ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Возбуждение атомов при соударениях с электронами из "Механизм и кинетика радиационно-химических реакций Издание 2" При неупругих соударениях электронов с атомами или молекулами может происходить возбуждение последних. В отличие от возбуждения фотонами, которые возбужают атом или молекулу лишь в случае, если величина кванта кх точно равна энергии возбуждения данного уровня, электрон может возбудить молекулу, имея любую энергию, превышающую энергию возбуждаемого уровня. [c.20] Возбуждение атома электроном, обладающим достаточной энергией, может произойти лишь при соблюдении определенных условий. Общим условием, определяющим осуществление такого неупругого соударения, является условие сохранения момента количества движения электрона и атома при соударении. Иными словами, изменение момента количества движения электрона и атома относительно общего центра масс системы, происшедшее в результате соударения, должно равняться изменению внутреннего момента количества движения атома, т. е. [c.21] Возможные изменения внутреннего момента количества движения электронов атома квантуются. Величина может быть только кратной /г/2я, т. е. [c.21] Возбуждение электронной оболочки атома при соударении с электроном произойдет только в том случае, если будет удовлетворено условие (21). Вероятность возбуждения существенно зависит от энергии электрона. Она приобретает значение, отличное от нуля, в том случае, если энергия электронов превышает минимальную энергию, необходимую для данного перехода. При этом ударяющий электрон будет уносить с собой избыточную энергию и закон сохранения количества движения будет выполняться. При таких соударениях атомы могут переходить в низшие возбужденные состояния, обратные переходы с которых в нормальное состояние оптически разрешены (резонансное состояние). Энергия, требующаяся для перехода атома в такое возбужденное состояние, отличается от энергии, необходимой для перехода в метастабильные возбужденные состояния, для которых обратные переходы в нормальное состояние не разрешены. Возбуждение до состояния, отвечающего метастабильному, маловероятно, и атомы в метаетабильном состоянии образуются в основном в результате обратных переходов из состояний, отвечающих более высоким уровням возбуждения. [c.21] Стрелками обозначены направления вектора спина электрона. Максимальная вероятность такого процесса составляет 0,5%. Следовательно, каждое из 200 соударений с электроном, имеющим энергию 7 эв, приводит к возбуждению атома ртути. То же наблюдается для Не (рис. 4). [c.22] Эффективные сечения возбуждения Не при энергии электронов 100 эв (соответствующей максимуму возбуждения), по различным данным, для X = 3965 А равны 34-10 см [15] и 1,5-10 - см [161, а для X = 5016 А равны 100-10 см [15] и 3,о-10 см [16]. [c.22] Вероятность обмена возрастает с увеличением энергии ударяющего электрона, что обусловливает большее его сближение с атомными электронами (преодоление сил отталкивания). С другой стороны, с повышением энергии (т. е. скорости) электрона продолжительность взаимодействия уменьшается и, следовательно, вероятность обмена понижается. Сочетание этих двух факторов и приводит к появлению максимума функции возбуждения и при обменном механизме последнего. [c.23] Характер максимума зависит от того, какая спектральная линия возбуждается. Для одних переходов функция возбуждения может иметь острый максимум, для других — пологий, как, например, у криптона [18]. [c.23] Для сложных атомов функции возбуждения могут иметь более одного максимума, что связано с возбуждением различных электронных оболочек. [c.23] В результате электронного удара иногда возможно образование возбужденных состояний при переходе с основного уровня двух электронов. Самый низкий уровень такого возбужденного атома обычно более чем в два раза превышает первый потенциал возбуждения, а иногда и потенциал ионизации. В этом случае может происходить автоионизация , т. е. один электрон покидает атом, а другой возвращается на низший уровень, и образуется положительный ион в нормальном состоянии. [c.23] Процессы возбуждения могут приводить к образованию ионов также в результате соударения двух возбужденных атомов, если сумма их энергий возбуждения превышает энергию ионизации. Такие соударения называются ударами второго рода. [c.23] Среднее время жизни возбужденного состояния т равно, следовательно, Для атомов т обычно имеет порядок 10 сек. Продолжительность существования метастабнльных состояний значительно больще она обычно имеет порядок 10 сек и даже может достигать нескольких секунд. [c.24] Вероятности и эффективные сечения возбуждения при соударении электронов с атомами или молекулами могут быть вычислены методами квантовой механики. Такого рода расчеты представляют большой интерес для радиационной химии, так как экспериментальные данные очень ограничены и само экспериментальное определение этих величин представляет собой весьма сложную и не всегда осуществимую задачу. Знание же величин эффективных сечений возбуждения в таких процессах существенно для оценки эффективности использования энергии излучения в радиационно-химических процессах, так как последняя трансформируется также в энергию электронного возбуждения облучаемых частиц. [c.24] Общие принципы теоретического расчета величин эффективных сечений возбуждения и ионизации удобно проиллюстрировать на примере соударений электронов с атомами водорода. Решения подобных задач для более сложных систем основываются на тех же принципах, но связаны с серьезными расчетными трудностями. Последние, однако, могут быть преодолены с помощью вычислительных машин. [c.24] Пусть поток электронов падает на атом водорода, находящийся в основном энергетическом состоянии. Интенсивность пучка такова, что через единицу площади в единицу времени проходит 1 электрон. [c.24] Ударяющий электрон возбуждает атом в п-ое состояние. При этом электрон отклоняется на угол 0. [c.24] Определим число электронов, рассеиваемых атомом при таком процессе за единицу времени внутри телесного угла ш. Обозначим это число /(0) с1(0. Назовем его дифференциальным сечением рассеяния внутри угла о / имеет размерность поверхности. [c.24] Полное сечение рассеяния при возбуждении атома в состояние п получается при рассеянии электронов по всем углам, т. е. [c.24] Число электронов в единице объема, участвовавших в возбуждении л-го состояния атома, г- [/ (6ф)]. Число таких электронов, прошедших за единицу времени через единицу площади, пропорционально к, г [/ 1 , ч то время как число ударяющих электронов пропорционально кд. [c.26] Интегрирование уравнения (38), согласно уравнению (23), дает полное сечение возбуждения электронов атома при соударении с электроном. [c.26] Вернуться к основной статье