Ионизация молекул в плазме

Ионизация молекул электронным ударом во многом подобна электронному возбуждению. Процесс может протекать при участии молекул, находящихся в основном состоянии, или уже возбужденных прямая и ступенчатая ионизация). Прямая ионизация преобладает в плазме при низких давлениях (с ЮО Па) и малых степенях ионизации. С ростом давления и концентрации заряженных частиц возрастает роль ступенчатой ионизации электронным ударом, а также других процессов ионизации, идущих с участием возбужденных частиц. Так, при соударениях возбужденных тяжелых частиц возможен процесс ассоциативной ионизации [c.362]

Ионизация молекул в неравновесной плазме [c.362]

При нагреве разреженных газообразных систем до очень высоких температур, как правило, превышающих десятки тысяч градусов, происходит ионизация молекул и газ переходит в специфическое состояние с электронно-ионной проводимостью, называемое плазменным состоянием. Ионы, появившиеся в низкотемпературной плазме в результате отщепления электронов, способны к дальнейшим химическим реакциям, поэтому в плазмах можно обнаружить такие экзотические с точки зрения химии частицы, как ионы СН5, Нз, Не2, Ыег и т. п. Кинетическая и потенциальная энергия частиц в плазменном состоянии превышает аналогичные параметры газообразных молекул, но наиболее существенные различия между плазмой и газами возникают при наложении электрического и магнитного полей большой напряженности. При этом движение частиц в плазме становится направленным, и придавая ему винтообразную форму, можно до известной степени управлять плазмой. [c.72]

Направление масс-спектрометрических работ, связанное с исследованием процессов ионизации и получением термохимических величин из потенциалов появления, является многообещающим и несомненно, что в течение ближайших лет метод электронного удара, метод фотоионизации и ионизации в поле будут непрерывно совершенствоваться, а количество физико-химической информации, получаемой из кривых эффективности ионизации, непрерывно возрастать. Это вызвано в первую очередь тем обстоятельством, что метод электронного (фотонного) удара позволяет получать термодинамические характеристики процессов, протекающих в плазме, такие, как потенциалы ионизации молекул и ионов, теплоты образования и энергии диссоциации ионов, сродство к протону [186] и электрону, энергии отрыва атомов или групп атомов. Многие из этих задач не могут быть решены обычными термохимическими методами. [c.330]

Оптическая мощность современных лазеров в 10 ООО раз выше на любой частоте, чем мощность любой самой большой импульсной лампы. Очевидно, что они не просто расширяют возможности, которые давали обычные источники света. Взаимодействие молекул с фотонным полем такой огромной интенсивности приводит к новым процессам. Например, при нормальной интенсивности света одновременное поглощение двух фотонов одной молекулой представляет собой настолько редкое явление, что оно не может быть обнаружено. Но вероятность такого события возрастает пропорционально квадрату интенсивности света. Лазеры позволяют увеличить интенсивность света в 10 ООО раз, и вследствие этого вероятность двухфотонного поглощения становится на четыре порядка выше, чем вероятность поглощения одного фотона. Это позволяет нам осуществлять в экспериментах генерацию молекулярных состояний, не достижимых при однофотонном возбуждении. Более того, полная поглощенная энергия может стать достаточной для ионизации молекулы. А это открывает новые перспективы в химии ионов. Интерес к этой области исследований быстро растет, поскольку недавно были открыты ион-молекулярные реакции в межзвездном пространстве, а также потому что ионы являются основными частицами в плазме (тлеющий разряд) и при ядерном синтезе. Двухфотонная ионизация была использована для обнаружения особых молекул в специфически трудно достижимых условиях, подобных существующим в пламенах и при взрывах. Например, концентрацию оксида азота N0, который является составной частью смога, можно легко определить в пламени по количеству ионов, образующихся [c.148]

Плазма возникает в результате ионизации молекул при столкновении двух частиц молекул с большой энергией, при столкновении молекул с электронами или ионами, при действии на молекулы фотонов. Все эти процессы обратимы, так как в плазме протекают процессы рекомбинации — восстановления нейтрального состояния. Практически плазма может образоваться при горении костра, при пропускании через газ электрического тока, при повышенных температурах и т. д. [c.51]

Таким образом, колебательное возбуждение молекул слабо влияет на сечение их прямой ионизации. Влияние ее на сечения ионизации через АИ СВС более существенно вследствие зависимости эффективности ионизации от номера уровня и типа состояния. Это необходимо учитывать в случае существенного вклада таких процессов в ионизацию. Из-за конкуренции различных процессов дезактивации вклад АИ в сечепие ионизации молекул может зависеть от макроскопических параметров плазмы — давления и температуры тяжелых частиц. [c.43]

Сопоставляя второй и третий пути диссоциации, следует учитывать, что скорость любого процесса с участием положительных ионов не может превышать скорости ионизации в плазме. Разумно поэтому сопоставить возможные скорости ионизации молекул и возбуждения их уровней, могущие привести к распаду, т. е. прежде всего — возбуждения электронных уровней. Мы произвели соответствующие оценки скоро- [c.11]

В нашей лаборатории [1—3] были проведены измерения спектроскопическим методом температуры молекул газа в плазме разряда, осуществляемого в тщательно охлаждаемой узкой кварцевой трубке с просветом радиуса р = 0,2 см, между холодными электродами в области давлений р=35—250 мм рт. ст. и токов г = 35—600 ма. Было найдено, что указанная температура лежит в интервале Г=600—2400° К, так что процессы возбуждения и ионизации молекул здесь заведомо не носят термического характера. Поэтому рассматриваемый разряд может быть отнесен к типу тлеющих разрядов при средних давлениях. Подобные разряды уже давно привлекали внимание исследователей. Например, Ф. Габер с сотрудниками [4] использовали их для электросинтеза окислов азота. [c.18]

В экспериментальных условиях все параметры плазмы оказываются взаимосвязанными. Действительно, даже в упрощенных моделях газоразрядной плазмы (например, теория Шот-тки) существует однозначная связь между температурой электронов, потенциалом ионизации молекул, давлением газа и характерным размером разрядной системы. [c.273]

Глава VI ИОНИЗАЦИЯ МОЛЕКУЛ И ИОННАЯ КОНВЕРСИЯ В неравновесной плазме [c.162]

Рис. 6.5. Коэффициент скорости ионизации молекул в плазме в зависимости от величины параметра (0)

При повышении степени ионизации плазмы возможно ступенчатое возбуждение электронных уровней молекул электронным ударом [137, 139]. Скорость его можно найти путем решения соответствующих балансных кинетических уравнений (см. гл. IV, 3). Ступенчатое возбуждение электронных уровней молекул в отличие от уровней атомов будет приводить не столько к ионизации, сколько к диссоциации молекул, если плазма далека от диссоциационного равновесия, т. е. если концентрация фрагментов — продуктов предиссоциации меньше равновесных, рассчитанных по уравнению Саха с Т = Те (см. гл. I, 1). Скорость ступенчатой ионизации молекул через электронные уровни при этом может оказаться на несколько порядков величины ниже равновесной, так как заселенности уровней, лежащих выше пределов предиссоциации, могут быть на три-пять порядков величины ниже равновесных. [c.197]

Газоразрядная плазма в ячейке Пеннинга удерживается радиальным электрическим и продольным магнитным полями, существующими в полости электродной системы. В торцевых областях электрическое поле имеет также продольную компоненту. Такая конфигурация полей определяется геометрией разрядного промежутка и влиянием пространственного заряда, имеющего в центральной области ячейки, как показано ниже, отрицательный знак. Под действием продольной компоненты электрического поля электроны продолжительное время колеблются между катодными пластинами вдоль оси г время их жизни в разряде Tg обратно пропорционально молекулярной концентрации. Электроны участвуют также в движении по циклоидальным траекториям в плоскости гв вокруг магнитных силовых линий и в радиальном дрейфе к аноду вследствие соударений с молекулами газа. При достаточном потенциале анода L a эти соударения приводят к ионизации молекул. [c.176]

В области высоких температур происходит отделение электронов, слабо связанных с атомом (термическая ионизация атомов), а при дальнейшем повышении температуры ионизируются и другие атомы и молекулы с постепенным отделением второго и третьего электронов от атома. Газ при высоких температурах переходит в состояние плазмы. В нем находятся в равновесии и нейтральные молекулы и атомы и положительно заряженные ионы и свободные [c.118]

ДО 24 000° К и захватывает область первой и второй ступеней ионизации атомов углерода и кислорода. Рис. 33, б показывает, что при повышении температуры сначала молекулы СОг диссоциируют на СО и О2, далее молекулы О2 разлагаются на свободные атомы. При данном давлении уже к 3 000° К в равновесной системе почти не остается молекул СО2 и О2 и она состоит практически, полностью из молекул СО и атомов кислорода. Примерно с 4 000° К начинается разложение молекул СО. Дальнейшее повышение температуры приводит к отделению от атомов углерода, а затем и от атомов кислорода сначала одного электрона, а при более высоких температурах и другого электрона. Образование плазмы в этой системе при указанном давлении начинается примерно с 5000° К. Процессы термической ионизации атомов, как и процессы термической диссоциации молекул, являются обратимыми термодинамическими процессами. Для них могут быть определены соответст-вуюш,ие тепловой эффект процесса и константа равновесия, а также зависимость их от температуры и пр. [c.120]

При приложении небольших напряжений образующиеся ионы под действием слабого электрического поля ускоряются мало. При этом основное количество ионов рекомбинируется в молекулы, не доходя до электродов. С увеличением приложенного напряжения растет число ионов, попадающих на электроды. В этой области (/) показания прибора пропорциональны напряжению. При дальнейшем увеличении напряжения достигается состояние насыщения, при котором все ионизированные молекулы газа попадают на электроды прежде, чем произойдет их рекомбинация. Область насыщения (2) возникает при напряжении свыше 100 В. Если дальше увеличи-чить напряжение, показания прибора возрастают (область 3), так как ускорение ионов теперь настолько велико, что они сами ионизируют молекулы, сталкиваясь с ними на пути к электродам. Если все образовавшиеся вторичные ионы достигают электродов прежде, чем произойдет их рекомбинация, то на кривой получают вторую область насыщения (4). Новый подъем (5) на кривой наблюдается при резком увеличении вторичной ионизации, вызывающей образование и распространение плазмы в области проволочных электродов. Если плазма стабилизирована по всей длине проволоки, на кривой получают площадку 6). Показания прибора можно рассматривать как функцию только ионизирующего излучения на участках 2, 4 и 6, расположенных параллельно оси абсцисс здесь показания при- [c.385]

Рассмотрен ряд современных методов расчета химических равновесий, включая равновесие диссоциации (двухатомных) молекул на атомы и равновесие ионизации при высоких температурах при переходе вещества в состояние плазмы. [c.4]

Плазменное состояние имеет ряд особенностей, отличающих его от других. Прежде всего, оно не отвечает равновесию и его характеристики являются лишь стационарными. Все время происходят образование (ионизация) и исчезновение зарядов, выделение мощности внутри плазмы и охлаждение снаружи. Нет температурного равновесия и между различными компонентами плазмы — электронами, ионами и нейтральными частицами (атомы и молекулы). [c.537]

По способу образования различают два вида плазмы термическую и газоразрядную. Термическая (изотермическая плазма) возникает при нагревании газа до высоких температур, ири которых имеет место значительная его ионизация. В ней средняя кинетическая энергия различных частиц (электронов, ионов, атомов, молекул) одинакова, распределение частиц по скоростям подчиняется закону Максвелла. В термической плазме устанавливается равновесие между нейтральными частицами и продуктами их ионизации (ионами и электронами), которое подчиняется закону действия масс и другим термодинамическим соотношениям. [c.247]

Если газу сообщить столь большую энергию, что от его молекул начнут отрываться электроны, тов предоставленном ему пространстве будут находиться положительно и отрицательно заряженные частицы. Происходит термическая ионизация, в результате которой газ становится проводником электричества, переходя в плазменное состояние. Между плазмой и газом нет резкого различия. Но оно возникает, как только вещество попадает в электрическое или магнитное поле в этом случае движение частиц в плазме становится упорядоченным. [c.240]

Интенсивность линий. При достаточно высоких температурах (>3- Ю К) исследуемый элемент находится в состоянии плазмы. Под этим названием понимают излучающий, квазинейтральный, электропроводный газ, состоящий из атомов, молекул и ионов во всех возбужденных состояниях, а также свободных электронов. Эта система находится в термодинамическом равновесии, если все элементарные процессы (возбуждение, ионизация) обратимы и потери энергии отсутствуют. При этих условиях и не слишком высокой плотности плазмы число частиц, находящихся в основном и возбужденном состояниях (Л/о или Л ,), подчиняется распределению Больцмана [уравнение (5.1.12)]. Наблюдаемая интенсивность линий оказывается равной [c.184]

Вещество может существовать в трех состояниях — твердом, жидком и газообразном. В последние годы особенный интерес привлекает четвертое состояние вещества — плазма. Плазма представляет собой газ, в котором атомы или молекулы потеряли часть своих электронов и превратились в положительно заряженные ионы. При этом соотношение между числами ионов и электронов таково, что в целом общий заряд плазмы равен нулю, т. е. она является нейтральной. Вместе с тем плазма проводит электрический ток, подобно мета.плу, благодаря подвижности электронов. Такое состояние газа достигается, например, нагреванием до 3000—5000° С или сильным электрическим разрядом. Проявлениями плазмы в природе являются молния, северное сияние. При указанных и более высоких температурах число ионов может существенно превышать число атомов. Принято, что если степень ионизации газа близка к 1%, то он находится в состоянии плазмы. Плазма является наиболее распространенным состоянием во Вселенной, например Солнце полностью состоит из плазмы. Различают низкотемпературную (до 5000° С) и высокотемпературную плазму. [c.356]

Поскольку плазма не находится в равновесии, ее характеристики отвечают лишь определенным стационарным процессам. Непрерывно происходит ионизация и нейтрализация зарядов, выделение энергии внутри плазмы и охлаждение вследствие взаимодействия с окружающей средой. При этом наиболее трудно происходит обмен энергией между ионами и электронами, что обусловлено большим различием в их массах. Поэтому отсутствует термическое равновесие между ионами и электронами, а также и нейтральными частицами (молекулами). Энергию от электрических источников (например, дуг) непосредственно получают электроны. Вследствие этого 7 а>7 и>7 м, где Тэ, Ти, 7 м — температуры электронов ионов и молекул (или атомов). В газоразрядных трубках Гэ имеет порядок 10 С, а Та и Ты лишь (1—2)-10 °С. В дуговом разряде, где плотность газа выше и число столкновений больше, величины Та, Тя и Та сближаются. При этом Т и Тм достигают около 6000° С. [c.357]

Наиболее легко состояние плазмы достигается у веществ, атомы или молекулы которых обладают наиболее низкими потенциалами ионизации. Так, у большинства щелочных металлов ионизация становится заметной уже при 2 500—3 000° С. В настоящее время плазма играет важную роль в некоторых процессах новой техники — в мощных ракетных двигателях, в процессах преобразования энергии нагретого тела в электрическую энергию (в магни-тогидродинамических генераторах), в плазменных горелках, дающих возможность получать температуру 14 ООО—16 000° К, а высокотемпературная плазма — в термоядерных процессах. [c.120]

Источником энергии в разряде является электрическое поле, сообщающее ускорение в первую очередь свободным электронам, которые передают свою энергию молекулам газа посредством упругих и неупругих ударов. В результате неупругих ударов происходит возбуждение и ионизация молекул, а также диссоциация их на свободные ради1 алы или атомы. Принципиально любая нз этих частиц, т. е. возбужденная молекула, ион и свободный радикал, могут являться химически активной частицей, участвующей в первичном элементарном акте. За первичным актом могут последовать, в зависимости от условий, различные вторичные реакции, причем последние могут развиваться не только в самой плазме разряда, но и на стенках разрядной трубки. Таким образом, весьма сложная задача изучения механизма реакций в разряде сводится, во-первых, к выяснению природы первично активной химической частицы и характера первичного элементарного акта и, во-вторых, к изучению возможных вторичных реакций. Следует иметь в виду, что плазма разряда может быть изотермической и неизотермической. В изотермической плазме температуры электронного и [c.250]

Детектор постоякнсн скорости рекомбинации (ДПР) предназначен для количественного определения анализируемых веществ, выходящих нз хроматографической колонки, молекулы которых изменяют скорость рекомбинации в плазме газового разряда. Детектор дайной конструкции относится к потоковым детекторам. Он состоит из высокотемпературной камеры детектора (ВК) н выносного блока (ВБ), который содержит радиационный стабилизатм тока. В ВК поступают два потока азота — продувочный и газ-носитель. Принцип действия ВК основан на зависимости рекомбинации заряженных частиц от концентрации анализируемых молекул. Свободные электроны получаются при ионизации молекул продувочного газа азота а-частицами радиоизлучения [c.247]

Источником энергии в разряде является электрическое поле, сообщающее ускорение в первую очередь свободным электронам, которые передают свою энергию молекулам газа посредством упругих и неупругих ударов. В результате неупругих ударов происходит возбуждение и ионизация молекул, а также диссоциация их на свободные радикалы или атомы. Принципиально любая из этих частиц, т. е. возбужденная молекула, ион и свободный радикал, могут являться химически активной частицей, участвующей в первичном элементарном акте. За первичным актом могут последовать, в зависимости от условий, различные вторичные реакции, причем последние могут развиваться не только в самой плазме разряда, но и на стенках разрядной трубки. Таким образом, весьма сложная задача изучения механизма реакций в разряде сводится, во-первых, к выясненикэ природы первично актив- [c.235]

Метастабильные атомы представляют собой атомы, находящиеся в возбужденном состоянии, переход из которого в основное и другие состояния посредством излучения запрещен. Поэтому метастабильные состояния являются долгоживущими. Время жизни метастабильных атомов определяется их столкновениями с атомами и электронами. Столкновения с электронами играют существенную роль в сильноточных разрядах и в газовой плазме. В условиях протекания слабых токов в радиоионизационных детекторах основное значение имеют столкновения метастабильных атомов с атомами основного компонента (газа-носителя) и молекулами примеси (анализируемого газа). Эти процессы приводят к разрушению метастабильных атомов — их дезактивации. Если энергия возбуждения атома газа-носителя в метастабильное состояние превосходит энергию ионизации молекулы анализируемого газа, то столкновения метастабильных атомов газа-носителя с молекулами анализируемого газа приводят к ионизации последних. Этот процесс называется эффектом Пеннинга [21, 24]. [c.56]

Предположение о максвелловском распределении энергии электронов при прямой ионизации молекул электронными ударами и отсутствии отрицательных ионов ведет к хорошо известной диффузионной теории газоразрядной плазмы, восходящей к работам Шоттки, Энгеля, Штинбека [66]. Эта теория дает универсальную зависимость средней энергии электронов, выраженной в долях энергии ионизации молекул, от произведения концентрации молекул на характерный размер плазменной системы (рис. 1.24). Влияние свойств плазмообразующего газа учитывается величиной постоянной С и энергией ионизации. [c.86]

Молекулы циклогексана эффективно дезактивируют возбужденные атомы аргона, поэтому их концентрация резко уменьшается. В результате уменьшается и скорость ионизации аргона. Основным каналом в процессе ионизации в смеси становится ионизация молекул циклогексана возбужденными атомами аргона (так называемая пеннинговская ионизация (процесс 9). Этот процесс и вызывает наблюдаемые изменения параметров плазмы и состава ионов. В плазме чистого аргона основные ионы — ионы аргона, а в плазме смеси — молекулярные ионы циклогексана. [c.270]

Ступенчатое возбуждение электронных уровней в квазитерми-ческой плазме приводит вследствие предиссоциации и наличия нестабильных электронных состояний в основном к диссоциации молекул, если степень диссоциации ниже равновесной — рассчитанной по уравнениям химического равновесия с Г = Tg. Скорость ступенчатой ионизации молекул при этом снижается за счет обеднения уровней вследствие предиссоциации на несколько порядков [c.277]

Ионизация молекулярных газов эффективна при значительном возбуждении колебаний молекул. Разработанная в [49,50] модель позволяет найти сечение и константу скорости ионизации при переходе от заданных колебательных уровней исходного состояния двухатомной молекулы к результирующему состоянию молекулярного иона. Эти соотношения дают возможность оценить скорость ионизации в плазме, в которой температура электронов и колебательная температура различны, т.е. учесть влияние неравновесного колебательного возбуждения молекул. Применение принципа Франка-Кондона к результатам моделирования процесса ионизации двухатомных молекул в рамках классической механики позволило Капителли рекомендовать соотношения, способствующие вычислению сечения диссоциативной ионизации молекул, находящихся в различных колебательных состояниях [48]. [c.311]

Подвижность замагниченных электронов по радиусу резко ограничена, и доминирует их дрейфовый азимутальный ток. В пространстве дрейфа осуществляются ионизация молекул остаточного газа и дополнительная обдирка поступающих туда ионов металлической плазмы. Образующиеся ионы ускоряются радиальным электрическим полем к стенкам, на которых происходит конденсация атомов геттера и одновременно хемосорбция активных газов и имплантация ионов инерт- [c.170]

Накопление большого количества энергии в веществе может привести к переходу его в плазменное состояние, т. е. вызвать в нем пропессы диссоциации молекул и ионизации атомов и молекул (Н Н + — водородная плазма), что создает большую концентрацию электронов. Если в плазменном состоянии веш,ество не вступало в какие-либо химические процессы, то при отводе накопленной энергии (охлаждение) вещество плазмообразователя остается без изкенеиий. [c.10]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология