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

60223. Сценарій конкурсу знавців української мови «А нумо, українці!» 607.5 KB
  Жовті Води Сценарій конкурсу знавців української мови А нумо українці Ведучий 1: Громадянин будьякої країни відчуває свою причетність до свого народу до своєї мови. Ведучий 2: Життя мови залежить від народу...
60224. Цветы в фольклоре народов мира и произведениях русских поэтов и писателей 159 KB
  Цель: показать многообразие, красоту, неповторимость природных форм и красок растительного мира.
60225. КРІЗЬ ПЕКЛО АФГАНСЬКОЇ ВІЙНИ 679.5 KB
  Слайд 11 Втрати За уточненими даними всього у війні Радянська Армія втратила 14 427 чоловік КДБ 576 чоловік МВС 28 чоловік загиблими і зниклими безвісти. Поранення і контузії отримали більше...
60226. Берегині рідного краю 551.5 KB
  1 учень. Щасливі мої письма що в рученьках твоїх бувають ніж мої очі що тебе не оглядають. Слайд 3 1 учень Трагічно склалися взаємини між юною Кочубеївною та гетьманом. 1 учень Тут доречні слова письменника Богдана Лепкого...
60227. Як Берізка листя роздарувала 125.5 KB
  Мета: ознайомити учнів з творами українських письменників, які описували красу осені. Удосконалювати вміння виразно, правильно, інтонаційно читати та розказувати текст, співати пісні, танцювати.
60229. Свято «Чаювання – родинна традиція» 142.5 KB
  Розширити уявлення учнів про напій який виготовляють люди а саме чай. Сьогодні чай називають напоєм №1. Чай це прекрасний корисний напій який тамує спрагу знімає втому додає бадьорості підіймає настрій.
60230. Поспішайте робити добро! 47.5 KB
  Мета: формувати уявлення дітей про моральні якості людини – доброту, доброзичливість; проектувати стратегії своєї поведінки з урахуванням інтересів та потреб інших; удосконалювати уміння аналізувати власні вчинки...
60231. Милосердя і доброта - людства два крила 517.5 KB
  Навчальна:дати визначення поняттю «добро». На основі християнської та загальнолюдської моралі формувати в учнів риси людяності допомогти тим, хто в біді; наголосити на важливості гармонії виховання у сімї та школі.