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

81995. ЛЮБОВ – ЦЕ ДАР. І БОГ САМ ВИБИРА, ХТО ЗАСЛУЖИВ ОЦЕ ПІЗНАТИ ДИВО 42.5 KB
  Мета: поспілкуватися з учнями про кохання, про те, що вважається природним і що є небажаним у взаєминах молоді; зорієнтувати учнів на толерантне ставлення до вираження почуттів протилежними статями; допомогти учням розібратися у собі, підготувати до майбутнього сімейного життя.
81996. Виховна година «Злочин і покарання» 35.5 KB
  Мета: запобігати шкідливим звичкам, які негативно впливають на здоров’я підлітків; формувати вміння і навички учнів щодо власної безпеки, розуміння відповідальності за власні вчинки та їх наслідки; виховувати в учнів бажання зберегти власне здоров’я.
81997. Прийди до серця, Україно, благослови добром мене… 45.5 KB
  Мета: виховувати почуття патріотизму, національної гордості, любові до рідного краю, розуміння своєї причетності до всіх подій, які відбувалися в Україні; формувати переконаність у нетлінності духовних скарбів народу.
81998. Пронеси добро і милосердя через усе своє життя 32.5 KB
  Пронеси добро і милосердя через усе своє життя Що таке добро милосердя Як ви думаєте діти Відповіді дітей. Я б хотіла діти щоб ви усвідомлювали свої вчинки несли за них відповідальність бо без відповідальності за них не буде добра і милосердя. Діти Що є головним для кожного з вас що є найважливіше для вас...
81999. Знакомые незнакомцы 53 KB
  Цель викторины: обобщить и расширить знания учащихся о мире животных; развивать память, логическое мышление, творчество, умение сочетать любовь к животным и бережное отношение к ним; воспитывать эстетические чувства, любовь к живой природе.
82000. Внеклассное чтение Волшебница зима 34 KB
  Цель: обобщить знания учащихся о зиме и её отображение в художественных произведениях; расширять круг чтения; совершенствовать умение выразительно читать стихотворения наизусть; развивать навыки самостоятельной работы с художественной литературой, творческие способности учащихся; прививать любовь к литературе.
82001. Сім’я і здоров’я. Ставлення до ВІЛ-інфікованих людей. Рольова гра «Як ВІЛ руйнує імунітет» 51 KB
  Мета: Виховувати любов і повагу до всіх членів родини. Виховувати співчуття і чуйне ставлення до людей ВІЛ-інфікованих. Розширити знання про сім’ю, як основний чинник здоров’я. Розширити знання про ВІЛ-інфекцію, її дію на імунну систему. Розвивати вміння піклуватися про сім’ю – обов’язок усіх членів сім’ї.
82002. УКРАЇНСЬКИЙ ВІНОЧОК 57 KB
  Мета. Познайомити учнів з давніми обрядами, традиціями, звичаями нашого народу, пов’язаними з квітами України, які вплітають в український вінок. Відкрити дивовижний світ української пісні, легенди. Допомогти учням усвідомити необхідність примножувати традиції, вчити бачити прекрасне.
82003. Сценарий выпускного бала для 11 – х классов 176.5 KB
  Ведь нет для них торжественней момента Подарим всем свои аплодисменты Маэстро вальс зажгите свечи Мы начинаем школьный вечер На фоне музыки педагог-организатор школы приглашает пройти выпускников в праздничный актовый зал Организатор В зал входит гордость нашей школы...