Относительная величина сечений для различных процессов

На баланс частиц и состав плазмы влияют также процессы

Ионизация

Возбуждение

A + e → A* + e

и излучение A* → A + hν

В большинстве случаев именно эти процессы создают наблюдаемое спектроскопией излучение.

Тушение возбуждения

A* + e → A + e

Последнюю реакцию и подобные ей иногда называют сверхупругими столкновениями, поскольку энергия электронов при этом увеличивается за счет энергии возбуждения. Этот процесс конкурирует с излучением. При малой плотности плазмы преобладает излучение, при большой - тушение. Это соответствует переходу от модели коронального равновесия к модели ЛТР.

прямая: A^z+ + e → A^(z+1)+ + 2e

Сечение ионизации ~ E_z^-2 Поэтому, если в атоме есть метастабильные уровни, ступенчатая ионизация через них может оказаться более эффективной.

ассоциативная: A* + B → AB⁺ + e

Может быть довольно эффективной при высокой температуре, когда много возбужденных атомов.

пенинговская: A* + B → A + B⁺ + e.

Например, A* = He (2s ³S) E = 20 eV, а это выше потенциала ионизации для многих атомов.

фотоионизация: A + hν → A⁺ + e

Обычно мала по сравнению с другими видами, но может стать существенной при очень малой плотности плазмы, например в астрофизике.

Рекомбинация:

радиационная: A^z+ + e → A^(z-1)+ + hν

Также обычно мала, но наблюдение рекомбинационнго спектра может быть полезно для диагностики.

тройная A^z+ +e + e → A(^z-1)+ + e + hν

Существенна только при большой плотности плазмы из за малой вероятности тройных столкновений

диэлектронная A^z+ + e → A** →A^(z-1)+ hν

Идет через промежуточное дважды возбужденное состояние. Существенна при средних концентрациях N_e ~ 10^13-14 см^-3

диссоциативная AB⁺ + e → A* + B

Обладает очень большим сечением при низкой температуре.

Прилипание электрона A + e + A → A^- + A

Большим сечением прилипания обладает, например атомарный кислород.

В молекулах прилипание может происходить одновременно с диссоциацией

AB* + e → AB*^- → A + B^-

Конверсия ионов A⁺ + A + B → A₂⁺ + B

Перезарядка ионов A^z+ + B → A*^(z-1)+ + B⁺

Особенно велико сечение резонансной перезарядки в пучках атомов Н, когда скорость атома равна скорости электрона на орбите. Возбуждение ионов в процессе перезарядки используется для активной и пассивной спектроскопии. В частности, это дает возможность измерять количество голых ядер, которые иначе вообще не излучают.

Диссоциация молекул AB + e → AB** + e → A* + B* + e

Важную роль играют также процессы перемешивания возбужденных уровней при столкновении с тяжелыми частицами. Это приводит к уменьшению времени жизни метастабильных состояний.

Упругие столкновения σ_упр ~ 10^-13/ T_e² см² T_e в эВ.

Ионизация σ_ион ~ 0.1 * σ_упр

Возбуждение σ_возб ~ 0.1* σ_ион ~ 0.01 * σ_упр

Рекомбинация σ_рек ~ 10^-4 * σ_упр

Перезарядка σ_пер ~ 0.01* σ_упр

Дата добавления: 2014-01-20