Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

А́ТОМНЫЕ СТОЛКНОВЕ́НИЯ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 2. Москва, 2005, стр. 479-480

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Б. М. Смирнов

А́ТОМНЫЕ СТОЛКНОВЕ́НИЯ, эле­мен­тар­ные ак­ты взаи­мо­дей­ст­вия атом­ных час­тиц (ато­мов, мо­ле­кул, элек­тро­нов, ио­нов) друг с дру­гом или с фо­то­на­ми при со­уда­ре­ни­ях. А. с. де­лят­ся на уп­ру­гие и не­уп­ру­гие. При уп­ру­гих столк­но­ве­ни­ях сум­мар­ная ки­не­тич. энер­гия стал­ки­ваю­щих­ся час­тиц не ме­ня­ет­ся, а лишь пе­ре­рас­пре­де­ля­ет­ся ме­ж­ду ни­ми и из­ме­ня­ют­ся на­прав­ле­ния их дви­же­ния. В не­уп­ру­гих столк­но­ве­ни­ях ме­ня­ет­ся внутр. энер­гия стал­ки­ваю­щих­ся атом­ных час­тиц (они пе­ре­хо­дят на др. уров­ни энер­гии) и со­от­вет­ст­вен­но ме­ня­ет­ся их пол­ная ки­не­тич. энер­гия. При этом мо­жет из­ме­нить­ся ли­бо элек­трон­ное со­стоя­ние ато­ма, ли­бо ко­ле­ба­тель­ное и/или вра­ща­тель­ное со­стоя­ния мо­ле­ку­лы.

А. с. – ак­ты рас­сея­ния на атом­ных час­ти­цах – влия­ют на ха­рак­тер пе­ре­ме­ще­ния час­тиц в га­зе и плаз­ме, осо­бен­но ес­ли рас­сея­ние про­ис­хо­дит на боль­шие уг­лы. Имен­но уп­ру­ги­ми столк­но­ве­ния­ми оп­ре­де­ля­ют­ся пе­ре­но­са про­цес­сы в га­зах. Ко­эф­фи­ци­ен­ты диф­фу­зии (пе­ре­нос час­тиц), вяз­ко­сти (пе­ре­нос им­пуль­са), те­п­ло­про­вод­но­сти (пе­ре­нос энер­гии) вы­ра­жа­ют­ся че­рез эф­фек­тив­ное се­че­ние рас­сея­ния атом­ных час­тиц. Ана­ло­гич­но, под­виж­ность ио­нов и элек­тро­нов свя­за­на с се­че­ния­ми уп­ру­го­го рас­сея­ния ио­на и элек­тро­на на ато­ме или мо­ле­ку­ле га­за. Се­че­ние уп­ру­го­го рас­сея­ния час­тиц при те­п­ло­вых энер­ги­ях на­зы­ва­ет­ся га­зо­ки­не­ти­че­ским се­че­ни­ем; оно име­ет ве­ли­чи­ну по­ряд­ка 10–15 см2 и оп­ре­де­ля­ет дли­ну сво­бод­но­го про­бе­га час­ти­цы в сре­де. Все ха­рак­те­ри­сти­ки пе­ре­но­са оп­ре­де­ля­ют­ся т. н. транс­порт­ным се­че­ни­ем, в ко­то­ром ус­ред­нён­ным об­ра­зом учи­ты­ва­ют­ся вкла­ды рас­сея­ния на боль­шие и ма­лые уг­лы.

Про­цес­сы не­уп­ру­гих А. с. в га­зе или в сла­бо­ио­ни­зо­ван­ной плаз­ме очень раз­но­об­раз­ны, их пе­ре­чень при­ве­дён в таб­ли­це. Ти­пы ато­мов, уча­ст­ву­ю­щих в стол­к­но­ви­тель­ных про­цес­сах и вхо­дя­щих в со­став мо­ле­кул, ус­лов­но обо­зна­че­ны бук­ва­ми $\ce{A, B}$ и $\ce{C; e}$ – эле­кт­рон, $\hbar$ – по­сто­ян­ная План­ка, $ω$ – кру­го­вая ча­сто­та из­лу­че­ния; звёз­доч­кой обо­зна­че­ны воз­буж­дён­ные со­стоя­ния ато­мов, $ν, ν′, J, J'$ – ко­ле­ба­тель­ные и вра­ща­тель­ные кван­то­вые чис­ла на­чаль­но­го и ко­неч­но­го со­стоя­ний.

Неупругие процессы соударения атомных частиц и фотонов

 

 Тип атомного столкновенияСхема процесса
1.Ионизация при столкновении атомов и молекул$\ce{A + B → A + B^{+} + e}$
2.Переход между электронными состояниями

$\ce{A + B ⇄ A + B^{\ast}}$

$\ce{e + B ⇄ e + B^{\ast}}$

3.Переход между колебательными или вращательными состояниями молекул

$\ce{AB(ν) + C → AB(ν') + C}$

$\ce{e +AB(ν)→ e +AB(ν')}$

$\ce{AB(\it J) +C→ AB(\it J') +C}$

$\ce{e +AB(\it J)→e + AB(\it J')}$

4.Химические реакции

$\ce{A +BC⇄AB +C}$

$\ce{A +BC⇄A +B +C}$

5.Тушение электронного возбуждения$\ce{B^{\ast} +AC(ν) → B + AC(ν')}$
6.Передача возбуждения$\ce{A + B^{\ast}→A^{\ast} + B}$
7.Спиновый обмен (при сохранении проекции полного спина атомов изменяется проекция каждого из них) 
8.Деполяризация атома (изменяется направление орбитального момента одного из сталкивающихся атомов) 
9.Переходы между состояниями тонкой и сверхтонкой структуры одной из сталкивающихся частиц 
10.Ионизация атома или молекулы электронным ударом$\ce{e + A→2e + A^{+}}$
11.Диссоциация молекулы электронным ударом$\ce{e + AB→ e + A + B}$
12.Рекомбинация при тройных соударениях

$\ce{e +A^{+} + B(e)→A + B(e)}$

$\ce{A^- + B^+ + C→A +B + C}$

13.Диссоциативная рекомбинация$\ce{e +AB^{+}→A + B}$
14.Диссоциативное прилипание электрона к молекуле$\ce{e +AB→A^{-} + B}$
15.Прилипание электрона к молекуле при тройных соударениях $\ce{e +A + B→A^{-} + B}$
16.Ассоциативная ионизация$\ce{A +B→AB^{+} +e}$
17.Пеннинга эффект (атом А* находится в метастабильном состоянии, причём его энергия возбуждения превышает энергию ионизации атома В) $\ce{A^{\ast} +B→A + B^{+} +e}$
18.Взаимная нейтрализация ионов$\ce{A^{-} +B^{+}→A +B}$
19.Перезарядка ионов$\ce{A +B^{+}→A^{+} +B}$
20.Ион-молекулярные реакции

$\ce{A^{+} +BC→AB^{+} + C}$

$\ce{A^{+} +BC→AB + C^{+}}$

21.Разрушение отрицательного иона

 $\ce{A^{-} + B→A + B +e}$

$\ce{A^{-} + B→AB +e}$

22.Превращение атомных ионов в молекулярные (конверсия)$\ce{A^{+} + B +C→AB^{+} +C}$
23.Фотовозбуждение атома или молекулы с последующим спонтанным излучением$\ce{\hbar ω +B→B^{\ast}}$ 
24.Фоторекомбинация и фотоионизация$\ce{e +A^{+}⇄A +\hbar ω}$
25.Фотодиссоциация и фоторекомбинация атомов и радикалов$\ce{\hbar ω +AB⇄A +B}$
26.Радиационное прилипание электрона к атому$\ce{e +A→A^{-} +\hbar ω}$

 

В разл. ла­бо­ра­тор­ных экс­пе­ри­мен­тах и яв­ле­ни­ях при­ро­ды гл. роль иг­ра­ют те или иные не­уп­ру­гие столк­но­ве­ния час­тиц. Напр., из­лу­че­ние с по­верх­но­сти Солн­ца обу­слов­ле­но гл. обр. из­лу­ча­тель­ным за­хва­том элек­тро­нов ато­ма­ми во­до­ро­да, при ко­то­рых об­ра­зу­ют­ся от­ри­ца­тель­ные ио­ны во­до­ро­да (табл., п. 26). Осн. про­цесс в элек­тро­раз­ряд­ных мо­ле­ку­ляр­ных га­зо­вых ла­зе­рах – воз­бу­ж­де­ние ко­ле­ба­тель­ных уров­ней мо­ле­кул элек­трон­ным уда­ром (табл., п. 3); в ре­зуль­та­те это­го про­цес­са элек­трич. энер­гия га­зо­во­го раз­ря­да час­тич­но пре­об­ра­зу­ет­ся в энер­гию ла­зер­но­го из­лу­че­ния. В га­зо­раз­ряд­ных ис­точ­ни­ках све­та осн. про­цес­са­ми яв­ля­ют­ся: в ре­зо­нанс­ных лам­пах – воз­бу­ж­де­ние ато­мов элек­трон­ным уда­ром (табл., п. 2); в лам­пах вы­со­ко­го дав­ле­ния – фо­то­ре­ком­би­на­ция элек­тро­нов и ио­нов (табл., п. 24). Спи­но­вый об­мен (табл., п. 7) ог­ра­ни­чи­ва­ет па­ра­мет­ры кван­то­вых стан­дар­тов час­то­ты, ра­бо­таю­щих на пе­ре­хо­дах ме­ж­ду со­стоя­ния­ми сверх­тон­кой струк­ту­ры ато­ма во­до­ро­да или ато­мов ще­лоч­ных ме­тал­лов (табл., п. 9). Разл. не­уп­ру­гие про­цес­сы А. с. с уча­сти­ем сво­бод­ных ра­ди­ка­лов, ио­нов, элек­тро­нов и воз­бу­ж­дён­ных ато­мов оп­ре­де­ля­ют мно­гие свой­ст­ва верх­ней ат­мо­сфе­ры.

Лит.: Фи­зи­ко-хи­ми­чес­кие про­цес­сы в га­зо­вой ди­на­ми­ке. М., 1995. Т. 1: Ди­на­ми­ка фи­зи­ко-хи­ми­че­ских про­цес­сов в га­зе и плаз­ме / Под ред. Г. Г. Чер­но­го, С. А. Ло­се­ва; Smir­nov B. M. Phys­ics of ion­ized gases. N. Y., 2001; idem. Phy­s­ics of at­oms and ions. N. Y., 2003.

Вернуться к началу