25. Взаємодія важких частинок в плазмі

Розглянемо збудження при зіткненні важких частинок (наприклад, аналог електронного удару, коли замість електрона виступає іон). Але при температурах в одиниці – десятки електрон-вольт зіткнення важких частинок носять адіабатичний характер: іон пролітає повз атом надто повільно для того, щоб резонансно взаємодіяти з атомними електроном.

Виключенням є зіткнення за участю збуджених атомів, оскільки збудження приводить до істотного зростання перерізу взаємодії.

Прикладом взаємодії важких частинок за участю збудженого атому є процес передачі збудження.

Будемо опромінювати світлом об’єм, заповнений сумішшю газів А і В. Нехай частота світла ₀ є резонансною для атомів сорту А, h₀=W_A^*. Тоді атоми сорту А будуть поглинати кванти частоти ₀, переходячи при цьому в збуджений стан (такий процес називають фотозбудженням, див. нижче п. 2.3.3), а через певний час перевипромінювати.

Якщо W_B^*>W_A^*, атоми сорту В збуджуватися не будуть; якщо ж W_B^*<W_A^*, то можливі надпружні удари типу

Також сюди можна віднести процеси типу(перезарядка)

_{Асоціативна іонізація теж проходить по суті за участю важких частинок}

Ефект асоціативної іонізації полягає в тому, що енергія, яка виділяється при об’єднанні атомів (принаймні один з яких перебуває в збудженому стані) в молекулу, частково витрачається на іонізацію, решта виділяється у вигляді кінетичної енергії електрона:

При цьому енергія збудженого електронного стану переходить у кінетичну енергію частинок. Такий процес при звичайних температурах є малоймовірним.

Зіткнення важких частинок (атомів) в принципі також може спричинити іонізацію:

.

Також треба згадати і про процеси типу

Розглянемо тепер релаксацію

Зняття збудження (для атомів, збуджених як на звичайні резонансні, так і на метастабільні рівні) в принципі можливе також при зіткненнях збуджених атомів із важкими частинками – атомами та молекулами:

Якщо В – молекула, то енергія збудженої частинки А* може витрачатися на збудження коливних рівнів молекули В. Цей процес характеризується перерізом порядку газокінетичного, тому він має практичне значення.

26. Рух зарядів в схрещених електричному та магнітному

Запишемо систему рівнянь, що описують рух електрона у такій системі.

₍₁₎

₍₂₎

_{Зробимо далі формальну заміну}

₍₃₎

_{U=E/B (3.1)}

_{Продиференціюємо (3),тоді}

₍₄₎

Тоді (1), (2) стане

₍₅₎

_(5.1)

_{Підставивши (3.1) у (5.1) отримуємо}

₍₆₎

_(6.1)

_{Легко бачити, що система (6), (6.1) описує рух по колу. Якщо потім підставити вираз x1 у (3) та виразити x, то побачимо, що це рух по колу центр якого рухається із швидкістю U=E/B.}

_{Важливо помітити, що U не залежить від q, m, v. Це легко бачити із наступної фізичної картини(Будемо розглядати довільно схрещені поля). На першому напівоберті іон отримує енергію від електричного поля, збільшує швидкість, а значить і радіус. На другому півоберті він втрачає енергію и радіус зменшується. Ця різниця в радіусах і викликає дрейф. Від’ємний іон обертається в протилежному напрямку, але й енергію він отримає при русі у напрямку, протилежному тому в якому рухається іон. Тому дрейф іона і електрона в один бік. Із частинок, що мають різні маси, але однакові швидкості, у більш легких буде меньший радіус і як наслідок меньший дреф за один оберт. Однак у більш легких частинок частота обертання більша, і два ефекта в точності компенсують один одного. Дві частинки з однаковими массами, але з різними енергіями повинні мати одну і туж частоту. Більш повільна частинка повинна мати меньший радіус і тому за один оберт від електричного поля отримає меньше енергії. Однак для меньш енергетичних частинок відносна зміна радіуса при зміні енергії буде більша і тому ці два ефекта взаємно компенсують один одного.}