-ре представлены в табл.; если темп-ра отлична от комнатной, она указана в скобках (К):
Обычно один из атомов, образующихся в результате диссоциативной Р., оказывается сначала в возбуждённом состоянии, а затем переходит в невозбуждённое, спонтанно излучая. Это излучение служит источником информации о механизме диссоциативной Р., а также о состоянии молекулярных ионов в плазме. Процесс диссоциативной Р. играет заметную роль в ионосфере Земли, в газоразрядной плазме и в активных средах газовых лазеров.
Тройная электрон-ионная рекомбинация происходит по схеме
рекомбинация
тройная
согласно к-рой избыточная энергия уносится электроном плазмы.
Именно таким процессом объясняется нейтрализация заряж. частиц в плазме атомарного газа с электронной темп-рой, много меньшей потенциала ионизации атомов, с достаточно
высокой плотностью электронов при преобладании атомарных ионов (давление газа≥10 тор). В этих условиях электрон-электронное соударение в поле иона приводит к захвату одного из электронов в высоковозбуждённое состояние атома с энергией ионизации порядка kTe. В
результате последующих столкновений возбуждённого атома с электронами плазмы, а также процессов спонтанного излучения слабосвязанный электрон переходит в основное состояние атома.
Тройная электрон-ионная Р. играет существ. роль в плазме дугового разряда, в пучковой плазме
высокого давления. |
12 |
Элементарные процессы в разреженной плазме. формула Эльверта.
В разреженной плазме нередко реализуется случай открытой системы, когда излучение свободно выходит из плазмы. Стационарное состояние определяется приравниванием скорости ионизации
ω1 = k1·na·ne
и скорости рекомбинации при испускании излучения (фоторекомбинация)
ω3 = k3·ni·ne.
(корональное равновесие)
ni k1 K (T ) na k3
Этот результат называют формулой Эльверта.
Согласно ей в разреженной плазме, из которой излучение выходит свободно, степень ионизации не зависит от концентрации частиц в плазме и определяется
только температурой.
13
Корональное равновесие
ионизация |
фоторекомбинация |
|
электронным ударом |
||
|
Релаксация возбужденных частиц в плазме
Релаксация возбужденных нейтральных частиц в низкотемпературной плазме в основном происходит:
•путем излучения электромагнитного излучения (спектроскопия)
•путем релаксации внутренней избыточной энергии при столкновениях.
15
СПЕКТРОСКОПИЯ
Каждый атом и молекула имеют уникальное строение, которому соответствует свой спектр излучения при релаксации возбуждения.
Спектр излучения железа.
Спектр излучения водорода.
16
Энергии переходов между уровнями внутренних оболочек электронов соответствуют вакуумной ультрафиолетовой и рентгеновской областям спектра.
Валентные электроны, переходя с уровня на уровень при релаксации в основное состояние, испускают излучение в ближней инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях.
Переходы между колебательными уровнями одного и того же электронного состояния соответствуют частотам инфракрасной области
Переходы между вращательными уровнями одного и того же колебательного состояния попадают в дальнюю инфракрасную и микроволновую области
Разница энергий уровней определяет энергию испущенного фотона, и следовательно его частоту в соответствии с формулой:
здесь E — энергия, h — постоянная Планка и ν — частота.
17
Метод ИК-спектрометрии включает получение и исследование спектров поглощения, пропускания и отражения молекул в инфракрасной области спектра (4000 – 400 см-1). Проходя через вещество, инфракрасные лучи вызывают возбуждение колебательных уровней молекул. Если частота инфракрасного излучения совпадает с частотой колебания молекулы, то происходит резонансное поглощение энергии с образованием полосы поглощения.
Идентификация веществ по ИК-спектрам осуществляется сравнением полного ИК-спектра анализируемого вещества со спектрами, имеющимися в электронной библиотеке, атласах, а также со спектрами эталонов.
При исследовании спектра неизвестного материала идентификация полос поглощения производится по таблицам характеристических частот.
18
Вещество CH4
C2H2
C2H4
C2H6
Полоса поглощения |
Пики поглощения |
|
(cm-1) |
(cm-1) |
|
2825-3174 |
2916,3012,3087 |
|
1173-1396 |
1304, |
1342 |
607-833 |
729, |
746 |
1205-1432 |
1297, |
1350 |
3159-3371 |
3259, |
3306 |
807-1162 |
907,949, 1066 |
|
1800-1960 |
1865, 1886, 1910 |
|
2883-3285 |
3012, 3074, 3130 |
|
719-938 |
829 |
|
1311-1631 |
1319, 1436, 1470 |
|
2573-3321 |
2966, 2958, 2916 |
|
1200-2200 |
1590 |
|
|
500 |
|
Absorbance
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
Сн4(2-фрагмент)
диапазон 1100-1600 см-1,
ИК-Фурье спектрометр Nicolet 5700
Обзорный ИК-спектр поглощения метана. |
|||||
|
6,0 |
Сн4(2-фрагмент) |
|
|
|
|
5,5 |
|
|
|
|
|
5,0 |
|
|
|
|
|
4,5 |
диапазон 2600-3200 см-1 |
|
|
|
|
4,0 |
|
|
|
|
Absorbance |
3,5 |
|
|
|
|
3,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2,5 |
|
|
|
|
|
2,0 |
|
|
|
|
|
1,5 |
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
1500 |
1400 |
1300 |
1200 |
1500 |
1400 |
1300 |
1200 |
Wavenumbers (cm-1) |
Wavenumbers (cm-1)