ПОДВИ́ЖНОСТЬ ИО́НОВ И ЭЛЕКТРО́НОВ

ПОДВИ́ЖНОСТЬ ИО́НОВ И ЭЛЕКТРО́ ­НОВ в га­зе и низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­ме, ве­ли­чи­на, рав­ная от­но­ше­нию ско­ро­сти дрей­фа $v_{др}$ элек­тро­нов (ио­нов) в га­зе (плаз­ме) к ве­ли­чи­не на­пря­жён­но­сти элек­трич. по­ля $E$, вы­зы­ваю­ще­го этот дрейф. По­ня­тие П. и. и э. име­ет фи­зич. смысл, ко­гда ха­рак­тер­ная дли­на сво­бод­но­го про­бе­га час­ти­цы мно­го мень­ше раз­ме­ра сис­те­мы в на­прав­ле­нии дви­же­ния час­ти­цы. П. и. и э. $μ_{e,i}$ вы­ра­жа­ет­ся че­рез элек­трон­ную (ион­ную) про­во­ди­мость плаз­мы $σ_{e,i}$: $$μ_{e,i}=σ_{e,i}/eN_{e,i},$$ где $N_{e,i}$ – кон­цен­тра­ция элек­тро­нов (ионов), $e$ – за­ряд элек­тро­на. Тео­ре­ти­че­ски П. и. и э. впер­вые про­ана­ли­зи­ро­вал П. Лан­же­вен в 1903. Брит. фи­зик Дж. Та­ун­сенд впер­вые из­ме­рил μ_e, изу­чая диф­фу­зию пуч­ка элек­тро­нов, дви­жу­щих­ся в элек­трич. по­ле, и сме­ще­ние это­го пуч­ка в маг­нит­ном по­ле.

П. и. и э. вы­ра­жа­ет­ся че­рез ха­рак­тер­ную час­то­ту уп­ру­гих со­уда­ре­ний $ν_{e,i}$ за­ря­жен­ной час­ти­цы с час­ти­ца­ми га­за: $$μ_{e,i}=e/mν_{e,i}\tag{*}$$ ($m$ – при­ве­дён­ная мас­са за­ря­жен­ной час­ти­цы и час­ти­цы га­за). Ве­ли­чи­на П. и. и э. об­рат­но про­пор­цио­наль­на кон­цен­тра­ции ней­траль­ных час­тиц $N$. Ис­тин­ное зна­че­ние П. и. и э. от­ли­ча­ет­ся на неск. де­сят­ков про­цен­тов от ре­зуль­та­та оцен­ки (*) из-за слож­ной за­ви­си­мо­сти се­че­ния уп­ру­го­го рас­сея­ния от ско­ро­сти со­уда­ре­ния.

П. и. и э. свя­за­на с их ко­эф. диф­фузии $D$ в га­зе со­от­но­ше­ни­ем $eD/μ=2/3ℰ$, где $ℰ$  – ср. энер­гия элек­тро­нов (ио­нов). Под­виж­ность элек­тро­нов $μ_e$ и под­виж­ность ио­нов $μ_i$ обыч­но ис­сле­ду­ют раз­дель­но, т. к. раз­лич­ны эле­мен­тар­ные про­цес­сы, оп­ре­де­ляю­щие дви­же­ние этих час­тиц.

Под­виж­ность элек­тро­нов за­ви­сит от от­но­ше­ния $E/N$, что обу­слов­ле­но слож­ным ха­рак­те­ром за­ви­си­мо­сти се­че­ния уп­ру­го­го рас­сея­ния элек­тро­на от энер­гии со­уда­ре­ния. С рос­том на­пря­жён­но­сти элек­трич. по­ля ве­ли­чи­на ср. энер­гии элек­тро­нов воз­рас­та­ет; это со­про­во­ж­да­ет­ся из­ме­не­ни­ем под­виж­но­сти элек­тро­нов в со­от­вет­ст­вии с вы­ра­же­ни­ем (*). При этом мо­жет на­блю­дать­ся как рас­ту­щая, так и па­даю­щая за­ви­си­мость по­движ­но­сти элек­тро­нов от на­пря­жён­но­сти по­ля. Под­виж­ность элек­тро­нов оп­ре­де­ля­ют пу­тём из­ме­ре­ния за­ви­си­мо­сти дрей­фо­вой ско­ро­сти элек­тро­нов от ве­ли­чи­ны $E/N$. Ве­ли­чи­ну дрей­фо­вой ско­ро­сти на­хо­дят ли­бо на ос­но­ва­нии из­ме­ре­ний про­во­ди­мо­сти плаз­мы и кон­цен­тра­ции за­ря­жен­ных час­тиц, ли­бо в ре­зуль­та­те из­ме­ре­ния вре­ме­ни про­хо­ж­де­ния элек­тро­на­ми оп­ре­де­лён­но­го рас­стоя­ния. Ре­зуль­та­ты из­ме­ре­ний ис­поль­зу­ют­ся для оп­ре­де­ле­ния энер­ге­тич. за­ви­си­мо­сти се­че­ния уп­ру­го­го рас­сея­ния элек­тро­нов на ато­ме или мо­ле­ку­ле.

Под­виж­ность ио­нов прак­ти­че­ски не за­ви­сит от на­пря­жён­но­сти элек­трич. по­ля. В собств. га­зе она оп­ре­де­ля­ет­ся ре­зо­нанс­ной пе­ре­за­ряд­кой ио­нов на ато­ме. При столк­но­ве­нии с ней­траль­ной час­ти­цей ион об­ме­ни­ва­ет­ся с ней за­ря­дом, об­ра­зо­вав­ший­ся ион на­чи­на­ет дви­же­ние; т. о., пе­ре­нос за­ря­да име­ет эс­та­фет­ный ха­рак­тер (Се­на эф­фект). Осн. вклад в под­виж­ность ио­на в чу­жом га­зе вно­сит уп­ру­гое рас­сея­ние ио­на на ней­траль­ной час­ти­це, оп­ре­де­ляе­мое по­ля­ри­за­ци­он­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем за­ря­да ио­на с на­ве­дён­ным ди­по­лем ней­траль­ной час­ти­цы. По­движ­ность ио­нов в чу­жом га­зе не за­ви­сит от темп-ры.