放电物理5-1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,碰撞截面反映了粒子的散射能力，因此也叫散射截面,不同的碰撞过程产生的散射能力用不同的碰撞截面描述，如：弹性碰撞截面，激发碰撞截面，电离碰撞截面,碰撞截面的大小：原子断面的量级，,也用,Bohr,半径表示，称为 靶,(b),截面与气体原子的数密度（气压）和温度无关，引入总有效碰撞截面,其单位量纲是,cm,-1,实验发现电子与气体的碰撞截面，与电子速度有关，也与气体种类有关,上述讨论的靶面积只是一个气体的碰撞面积,总有效碰撞截面的物理意义：,入射粒子行进单位长度时受到的碰撞次数,入射粒子碰撞一次走过的路径长度,-,自由程,总碰撞截面是各类碰撞截面之和,2.,碰撞频率和碰撞几率,某种碰撞在所有碰撞中所占比例，就是碰撞几率,入射粒子在单位时间内发生的碰撞次数 就是碰撞频率,碰撞频率的单位：,s,-1,放电气体中发生最多的还是弹性碰撞，即弹性碰撞截面最大，弹性碰撞自由程最短。弹性碰撞决定了自由程。,碰撞截面与电子能量的关系是复杂的，通常需实验测定,称为标准条件下的总碰撞截面,下面几种气体的各类总截面随电子速度的函数曲线,电子速度是按照电子能量的电子伏特值计算的。,随着原子量增加，同样电子速度的碰撞截面增加。,随着电子速度增加，碰撞截面减小，这是因为电子速度越大，作用势产生的偏折越小。,电子能量很低时，碰撞截面下降，出现极小值，碰撞过程的量子效应决定的。称为冉绍尔效应。,冉绍尔曲线,原子都有类似的冉绍尔效应,碰撞截面随电子速度增加而下降,仍然出现了低能电子的冉绍尔效应,对于金属原子存在多个极小值，都是冉绍尔效应的结果。,金属原子的碰撞截面大于惰性原子，这是因为价电子的原因,离子的弹性碰撞截面远大于电子的弹性碰撞截面,随离子能量增加，单调下降，没有冉绍尔效应,碰撞电离的起始点对应于电离能,电离截面在,100eV,前后达到最大,电离能附近，电离截面线性增加,能量太大，电离截面反而减小,对应于光学跃迁能级对的激发截面,存在激发阈值，能级激发能附近,501.5nm,辐射的截面,三重态跃迁的共振性明显,电子能量太大，激发降低,热激发和热电离,三类过程：高温热平衡等离子体,热粒子互相碰撞产生激发和电离,激发后产生的光子再次用于激发和电离,产生的电子用于电离和激发,热电离气体的状态,炙热电离的气体是热平衡体系，离子，电子和原子组成的热力学体系，有共同温度,压强：,P=P,a,+P,i,+P,e,多组分化学平衡的平衡方程,是电离度,平衡方程式可以表示为,Saha,方程,Saha,方程,电离平衡方程,实用形式,Saha,方程的用法,计算电离度：已知温度，压强和电离能,电离气体中，原子的电离能通常略小于孤立原子的电离能。,测量电离度：计算电离能,测量电导率,计算带电粒子密度,电离度,电离能,负离子的产生,吸附电子能力：原子吸附电子以后，原子内部的电子状态也相应发生变化。因此电子吸附之后的体系能量如果是降低的，则具有吸附电子的趋势。,负离子是稳定的,电子吸附能量,负离子产生机理,负离子产生是内能减小的过程，不同于电离和激发过程。,电离和激发需提供能量，而负离子产生需要排放能量，因此产生负离子的原子和电子能量越小越有利。,低能电子有利于产生负离子，负离子也可以被加速，然后再中和，产生中性能量束,辐射吸附,:,e+AA,-,+hv,碰撞吸附：,e+A+BA,-,+B,分解吸附：,e+AB(AB),-*,A,-,+B,e+AB(AB),-*,(AB),-*,+C(AB),-,+C,电子碰撞解离电离：,e+AB A,-,+B,+,+e,重粒子碰撞：,A+B A,-,+B,+,1,和,3,是两体过程，,2,、,4,和,5,是三体过程，通常低气压下发生的,1,和,3,过程。,6,只是在特殊情况下出现。,吸附几率,双体碰撞过程,:,可以用截面来描述碰撞的可能性,吸附过程：吸附碰撞截面和电子吸附自由程,电子束进入气体，碰撞速率和吸附碰撞速率为,弹性碰撞并不损失电子，,x,处电子密度为：,dx,距离上发生的附着次数,电子群的吸附,入射电子速度不是单一的，通过气体时，总碰撞频率,上单位长度上的碰撞次数,如果电子密度为,n,，那么,dx,距离的吸附数量为,测量吸附系数,利用上述关系测量,h,电子群的速度是电场决定的,H,即是电子速度的函数，又是电场的函数，因此是约化场强,(E/P),的函数,气体,O,2,CO,NO,CO,2,N,2,O,SF,6,截面（,10,-3,b),16,2.3,12.7,4.8,97,2440,电子能量,6.5,9.9,8.15,8.1,2.2,0.1,电离气体中的激发态通过碰撞消失的过程，激发转移；离子消失的过程，消电离,消电离过程：离子复合，电荷转移，负离子形成，扩散和迁移,Penning,过程,激发态原子能量 大于另一原子的电离能,是带电粒子产生,激发态能量等于电离能时，能量转移最有效,激发态要有足够大的寿命，如：亚稳态,截面：,3X10,-19,cm,2,电子碰撞电离截面：,3X10,-20,cm,2,作业：,计算能量为,2eV,的电子在氩气中的自由程和碰撞频率,