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

3795. Элективный курс Азбука созвездий 918 KB
  Программа элективного курса по астрономии для 5-го класса по теме "Азбука созвездий" с применением информационных технологий Статья отнесена к разделу: Преподавание астрономии Элективный курс «Азбука созвездий» построен с опорой на получаемые знания...
3796. EARLY COMPUTING MACHINES AND THEIR INVENTORS 33 KB
  EARLYCOMPUTINGMACHINESANDTHEIRINVENTORS I. Practise reading the following words: aspect, automatic, conduct, transactions, virtually, impact, abacus, programmable, merchant, analog, wheel, refine, arithmetic, drawback, ...
3797. Теоретико-методологический подход к развитию кадрового менеджмента 114 KB
  Теоретико-методологический подход к развитию кадрового менеджмента Исторические аспекты кадрового менеджмента А.И. Кравченко полагает, что вся история кадрового менеджмента может быть разбита на три основных этапа: донаучный классический современн...
3798. Современная украинская литература 21.09 KB
  Современная украинская литература Провозглашение независимости Украины (24 августа 1991г.) и перестройка самостоятельного государства создали принципиально новые, вполне благоприятные условия для развития культуры. 19 февраля 1992 Верховная Рада Укр...
3799. Испытания поршневых компрессоров 912 KB
  Испытания поршневых компрессоров Цель: Изучить методику испытания поршневого компрессора, изучить устройство и оборудование, используемое для испытания экспериментальной установки, получить навыки измерения величин для расчета технических характерис...
3800. Парогенератори 1.07 MB
  Парогенератори Одне з основних завдань експлуатації АЕС є максимальне зниження рівня радіаційного опромінення і гарантування безпечної роботи персоналу. Цього досягають, використовуючи двоконтурну схему АЕС. Елементом, який розділяє контури, є парог...
3801. Реорганизация, банкротство и ликвидация предприятий 226 KB
  Введение Система банкротств, которая начинает действовать в России, вызывает резкую реакцию у различных общественных институтов, партий и движений, которые пытаются ускорить или приостановить процедуру банкротства у предприятий, ссылаясь, как правил...
3802. Автомобильная служба Российской федерации 353.5 KB
  Структура автомобильной службы в ВС РФ, её задачи. Автомобильная служба Вооруженных Сил имеет четко выраженную структуру и возглавляется Главным Автобронетанковым Управлением Министерства Обороны (ГАБТУ МО). Автомобильная служба является самостоятел...