Кинетика электронов в плазме

Кинетика электронов в плазме................................................................. 255 [c.4]

Проведенные теоретические /7, 13-22/ и экспериментальные исследования кинетики рекомбинирующей плазмы, состоящей преимущественно из нейтральных атомов, однозарядных ионов и электронов, показали, что в такой частично-ионизованной плазме реализуются два [c.112]

Для ряда процессов, описываемых уравнениями ФП, возникает нестандартная ситуация — отсутствуют нормируемые равновесные функции распределения, обычно рассматриваемые как исходные. На примере, кинетики кластеров показывается, как можно модифицировать метод КФР применительно к данной ситуации, а также рассматриваются конкретные ограничения и временные рамки решений. Нестандартные моменты возникают и при описании кинетики свободных электронов плазмы, где метод КФР модифицируется применительно к уравнению Больцмана. [c.235]

Кинетика электронов в плазме [c.255]

Перейдем к конкретному рассмотрению кинетики электронной функции распределения при наличии внешнего электрического поля в плазме с небольшой степенью ионизации. Пусть энергия, набираемая электронами от поля на длине свободного пробега, меньше их тепловой энергии. Тогда функцию распределения электронов по скоростям можно разложить в ряд по полиномам Лежандра и ограничиться рассмотрением первых двух членов /35/ [c.255]

Основные обозначения 220 Основные определения и критерии 222 Модели кинетики низкотемпературной плазмы 228 Р. 1 Модель локального баланса энергии электронов 230 Р.2 Модель релаксации температуры электронов 236 Р.З Модель рекомбинационного нагрева электронов 240 Р.4 Модель нагрева газа в плазме 243 Р.5 Модель неравновесной ионизации 249 Р.6 Модель неравновесной стационарной ионизации 255 Р.7 Модель рекомбинационно-диффузионного распада плазмы 259 Р.8 Модель кинетики электронов, положительных и отрицательных ионов 264 Р.9 Система уравнений баланса возбужденных атомов. Релаксация возбужденных состояний 268 Р. 10 Распределение атомов по возбужденным состояниям в стационарной и квазистационарной неравновесной плазме. Одноквантовое приближение 273 Р. 11 Распределение атомов по возбужденным состояниям в стационарной и квазистационарной неравновесной плазме. Диффузионное приближение 276 Р. 12 Рекомбинация и релаксация высоковозбужденных атомов, обусловленная столкновениями с электронами и резонансной дезактивацией нейтральными частицами 280 Р. 13 Модель функции распределения электронов по энергии в сла- [c.5]

Представленные в данном справочнике модели кинетики низкотемпературной плазмы составляют четыре блока. Первый из них описывает тепловые процессы, влияющие главным образом на температуру электронов. Электроны являются наиболее динамичной компонентой плазмы, резко реагирующей на внешнее воздействие. Модель Р. 1 позволяет определить температуру электронов в условиях, когда в балансе их энергии учитываются упругие и неупругие столкновения и нагрев во внешнем электрическом поле. В модели Р.2 вычисляется время релаксации температуры электронного газа, выведенного из равновесия каким-либо внешним воздействием. В модели Р.З рассматривается изменение температуры электронов в рекомбинирующей плазме, когда рекомбинационный нагрев [c.228]

В 30-х годах наша лаборатория поставила вопрос о физико-хими-ческом исследовании и усовершенствовании метода фиксации атмосферного азота с помощью электрических разрядов [1, 2]. Была поставлена проблема повышения энергетических выходов окислов азота, исследование кинетики и элементарного механизма этого процесса как результата взаимодействия электронного и молекулярного газа в плазме. Второй проблемой, связанной с плазмохимической фиксацией атмосферного азота, явилась разработка физико-химических основ переработки разбавленных нитрозных газов в концентрированную азотную кислоту. Это связало проблему фиксации азота с электросинтезом озона. Указанная область газовой электрохимии (плазмохимии) разрабатывалась кроме авторов настоящей статьи также С. С. Васильевым, Е. И. Ереминым, А. Н. Мальцевым, А. Л. Шнеерсон и Б. А. Коноваловой в Московском университете и в Институте азотной промышленно- [c.217]

Таким образом, диссоциативная рекомбинация электрона и молекулярного иона гелия происходит только в том случае, если молекулярный ион находится в колебательно возбужденном состоянии. В этом случае измеряемое в послесвечении плазмы время рекомбинации плазмы будет зависеть от способа создания заряженных частиц и от кинетики процессов перехода между колебательными уровнями молекулярного иона. [c.73]

Направление научных исследований теоретическая физика термоядерная физика методы измерения параметров плазмы кинетика химических реакций синтез моно- и поликристаллов сверхчистых керамических материалов свойства керамических материалов при высоких температурах синтез меченых соединений разделение устойчивых изотопов 0 , В °, N методом изотопного обмена в процессе дистилляции электронная структура молекул органических соединений синтез органических соединений синтез и полимеризация новых мономеров синтез гетероциклических соединений химические материалы для защиты от радиации координационные соединения синтез и спектральный анализ порфиринов и их металлических комплексов химия высокомолекулярных соединений эффект радиации на полимеры физические и реологические свойства высокомолекулярных соединений ионообменные смолы оптически активные, хелатные и изотактические полимеры изучение механизма каталитических реакций, особенно гетерогенного катализа с использованием металлов и окислов металлов радиационная химия радиолиз водных растворов антибиотики, противоопухолевые и противотуберкулезные препараты меченые органические соединения полярографические исследования в области органической химии и биохимии микробиология фермен- [c.377]

Для исследования механизма и кинетики химической реакции, протекающей в неравновесных условиях, необходимо знать сечения всех рассматриваемых процессов, зависимость их от энергии реагирующих частиц, распределения этих частиц по энергиям и эволюции таких распределений во времени. Большую роль в неравновесной плазме электрических разрядов могут играть реакции с участием электронов и ионов. [c.238]

Закономерности классической кинетики, основанные на вероятностях соударения молекул, неприменимы к процессу, протекающему при высоких температурах. Более того, само понятие температуры может утратить общепринятое значение, поскольку для каждого из компонентов высокотемпературной плазмы (электронов, ионов, радикалов) характерны свои температуры , значения которых могут отличаться более чем на порядок. Поэтому принято говорить лишь о среднемассовой температуре плазменной струи, определяемой на практике по соотношению [c.340]

Ср — коэффициент тройной рекомбинации при столкновении электрон— ион—электрон. Угловые скобки означают усреднение по функции распределения электронов, которую обычно считают максвелловской. В уравнении (I. 4. 145) мы пренебрегли процессами фотоионизации, а также ионизацией при столкновениях атомов. Поэтому оно описывает кинетику ионизации в плазме, где длина пробега кванта до фотоионизации больше или сравнима с размерами системы, причем не начальную стадию процесса, когда могут оказаться существенными столкновения атомов, приводящие к ионизации. Коэффициенты и связаны между собой в силу принципа детального равновесия, так что [c.152]

Вместе с тем концентрации и энергии заряженных частиц (в основном электронов) определяют электродинамические параметры плазмы импульсного газового и тлеющего разрядов, влияющие на величину поля в ней. Следовательно, для исследования химических процессов в описанных условиях необходимо рассматривать совместно соответствующие уравнения химической кинетики, энергии и электродинамики [c.370]

Расчет кинетики процессов, протекающих в плазме тлеющего ра.з-ряда, невозможен без знания концентрации зарядов. В случае электроотрицательных газов (СО2, Н2О) кроме положительных ионов и электронов возможно также присутствие значительных количеств отрицательных ионов, которые образуются в результате процессов диссоциативного прилипания [c.3]

Наиболее важным критерием изменения состава плазмы является степень ее ионизации. В равновесном случае при заданных температуре и давлении она определяется уравнением Саха, которое является следствием закона действующих масс. Процесс ионизации (и неразрывно связанный с ним процесс рекомбинации) обусловлен столкновениями тяжелых частиц при высоких температурах (энергиях), фотоионизацией, столкновениями с электронами, ион-молекулярными реакциями и т. д. Описание кинетики всех этих процессов с микроскопической точки зрения требует обобщения кинетической теории газов на случай плазмы. Это обобщение находится еще в стадии разработки. В случае низкотемпературной плазмы, которая состоит как из нейтральных, так и из заряженных частиц, кроме характерных для обычного молекулярного газа соударений, происходящих в области малых расстояний, имеются еще далекие соударения, обусловленные электромагнитным взаимодействием между заряженными частицами. При этом надо принять во внимание очень малые углы рассеивания и, следовательно, большое количество актов взаимодействия, при которых происходит весьма незначительный перенос импульса надо учесть также взаимодействие между заряженными частицами и электромагнитными полями [186—187]. [c.100]

Важнейшими характеристиками плазмохимического процесса являются его производительность, чистота полученного продукта и его стоимость. Поэтому исследование кинетики и механизма процесса имеет целью главным образом выяснить условия (давление, температуру и т. д.), при которых реализуется наибольшая скорость образования целевого продукта при необходимой селективности и экономичности. Каким образом эти параметры процесса связаны с энергетическим распределением свободных электронов в плазме реагируюш,их газовых компонент [c.102]

В целях упрощения соответствующих выражений рассмотрим влияние ионно-молекулярных реакций на кинетику ионизации и рекомбинации при преобладании электронного удара в возбуждении и девозбуждении уровней и переходах между континуумом и уровнями при соударениях в пространственно-однородной стационарной плазме [277, 278]. [c.191]

Естественно, что реакции с участием возбужденных частиц могут вносить существенный вклад в механизм и кинетику химических реакций в неравновесной плазме [20]. Не меньший, а часто определяющий вклад в механизм и кинетику химических процессов и процессов возбуждения внутренних степеней свободы тяжелых частиц вносят реакции под действием электронного удара [20]. [c.228]

Таким образом, для описания кинетики химических реакций в неравновесной плазме необходима обширная информация, включающая 1) электронно-колебательные термы реагирующих и образующихся соединений 2) сечения процессов возбуждения, дезактивации, химических реакций 3) заселенности электронно-колебательных состояний рассматриваемых соединений, плотности электронов и их пространственно-временные распределения [c.229]

В физической кинетике рассматриваются процессы самой разной природы. Их различие настолько велико, что произошло естественное обособление различных разделов кинетики. Это, например, поступательная, вращательная, колебательная, электронная кинетика в газах, кинетика кластеров, химических реакций, электронов в плазме, дефектов в твердом теле. За основу анализа обычно бралась природа процессов, физическая сторона объектов. Общие моменты как бы отходили на второй план. Вместе с тем, несмотря на все разнообразие кинетических явлений, имеется определенная общность закономерностей, не зависящая от самих объектов. Можно отметить, в частности, вероятностную картину процессов и их структуру на разных этапах эволюции, упрощающихся с течением времени. [c.3]

Кинетика процессов в газах начала развиваться еще в прошлом веке, а с наступлением текущего столетия по мере развития методов вложения больших энергий в газ все большее внимание уделялось кинетике процессов в плазме. Однако исследования, как правило, касались слабо неравновесных систем. Начиная с 50-х годов потребности практики вызвали изучение систем, далеких от равновесия. Принципиальным моментом здесь-явилась необходимость учета квантовой структуры вещества. При сильном отклонении от равновесия возбуждение охватывает различные степени свободы молекул и атомов, вращательные, колебательные, электронные термы. В общем случае для анализа процессов оказалось необходимым знать распределение заселенностей по этим термам и его временную эволюцию. [c.111]

Длительное время это приближение лежало в основе анализа кинетики лазеров на рекомбинирующей плазме. Из аналитических методов построения функции распределения заселенностей атомарных уровней отметим работы /8-9/, в которых движение электронов по уровням рассматривалось в рамках диффузионного приближения на основе уравнения Фоккера-Планка. [c.112]

До сих пор рассматривалась сравнительно плотная плазма с преобладанием столкновительных переходов. В оптически тонкой плазме с малой электронной концентрацией наряду со столкновениями первого и второго рода атомов с электронами кинетика заселенностей возбужденных состояний будет определяться также и радиационным распадом уровней. Ниже будет показано, что в оптически тонкой водородной плазме при малых плотностях электронов за счет радиационного очищения нижнего лазерного уровня может возникнуть инверсная заселенность /40/. [c.123]

В СССР в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова создана установка Огра I (рис. 87) [146]. Основной вакуумный объем ее имеет форму цилиндра диаметром 1,4, длиной 16 м. Испарители титана жидкофазного типа с злектроннолучевым нагревом запыляют внутреннюю поверхность Огры и обеспечивают полную быстроту откачки порядка 10 л/се/с. Испаритель представляет собой штабик титана диаметром 20 мм, вводимый внутрь камеры через охлаждаемый тигель с автоматической подачей. На поверхность титана фокусируется электронный луч, обеспечивающий скорость испарения до 100 мгЦмин- см" ). Расчеты показывают, что для обеспечения необходимой кинетики накопления плазмы разрежение в Огре составляет [c.164]

В задачу настоящей книги входит систематизация наиболее проверенных данных по катодолюминесценции и катодолюминофорам. При описании крупной самостоятельной области физических явлений казалось бы желательным дать вначале предварительную сводку теории и в свете её вести дальнейшее изложение фактического материала. Подчинение последнего некоторой руководящей идее безусловно обеспечило бы ббльшую целостность изложения. Однако при современной изученности предмета подобная систематизация материала вряд ли рациональна. В таком сложном вопросе, как механизм катодолюминесценции, недостаточно выдвинуть теорию и пояснить её небольшим числом подходящих примеров. Теоретическая база для этого слишком слаба, и трактовка вопроса легко может оказаться односторонней. Отсутствуют, например, количественные представления о взаилюдействии бомбардирующих электронов с электронной плазмой кристалла и о. механизме происходящей при этом передачи энергии. Самый акт поглощения, являющийся основой всего процесса, таким образом, недостаточно расшифрован. Помимо кинетики размена энергии, не установлен [c.40]

Основными процессами, формирующими функцию распределения электронов при воздействии внешнего поля на плазму, являются упругие столкновения электронов друг с другом, с тяжелыми частицами плшмы, а также неупругие соударения. Функция распределения находится из решения уравнения Больцмана. В общем виде задача решения этого уравнения для произвольной среды в настоящее время практически невыполнима. Детальный обзор различных приближений, используемых при решении уравнения Больцмана, проведен в /31-34/. Исследование кинетики электронов 8 электрическом поле представлено в /35/, где было получено решение стационарного уравнения Больцмана и качественно выяснена роль различных факторов для нестационарного случая. В /36/ развит приближенный метод, позволяющий определить эффективность возбуждения дискретных уровней атомов свободными электронами. и рассмотрены конкретные примеры двух-, трех-, четырехуровневых атомов в интеграле столкновений. [c.255]

ПЛАЗМОХИМИЯ, изучает кинетику и механизм хим. превращений и физ.-хим. процессов в низкотемпературной плазме. Низкотемпературной принято считать плазму с т-рой 10 -10 К и степенью ионизации 10 -10" , получаемую в электродуговых, высокочастотных и СВЧ газовых разрядах, в ударных трубах, установках адиабатич. сжатия (см. Адиабатического сжатия метод) и др. способами. В П. особенно важно разделение низкотемпературной плазмы на квазирав-новесную, к-рая существует при давлениях порядка атмосферного и выше и характеризуется общей для всех частиц т-рой, и неравновесную, к-рая м. б. получена при давлениях менее 30 кПа и в к-рой т-ра своб. электронов значительно превышает т-ру тяжелых частиц (молекул, ионов). Это разделение связано с тем, что кииетич. закономерности квазиравновесных плазмохим. процессов определяются только высокой т-рой взаимодействующих частиц, тогда как специфика неравновесных плазмохим. процессов обусловлена гл. обр. большим вкладом хим. р-ций, инициируемых горячими электронами. [c.555]

При указанных энергиях электронов возрастает число их неупругих столкновений с тяжелыми частицами, приводящих к хим. р-циям (в т.ч. к ионизации) и возбуждению частиц по виутр. степеням свободы, гп. обр. электронным. В свою очередь, ионы и возбужденные частицы (особенно в метастабильных электронных состояниях) могут оказывать определяющее влияние на механизм и кинетику плазмохим. р-ций. Скорости р-ций с участием возбужденных частиц, ионов и радикалов превышают, как правило, скорости образования этих частиц, поэтому суммарная скорость хим. превращения лимитируется именно стадией образования. В лаб. установках низкотемпературная плазма ограничена твердыми стенками сосуда, в к-ром она генерируется, и при пониж. давлениях характерные времена диффузии частиц к стейкам сосуда сближаются с характерными временами хим. р-ций. В результате роль гетерог. физ.-хнм. процессов возрастает в такой мере, что их необходимо учитывать при анализе механизмов и кинетики плазмохим. р-ций. [c.555]

Проникновение газа в струю плазмы фиксировалось по изменению концентраций электронов и ионов. Исследование щ прово-днлось одиночными зондами Лэнгмюра, работавшими в молекулярном режиме обтекания. Из результатов измерений Пе, приведенных на рис. 4, следует, что с увеличением расстояния от среза сопла и разреженности струи возрастают поперечные размеры области струи, в которой концентрация электронов уменьшается, что указывает на проникновение электроотрицательного газа в струю ионизированного аргона. Сопоставление расстояния от среза сопла, на котором щ изменяется, с величиной х , следующей из формулы (4), показало, что при ( ькр/< кр)1 Ра/Рь Ю диффузией газа из внешней среды в струю можно пренебречь, и нри расчетах физико-химических параметров можно использовать систему уравнений газовой динамики и кинетики без учета процессов переноса. Предварительно необходимо выделить основные элементарные процессы. [c.196]

Газоразрядная плазма характеризуется наличием высоких концентраций химически активных частиц, к которым следует отнести заряженные частицы (электроны, положительные и отрицательные ионы), свободные атомы и радикалы, возбужденные молекулы, а также фотоны. Этот факт и определяет химическое действие плазмы, но наиболее существенным ее свойством является отсутствие в ней термодинамического равновесия. Это порождает неприменимость к илазмохимическим системам основных положений классической (аррениусовой) химической кинетики и требует разработки аппарата неравновесной химической кинетики, в которой классическая равновесная кинетика является частным случаем. [c.353]

Плазма представляет собой электрически нейтральный ионизированный газ (аргон, водород), состоящий из смеси электронов, атомов и ионов, который образуется в электродуговом разряде. Такая система неравновесна, вследствие чего к ней неприменимы обычные законы кинетики химических реакций. [c.72]

Электронное перенапряжение наблюдалось и в нашей работе с М. С. Селивохнной [40], посвященной исследованию кинетики окисления азота в разряде, питаемом источником повышенного напряжения (трансформатором с номинальным напряжением 70 ке) при турбулентном протоке газа через плазму разряда, при давлении, близком к атмосферному, и при токе разряда 50 ма. При этом наблюдаемое резкое возрастание напряжения горения разряда сопровождалось интенсивными колебаниями этого напряжения и тока разряда, частоты порядка № гц, и распространяющимися в окружающее пространство электромагнитными волнами. Этому сопутствовал рост энергетического выхода окиси азота, который при 0,6% окиси азота в газе, выходящем из разрядной трубки, достигал до 1,4—1,5 моля окиси азота на 1 квт-ч. Такой тип разряда был назван нами автоколебательным . [c.30]

Для расчета сечений возбуждения электронных состояний электронным ударом в литературе предложены различные полуэмпирические формулы. При расчете вероятностей возбуждения различных электронных уровней молекул сечения нужно усреднить по функции распределения электронов по энергиям. В предположении максвелловской функции в случае возбуждения электронных состояний молекулярного азота оказалось, что вероятность возбуждения запрешенных переходов в 1,5— 2 раза выше вероятности возбуждения разрешенных переходов при больших расстояниях между уровнями и уменьшается с уменьшением разности между энергиями электронно-колебательных уровней. Поэтому в кинетике заселения низколежа-ших уровней роль возбуждения запрещенных переходов может быть большой. Сечения электронного возбуждения путем прямой передачи поступательной энергии при столкновении с тяжелыми частицами с энергиями, которыми они обладают в низкотемпературной плазме, как правило, малы. Максимальны эти сечения при энергиях относительного движения частиц, превышающих 10 —10 эВ. Коэффициенты скоростей дезактивации электронных уровней атомов и электронно-колебательных состояний молекул зависят от типа сталкивающихся частиц и колеблются в пределах от 10 з до Ю см /с (при Т пост 300 К). Эти коэффициенты обычно слабо зависят от температуры. [c.264]

Для понимания процессов ионизации и химических превращений, а также соотношения между концентрациями различных ионов ( ледует рассмотреть кинетику столкновений в плазме. Эти столкновения [между ионами, электронами и заряженными частицами и атомами), как сбычно, характеризуются соответствующими эффективными сечениями или длинами путей свободных пробегов. Сечение столкновения двух электронов определяется, грубо говоря, расстоянием, на которое они могут приблизиться друг к другу. Это расстояние может быть оценено из равенства кинетической энергии электронов и энергии отталкивания [c.515]

Рассмотрим вначале пространственно-однородную плазму, состоящуюз из тяжелых частиц (атомов и ионов одного сорта) и электронов с концентрациями N, N1 и ТУ е соответственно. Концентрацию атомов на возбуяеденном уровне к обозначим N1 , Кинетика ионизации в ней определяется балансными уравнениями [275] [c.188]

Рассмотрим принципиальные основы решения уравнений атомарной кинетики на примере водородной плазмы. Введем упрощаюшие предположения. Для свободных электронов принимается максвелловская функция распределения по скоростям с постоянной электронной температурой Те. Пусть степень ионизации плазмы такова, что наиболее вероятными из элементарных процессов являются соударения атомов с электронами первого и второго рода и маловероятны процессы межатомных и атом-ионных столкновений, а также однократные столкновения, приводящие к ионизации, радиационной и тройной рекомбинации. Как показал анализ, для достаточно плотной плазмы электрон-ионную рекомбинацию и ионизацию следует рассматривать как процессы хаотического движения электрона по энергетическим уровням. В рамках сделанных допущений система уравнений баланса заселенностей в пространственно однородном случае имеет вид [c.115]

Таким образом, полученные функции распределения заселенностей на примере водородной плазмы описывают довольно широкий круг явлений. Это относится и к распределению, учитывающему лишь первую производную, которое подобно распределению Тринора для колебательных уровней молекул, зависит от двух параметров Те и 01. Электронная температура характеризует как внешнее условие, так и функцию распределения по уровням. Температура 01 при данной Те характеризует внутренние свойства распределения. Найденные аналитические функции распределения правильно описывают практически наиболее интересную стадию релаксации как в режиме рекомбинации, так и в режиме ионизации плазмы и являются удобными в анализе кинетики активных плазменных сред. [c.123]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология