ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ДАННЫХ О ИОННО-НЕЙТРАЛЬНЫХ ПРОЦЕССАХ из "Ионно-молекулярные реакции в газах" В природе и технике газ весьма часто находится в условиях более или менее сильной ионизации. [c.5] В природе эта ионизация возникает в космическом пространстве под действием различных присутствующих там полей излучения, в верхней атмосфере Земли и других планет - в основном под действием жесткой части спектра солнечного излучения, в нижних слоях атмосферы - под действием космического излучения и излучения радиоактивных элементов и, конечно, под действием электрических разрядов и гроз. [c.5] В технике газы ионизуются во всех устройствах, где присутствует электрический разряд, в том числе в газоразрядных источниках света, в плазменных горелках и плазмотронах для осуществления различных технологических процессов, включая плазмохимические. Овладение атомной гией и развитие техники ускорения заряженных частиц породили многочисленные ситуации, в которых ионы образуются и превращаются в газах, облучаемых различными видами радиоактивных излучений и потоками ускоренных электронов и ядер. Наука и техника все чаще стгшкиваются с газами, нагретыми до состояния заметной ионизованности неэлектрическими способами при высокотемпературном сгорании, в ударных и детонационных волнах, в специфических условиях быстрого движения тел в воздухе. [c.5] Как и везде в мире атомов и молекул, сложные процессы, идущие в перечисленных случаях, складываются из совокупности протекающих параллельно и последовательно элементарных актов. Применительно к процессам с образованием или участием ионов вся эта большая совокупность элементарных процессов может быть разбита на три основных группы процессы ионизации - образования ионов из нейтральных частиц, процессы превращения ионов в другие ионы и процессы рекомбинации ионов (превращения их в нейтральные частицы). Как и элементарные реакции нейтральных частиц в газах, названные элементарные процессы с образованием или участием ионов могут быть гомогенными или гетерогенными, а с точки зрения числа участвующих в элементарной стадии частиц - моно-, би- и тримоле-кулярными. [c.5] До сравнительно недавнего времени ученых и инженеров по преимуществу интересовали элементарные процессы ионизации нейтральных частиц и рекомбинации ионов. Знание этих процессов действительно чрезвычайно важно. Имея количественные данные о них, можно объяснить, а во многих случаях и прогнозировать р д существенных для ионизованных газов характеристик - кинетику нарастания степени ионизации, достижения ее стационарного значения, характерные скорости распада плазмы после выключения того или иного образующего ее источника энергии. [c.5] Однако по мере развития различных разделов наук, имеющих связь с ионизованными газами, становилось все более и более необходимым получение качественных и количественных сведений об элементарных процессах превращения одних каким-то образом полученных в газе ионов в другие. Оказалось, что это необходимо для понимания и предсказания и физических свойств ионизованного газа и, тем более, последовательности хкми-ческих превращений, происходящих в ионизованных газах по ионному ка- налу . Более того, оказалось, что от химического состава ионов и во всяком случае от числа атомов в них существенно зависят параметры процесса рекомбинации заряженных частиц, причем, не зная, в какой ион ттре-вращается до рекомбинации первично образованный ион, мы во многих случаях не можем количественно, а иногда и качественно предсказать скорость рекомбинации ионов в газе. [c.5] В принципе, это означает, что для полного количественного описания скорости химических и физических процессов в системе нам необходимо знание эффективных сечений элементарных стадий - химических и релаксационных - для всех возможных каналов элементарного процесса и для всего возможного диапазона энергий, учитывая отклонения и поступательной, и колебательной, и вращательной энергии частиц от равновесного распределения. Весь накопленный к настоящему времени опыт работ по количественному исследованию элементарных процессов показывает, что работы, которые потребовалось бы провести для сколь-нибудь полного описания встречающихся на практике сложных процессов, потребуют совершенно неосуществимых затрат научного труда. [c.6] Поэтому накопляемый материал по прямым определениям кинетических параметров элементарных процессов лишь в отдельных случаях послужил или служит количественной расшифровке механизма сложного процесса в целом. Знание элементарных констант, пусть даже не для ситуации энергетического распределения, осуществляющейся в реальной сложной системе, тем не менее оказывается совершенно необходимым либо чтобы сделать разумные оценки для выбора основного пути сложного процесса, либо чтобы прогнозировать, выше какого значения или ниже какой величины не может быть его скорость и т.д. [c.6] В результате само по себе пользование константами скорости или эффективными сечениями элементарных процессов для расчета скоростей и выбора механизма сложных процессов требует от исследователя или инженера, с одной стороны, тщательного анализа ситуации в сложном процессе, а с другой - понимания и учета особенностей метода, который был использован при получении табулированной константы. Настоящий справочный труд не может, конечно, заменить учебную и научную литературу, которую должен изучить читатель, и некоторый опыт в химической и физической кинетике, который нужно приобрести, чтобы пользоваться приведенными справочными данными в практической работе. В литературе, приведенной в конце этой вводной главы, приведено вначале несколько трудов 11-41, которые можно было бы рекомендовать изучить читателю, не имеющему подготовки в химической и физической кинетике газов вообще, затем даны ссылки на монографии и обзоры по ионно-молекулярным реакциям 15-91 и, наконец, упомянуты кинетические и термодинамические справочники 110-131, которые были бы полезны при исследовании сложных процессов в газах для случаев, большей частью и встречающихся, когда надо иметь в виду процессы и без участия заряженных частиц. [c.6] Существенное облегчение в понимание и использование справочных данных по константам скорости элементарных ионно-нейтральных реакций вносят классификация самих реакций и несколько правил, выработанных в основном экспериментально, хотя и на основе некоторых теоретических соображений. [c.6] Так обстоит дело для встречающихся в большинстве случаев, когда в реакции нет запрета по орбитальной симметрии или по спину 1б-20]. В противном случае для расчета константы скорости реакции требуется, вообще говоря, детальное рассмотрение потенциальных поверхностей системы ион-молекула и учет вероятностей перехода между ними [21-23]. [c.7] Сложнее обстоит дело с прогнозом соотношения скоростей процессов, когда речь идет о разных экзотермичных каналах реакционного столкновения тех же партнеров. Для относительно медленных (до 10 -10° эв) многоатомных частиц, когда мы вправе считать, что реакция идет через образование С14авнительно долгоживущего комплекса, распад этого комплекса трактуют в терминах, характерных для мономолекулярных реакций, как это, например, делалось одним из авторов этой книги [24], и затем, более строго, Фирсовым [25], Лайтом [2б] и Никитиным [27, 28] (с учетом сохранения полного момента количества движения). [c.7] Эта теория использовалась для оценок влияния кинетической и внутренней энергии ионов на величины констант скорости реакций и для расчета распределения энергии по степеням свободы продуктов реакций [28-30]. [c.7] Бающимися при повышении энергии (температуры) и обостряющимися при понижении. Это тоже весьма полезное правило. [c.8] Выше шла речь о реакциях с переходами тяжелых частиц (при парных столкновениях иона и нейтральной частицы) - атомов, атомных ионов, нейтральных и заряженных группировок атомов. Примеры различных переходов приведены ниже. [c.8] Подавляющее число элементарных процессов диссоциативной перезарядки изучено в пучковых экспериментах при поступательной энергии ионов в десятки и сотни электронвольт, т.е. много большей, нежели та, которая встречается обычно в сложных процессах в ионизованных газах. [c.8] Константы, табулированные в книге, измерены в оригинальных работах одним (или несколькими) из 17 методов, самое краткое описание которых дано ниже. [c.9] Вернуться к основной статье