8. Фоторекомбінаційні процеси в плазмі.

Переріз фото захвату на рівень атома з головним квантовим числом n дорівнює

Де - потенціал іонізації(затрачена енергія, рівна енергії зв’язку електрона в атомі, щоб вирвати його із атома) атома водню; величина кванта, що випускається зв’язана з енергією захвату електрона законом збереження енергії:

Найбільш ймовірні захоплення на головному рівні атома n = 1 з випусканням квантів, що перевищують потенціал іонізації. Також кванти лежать, зазвичай, в області вакуумного ультрафіолету Але можливі захвати і на верхні рівні, коли випускаються кванти видимого діапазону . Фоторекомбінаційне випромінювання – важлива, а часто і головна складова освітлення плазми в неперервному спектрі. Але як механізм рекомбінації фото захоплення не ефективне із-за малості перерізу (порядку 10^(-21) см^2)В лабораторних умовах він рідко відіграє значну роль.

Коефіцієнт фото рекомбінації отримується шляхом сумування по всім рівням n і усереднення по саксвелівськосу спектрі швидкостей електронів v:

При електронний температурах в розпадающій плазмі порядку десятих частинок еВ ~ 10^(-11)-10^(-12) cм^3/c

9. Збудження атомів і молекул електронами.

В результаті зіткнення важких частинок з електроном, ця частинка може збудитися:

,

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

Найважливішою характеристикою такого процесу є ефективний переріз збудження. Типова залежність ефективного перерізу збудження атома електронним ударом від енергії електрона наведена на рис. 1. Збудження можливе, якщо енергія електрона W задовольняє умові W>W_a, де W_a – віддаль між енергетичними рівнями в атомі. Якщо більша частина атомів перебуває в основному стані, то під W_a слід розуміти віддаль за енергією між основним і найнижчим збудженим (так званим резонансним) станами, яку прийнято називати першим потенціалом збудження, W_a=eV_а. Звичайно енергія W_a складає одиниці – десятки електрон-вольт.

Рис. 1. Залежність ефективного перерізу збудження атома електронним ударом від енергії електрона, що налітає.

Розрахунок залежності q_en^*(W) вимагає застосування квантової механіки, але ми не будемо вдаватися в деталі розрахунку кантової механіки. Якісно ця залежність характеризується:

• лінійним зростанням при W>W_a;

• наявністю максимуму;

• експоненціальним спаданням при великих W.

Окремо слід розглянути електронне збудження молекули. Для таких систем може бути збудження коливального та обертального руху молекул. Взагалі то коливальне збудження розглядається окремим питанням. Тому тут мабуть варто лише навести наступну схему.

.

Збудження обертових рівнів молекул

Відповідно до квантової механіки, енергія обертання молекули (для моделі жорсткого ротатора) набуває значень W_r=B_ej(j+1), де B_e – обертова стала молекули, j=0, 1, 2… – обертове квантове число.

Молекули при зіткненні навіть при кімнатній температурі обмінюються енергіями порядку k_BТ , 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. Справді, при кімнатній температурі для зіткнення електрону з атомом водню частку переданої енергії можна оцінити як k_BТm/M=1.4110^-5 еВB_e. Тому такий процес відбувається за суто квантово-механічними законами.

Максимальний переріз збудження обертових рівнів молекули електронним ударом складає величину порядку a², де а – характерний розмір молекули.