7057

Расчет сечения объемной ионизации атомов электронным ударом

Лабораторная работа

Физика

Расчет сечения объемной ионизации атомов электронным ударом. Цель работы: Ознакомление с различными формулами, аппроксимирующими сечение ионизации. Оценить пределы применимости той или иной аппроксимирующей сечение ионизации формулы, выб...

Русский

2013-01-14

36 KB

21 чел.

Расчет сечения объемной ионизации атомов электронным ударом.

Цель работы:

  1.  Ознакомление с различными формулами, аппроксимирующими сечение ионизации.
  2.  Оценить пределы применимости той или иной аппроксимирующей сечение ионизации формулы, выбрать вид этой формулы для наиболее распространенных видов разряда.

Ионизацией атома называется расщепление его на положительный ион и один или несколько свободных электронов. Ионизация может вызываться соударением атома со свободным электроном или ионом, поглощением фотона и т.д. Достаточно распространенным вариантом является ионизация атома под действием электронного удара. Уравнение сохранения энергии в этом случае будет иметь вид:

где  Ve0 и Ve1 – начальная и конечная скорости первичного электрона;

 Ve2 и Vp – скорости вторичного электрона и иона;

 Ui – ионизационный потенциал.

Ионизация – вероятностный процесс, она характеризуется или вероятностью ионизации, или эффективным поперечным сечением ионизации - i. Как видно из (1), зависимость i от энергии электрона Ue будет носить пороговый характер: при Ue Ui  i равно 0. При небольшом превышении Ue над Ui i мало, т.к. при малых Ve1 , Ve2 и Vp велика вероятность повторной рекомбинации медленных электронов и ионов. По мере роста Ue растут Ve1 , Ve2 и Vp, уменьшается возможность их рекомбинации и растет i . Однако, при очень больших Ue i начинают падать, т.к.электроны «проскакивают мимо атома» не успевая его ионизировать. Т.е. зависимость i=f(Ue) имеет максимум (см. экспериментальные зависимости).

Расчет сечения ионизации.

Для расчета сечений ионизации атомов электронами используется большое количество аппроксимационных формул. Наиболее часто используются следующие:

1. Линейная аппроксимация, пригодная для небольших энергий электронов:

где i – коэффициент пропорциональности, Uвыраженная в вольтах энергия ионизирующих электронов, Ui – потенциал ионизации атома или молекулы.

2. Аппроксимация Лотца-Дрэвина:

где  S0=а02=0.88*10-16см20 – радиус первой боровской орбиты атома водорода);

Rd=13.6В – потенциал ионизации атома водорода (Ридберг);

1 и 2 – подгоночные коэффициенты.

Значения i и l для некоторых газов даны в таблице 1:

Газ

Ui, В

i, м2

l

A

He

24.5

1.3*10-22

2

4

Ne

21.5

1.6*10-22

6

20

Ar

15.7

20*10-22

6

40

Полученные зависимости =f(Ue) относятся к монохроматическому пучку электронов. В газовом разряде имеет место некоторое распределение энергии (fe), чаще всего задаваемое законом Макселла:

где eUe и KTe могут измеряться в эВ.

Т.о. для оценки средней скорости ионообразования в положительном столбе газового разряда надо пользоваться понятием сечения ионизации, усредненным по функции распределения электронов:

Порядок выполнения работы.

  1.  Пользуясь формулами (2) и (3), аппроксимировать е=f(U) и сопоставить полученные зависимости с экспериментальными данными.
  2.  Построить зависимости fe=f(U) для KTe=2, 6 и 10 эВ.
  3.  Проанализировать, какой вид аппроксимации =f(U) наиболее целесообразно применять для газоразрядной плазмы.

Содержание отчета.

  1.  Цель работы.
  2.  Физика ионизации.
  3.  Расчетные формулы с обозначением входящих величин и порядок их аппроксимации.
  4.  Сопоставление расчетных данных с экспериментом.
  5.  Выводы.

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57994. Електронні таблиці. Побудова діаграм. Стратегія успіху або Як обрати професію 130.5 KB
  Мета уроку: сформувати: навики створювати діаграми; вміння аналізувати їх; вміння застосовувати діаграми на практиці; розвивати та вдосконалювати: навики роботи з ЕТ Excel; навики роботи на ПК; вміння працювати в групі...
57995. Емоції та почуття в житті людини 41 KB
  Мета уроку: надати загальне уявлення про емоції почуття та моральні почуття їх роль у житті людини; вчити наводити приклади емоцій та почуттів познайомити учнів про силу моральних почуттів; розвивати навички опанування термінів та роботи в групах...
57996. Учимся речевому этикету. Уроки вежливости 56.5 KB
  Цель урока: ознакомить учащихся с правилами вежливого поведения и речи; сформировать умение активно пользоваться различными этикетными формами в устной и письменной речи с учетом речевой ситуации; развивать образное и логическое мышление, чувства языка, языковой памяти, речевого слуха...
57997. Построение диаграмм и графиков на основе табличных данных 102 KB
  Напишу много чисел и попрошу их представить в порядке возрастания Легко представить А если я построю диаграмму или график Какие способы представления данных вам известны Ответ: таблицы схемы запись графики диаграммы т. Какие из этих способов вы считаете наиболее наглядными...
57998. Підсумки Microsoft Excel (MICROSOFT OFFICE 2010) 427.5 KB
  Мета: Отримання учнями практичних навичок впорядкування списків шляхом групування записів з виведенням проміжних результатів.
57999. Фізична та соціальна складова здоров’я. Інноваційний інтегрований урок з основ здоров’я та фізичної культури 973 KB
  Мета: Формувати позитивну мотивацію щодо здорового способу життя культури здоровя; поліпшувати репродуктивне здоровя дітей та підлітків; своєчасне попередження вживання шкідливих звичок серед молоді; підвищення особистісного і творчого потенціалу учнів їх прагнення до самореалізації життєвого успіху...
58000. Форматування тексту 55 KB
  Мета уроку: знайомити учнів з поняттям форматування та видами Форматування; Вчити використовувати засоби форматування тексту, Застосовувати кнопки панелі інструментів та нестандартні символи при оформлені текстів; розвивати абстрактне мислення, творчий підхід до ство рення документів.
58001. ФОРМУЛИ СКОРОЧЕНОГО МНОЖЕННЯ 151.5 KB
  Вчитель відкриває на ІАД правильні відповіді які до цього момента були приховані. Вчитель викликає до дошки по черзі чотирьох учнів кожен з яких за допомогою стрілок зєднує записи завдань із записами правильних рішень.
58002. Freizeit. Вільний час 4.64 MB
  Мета: Тренувати учнів у вживанні нової лексики: die Freizeit, das Spiel, spielen, der Fussball, der Volleyball, der Federball, fernsehen, der Basketball, das Klavier, rauchen, der Rad, schwimmen, skaten, stricken, hören, die Musik, fahren, lesen, tanzen, nähen, backen, tauchen.