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

29682. МОЛОКО 82.5 KB
  В 1 мл молока 3 млн жировых шариков. При сквашивании молока образуется молочная кислота которая отщепляет от казеина Са. Соли N и К обеспечивают стабильность молока как коллоидной системы при нагревании. Проба на редуктазу говорит об бактериальной обсемененности молока.
29683. Сливки 14.34 KB
  1 Не допустить вытапливание молочного жира. Пластические сливки предварительно расплавляют в ванне погружая в горячее молоко Т не слишком высокая чтобы не допустить вытапливания молочного жира. 2 Не допустить отстоя жира и его дестабилизации. жировые шарики прогреваются медленнее плазмы изза низкой теплопроводности жира прогревать нужно для уничтожении микрофлоры попавшей на поверхность жировых шариков.
29684. Производство сметаны 24.76 KB
  Операции: нормализации сливок пастеризации и гомогенизации их охлаждения до температуры заквашивания и сквашивания охлаждения и созревания. Однако чрезмерное дробление жировых шариков при гомогенизации может привести в образованию больших скоплений ― гроздьев. Оптимальными режимами гомогенизации сливок для получения сметаны жирностью 25 и 30 являются температура 70 С и давление 10 Мпа. Если температура гомогенизации выше или ниже 70 С то образуются большие скопления жировых шариков что ухудшает консистенцию сметаны.
29686. Номотетический и идеографический подходы в психологии 28.5 KB
  Номотетическое познание производится как правило путем количественных исследований. Номотетическое познание производится как правило путем количественных исследований КИ психических явлений. В противном случае возникают угрозы надежности и валидности результатов количественных исследований. При проведении количественных исследований особенно большое значение имеет создание искусственных ситуаций и условий.
29687. Эмпирическая и априорные психологии 35 KB
  Тем самым эмпирическая психология стремится понять природу человеческого универсума. Решая эти задачи эмпирическая психология опирается на законы мышления и доверяет опыту. Эмпирическая психология отвергает некое мистическое скрытое единое начало приводящее к идее единого космического организма. априорная психология: Априорная психология уходит своими корнями в метафизику.
29688. Парадигмы, аномалии, кризисы, научные революции 30 KB
  Парадигмы и кризисы. Рано или поздно появляются важные теоретические проблемы не имеющие решений в рамках данной парадигмы а накопленные аномалии достигают критического порога. Существование некоторого предела в способности парадигмы усваивать аномалии и нарастание аномалий подрывающих самые основы парадигмы приводят к парадигмальным кризисам.
29689. Психология естественно-научная и гуманитарная 28.5 KB
  В отечественной психологии естественнонаучная традиция наиболее последовательно обнаруживается в психофизиологии и психофизике дифференциальной психологии инженерной психологии и психологии труда в исследованиях стилей деятельности и когнитивных стилей установок индивидуальности способностей интеллекта творчества и пр.
29690. Априорное знание, метафизика и объективность 36.5 KB
  Знание напротив характеризуется полной ясностью и свободно от ошибок Объектами мнений являются чувственные впечатления которые характеризуются нестабильностью. априорное знание предшествующее опыту и независимое от него. Априорное знание противоположно апостериорному эмпирическому знанию.