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

79174. Эволюционная эпистемология, её генезис и современные тенденции развития. Глобальный эволюционизм и современная научная картина мира 39 KB
  Эпистемология- согласно Фуко это исторически изменчивые структуры которые определяют условия образования сознания в конкретный исторический период.
79175. Культурологический дискурс техники. Техноидиллия и технический алармизм в современной культуре. Традиционная и проектная культура 33 KB
  Культурологический дискурс техники. Это связано в первую очередь с развитием техники. Техника и технология основные понятия фил техники. История становления современного чел связана с историей развития и услож техники.
79176. Антропологический дискурс техники и технознания. Теория органопроекций. Орудийная и праксеологическая концепции техники 16.94 KB
  В работе Общая и сравнительная география 1845 рассматривает историю как результат активного взаимодействия человека и окружающей его среды. В своей философской концепции техники Капп исходит из антропологического критерия который провозглашает человека фактическим центром мироздания и объявляет его исходным пунктом и конечной целью т. Человек мера всех вещей Протагор При этом человека который с антропологической точки зрения находится в центре мира следует брать и понимать как неразрывное единство тела и сознания. Однако...
79177. Гуманистические традиции философии техники. Антисциентизм и антитехницизм в их соотношении. Проблемы гуманизации современной техники 26.5 KB
  В современной философии конституируется более широкий взгляд на дегуманизацию культуры в техногенной цивилизации связанный с признанием невозможности рационализировать техническое развитие и сделать его нерепрессивным по отношению к человеку ибо техника есть естественное порождение и органичное выражение самой сущности человека плоть от плоть его отношения к миру как к объекту потребления ярчайший пример отношение к природе артикулированное в категориях природопользования где техника выступает лишь средством инструментом...
79178. Техника и технознание в контексте современной глобалистики. Техника как коммуникативная стратегия современности 28 KB
  Техника и технознание в контексте современной глобалистики. Техника как коммуникативная стратегия современности. Широкий смысл понятия техники: искусственный или организованный прием усиливающий улучшающий или облегчающий действие техника письма техника плавания техника вопросов и т. Созидательный характер техники: техника есть основание на котором стоит техногенная цивилизация: в аспекте творчества: средство реализации сущностных сил человека форма материализации потенций человека и природы во всем их многообразии; в аспекте...
79180. Этический аспект развития техники и технознания. Нравственное измерение научной деятельности и технического проектирования, проблема свободы и ответственности 15.99 KB
  Этический аспект развития техники и технознания. Вместе с тем прогресс науки и техники дает людям не только блага а многие открытия несут угрозу существованию человечества и всей жизни на Земле. 2 уровня восприятия техники: Позитивный.
79181. Теологические концепции техники. Техника как часть религиозного опыта, соотношение технознания с феноменальным и ноуменальным 12.83 KB
  Теологические концепции техники. Концепция техники как встречи с Богом Фридриха Дессауэра 1881-1963. Работы Техническая культура 1908 Философия техники. Проблема реализации 1927 Душа в сфере техники 1945 и Споры вокруг техники 1956.