放电物理52.pptx

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,*,*,*,1/23,碰撞截面反应了粒子散射能力，所以也叫散射截面,不一样碰撞过程产生散射能力用不一样碰撞截面描述，如：弹性碰撞截面，激发碰撞截面，电离碰撞截面,碰撞截面大小：原子断面量级，,也用Bohr半径表示，称为 靶(b),截面与气体原子数密度（气压）和温度无关，引入总有效碰撞截面,其单位量纲是 cm,-1,试验发觉电子与气体碰撞截面，与电子速度相关，也与气体种类相关,上述讨论靶面积只是一个气体碰撞面积,2/23,总有效碰撞截面物理意义：,入射粒子行进单位长度时受到碰撞次数,入射粒子碰撞一次走过路径长度-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,某种碰撞在全部碰撞中所占百分比，就是碰撞几率,3/23,入射粒子在单位时间内发生碰撞次数 就是碰撞频率,碰撞频率单位：s,-1,放电气体中发生最多还是弹性碰撞，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关系是复杂，通常需试验测定,称为标准条件下总碰撞截面,下面几个气体各类总截面随电子速度函数曲线,4/23,电子速度是按照电子能量电子伏特值计算。,伴随原子量增加，一样电子速度碰撞截面增加。,伴随电子速度增加，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，碰撞过程量子效应决定。称为冉绍尔效应。,冉绍尔曲线,原子都有类似冉绍尔效应,5/23,碰撞截面随电子速度增加而下降,依然出现了低能电子冉绍尔效应,对于金属原子存在多个极小值，都是冉绍尔效应结果。,金属原子碰撞截面大于惰性原子，这是因为价电子原因,6/23,离子弹性碰撞截面远大于电子弹性碰撞截面,随离子能量增加，单调下降，没有冉绍尔效应,7/23,碰撞电离起始点对应于电离能,电离截面在100eV前后到达最大,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,8/23,对应于光学跃迁能级正确激发截面,存在激发阈值，能级激发能附近,501.5nm辐射截面,三重态跃迁共振性显著,电子能量太大，激发降低,9/23,热激发和热电离,三类过程：高温热平衡等离子体,热粒子相互碰撞产生激发和电离,激发后产生光子再次用于激发和电离,产生电子用于电离和激发,10/23,热电离气体状态,炙热电离气体是热平衡体系，离子，电子和原子组成热力学体系，有共同温度,压强：P=P,a,+P,i,+P,e,多组分化学平衡平衡方程,是电离度,11/23,平衡方程式能够表示为,Saha方程,12/23,Saha方程,电离平衡方程,实用形式,13/23,Saha方程使用方法,计算电离度：已知温度，压强和电离能,电离气体中，原子电离能通常略小于孤立原子电离能。,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,14/23,负离子产生,吸附电子能力：原子吸附电子以后，原子内部电子状态也对应发生改变。所以电子吸附之后体系能量假如是降低，则含有吸附电子趋势。,负离子是稳定,电子吸附能量,15/23,负离子产生机理,负离子产生是内能减小过程，不一样于电离和激发过程。,电离和激发需提供能量，而负离子产生需要排放能量，所以产生负离子原子和电子能量越小越有利。,低能电子有利于产生负离子，负离子也能够被加速，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1和3过程。6只是在特殊情况下出现。,16/23,吸附几率,双体碰撞过程:能够用截面来描述碰撞可能性,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距离上发生附着次数,17/23,电子群吸附,入射电子速度不是单一，经过气体时，总碰撞频率,上单位长度上碰撞次数,假如电子密度为n，那么dx距离吸附数量为,18/23,测量吸附系数,利用上述关系测量h,电子群速度是电场决定,H即是电子速度函数，又是电场函数，所以是约化场强(E/P)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,6.5,9.9,8.15,8.1,2.2,0.1,19/23,电离气体中激发态经过碰撞消失过程，激发转移；离子消失过程，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,20/23,Penning 过程,激发态原子能量 大于另一原子电离能,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,激发态要有足够大寿命，如：亚稳态,截面：3X10,-19,cm,2,电子碰撞电离截面：3X10,-20,cm,2,21/23,22/23,作业：,计算能量为2eV电子在氩气中自由程和碰撞频率,23/23,