Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Столкновения атомные

Столкновения (далее С) элементарные акты соударения двух частиц ( молекул, электронов или ионов). С делятся на упругие и неупругие. При упругом С суммарная кинетическая энергия соударяющихся частиц остается прежней — она лишь перераспределяется между частицами, а направления движения частиц меняются. В неупругом С изменяются внутренние энергии сталкивающихся частиц (они переходят на другие уровни энергии) и соответственно не сохраняется их полная кинетическая энергия. При этом меняется электронное состояние либо колебательное или вращательное состояние молекулы (см. Молекулярные спектры).

  Упругие С определяют переноса явления в газах или слабоионизованной плазме. Свободному движению частиц препятствуют испытываемые ими С — акты рассеяния на других частицах. Наиболее существенно на перемещение частицы влияют те акты рассеяния, в которых направление ее движения заметно меняется. Поэтому коэффициенты диффузии (перенос частиц), вязкости (перенос импульса), теплопроводности (перенос энергии) и другие коэффициенты переноса газа выражаются через эффективное поперечное сечение (ЭФП) рассеяния или молекул этого газа на большие углы. Аналогично подвижность ионов (см. Подвижность ионов и электронов) связана с ЭФП рассеяния иона на или молекуле газа на большие углы, а подвижность электронов в газе или электропроводность слабоионизованной плазмы — через ЭФП рассеяния электрона на или молекуле газа.

  Сечение упругого рассеяния или молекул на большой угол при тепловых энергиях частиц называется газокинетическим сечением; оно имеет величину порядка 10-15 см2 и определяет длину свободного пробега частицы в среде.

  Упругое рассеяние на малые углы может влиять на характер переноса электромагнитного излучения в газе. Энергия проходящей через газ электромагнитной волны поглощается и затем переизлучается или молекулами газа. При этом даже слабое взаимодействие излучающей частицы с другими (окружающими ее) частицами "искажает" испускаемую волну, т. е. сдвигает ее фазу или частоту. При некоторых условиях основные характеристики распространяющейся в газе электромагнитной волны определяются упругим рассеянием взаимодействующих с ней или молекул на окружающих частицах, причем существенным оказывается рассеяние на малые углы.

  Процессы неупругих С весьма разнообразны. Перечень неупругих процессов, которые могут происходить в газе или слабоионизованной плазме, приведен в таблице. В различных лабораторных условиях и явлениях природы главную роль играют те или иные отдельные неупругие процессы соударения частиц. Например, излучение с поверхности Солнца обусловлено большей частью столкновениями между электронами и при которых образуются отрицательные ионы (табл., пункт 26). Основной процесс, обеспечивающий работу лазера (см. Газовый лазер), — передача возбуждения находящимися в метастабильных состояниях, основной процесс в электроразрядных молекулярных газовых лазерах — возбуждение колебательных уровней молекул электронным ударом (табл., пункт 3; в результате этого процесса электрическая энергия газового разряда частично преобразуется в энергию лазерного излучения). В газоразрядных источниках света основными процессами являются: в т. н. резонансных лампах — возбуждение электронными ударами (табл., пункт 2), а в лампах высокого давления — фоторекомбинация электронов и ионов (табл., пункт 24). Спиновый обмен (табл., пункт 7) ограничивает параметры квантовых стандартов частоты, работающих на переходах между состояниями сверхтонкой структуры или щелочных металлов (табл., пункт 9). Различные неупругие процессы С с участием радикалов свободных, ионов, электронов и возбужденных определяют свойства атмосферы Земли, причем на различных высотах преобладают различные процессы.

Неупругие процессы столкновений с участием частиц и фотонов

Пункты

Тип столкновения

Схема процесса

1.

Ионизация при столкновении и молекул

A + ® A + + + e

2.

Переход между электронными состояниями



3.

Переход между колебательными или вращательными состояниями молекул

AB (v) + ® AB (v`) + <
e + AB (v) ® e + AB (v`)

AB (J) + ® AB (J`) +

e + AB (J) ® e + AB (J`)

(v — колебательное квантовое число, J — вращательное квантовое число молекулы)


4.

реакции

<


5.

Тушение электронного возбуждения

* + AC (v) ® + AC (v`)<


6.

Передача возбуждения

A + * ® A* + <


7.

Спиновый обмен (при сохранении проекции полного спина изменяется проекция спина у каждого из них)

 <


8.

Деполяризация (изменяется направление орбитального момента одного из сталкивающихся

 <


9.

Переходы между состояниями тонкой и сверхтонкой структуры одного из сталкивающихся или молекул

 <


10.

Ионизация или молекулы электронным ударом

e + A ® 2e + A+<


11.

Диссоциация молекулы электронным ударом

e + BA ® e + A + <


12.

Рекомбинация при тройных соударениях

e + + + (e) ® A + (e)<
A + + + ® A + +


13.

Диссоциативная рекомбинация

e + AB+ ® A + <


14.

Диссоциативное прилипание электрона к молекуле

e + AB ® A +

15.

Прилипание электрона к молекуле при тройных соударениях

e + A + ® A +

16.

Ассоциативная ионизация

A + ® AB+ + e

17.

Эффект Пеннинга ( А* находится в метастабильном состоянии, причем энергия его возбуждения превышает ионизационный потенциал В)

A* + ® A + * + e

18.

Взаимная нейтрализация ионов

A + + ® A +

19.

Перезарядка ионов

A + + ® A+ +

20.

Ион-молекулярные реакции

A+ + ® AB+ +

A+ + ® AB + +

21.

Разрушение отрицательного иона

A + ® A + + e

A + ® AB + e

22.

Превращение ионов в молекулярные

A+ + + ® AB+ +

23.

Фотовозбуждение или молекулы (с последующим спонтанным излучением возбужденного

ћw + ® *

24.

Фоторекомбинация и фотоионизация



25.

Фотодиссоциация и фоторекомбинация и радикалов



26.

Радиационное прилипание электрона к

e + A ® A- + ћw

Примечание: А, В и С обозначают или молекулу; В* — электронно-возбужденный или молекулу; е — электрон; А* — положительно заряженный ион; А — отрицательно заряженный ион; ћw — фотон. Стрелки характеризуют направление процесса.

  Лит.: Мак-Даниель И., Процессы столкновений в ионизованных газах, пер. с англ., М., 1967; Смирнов Б. М., столкновения и элементарные процессы в плазме, М., 1968; его же, Ионы и возбужденные в плазме, М., 1974; Хастед Дж., Физика столкновений, пер. с англ., М., 1965.

  Б. М. Смирнов.


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 13.12.2019 08:13:11