Излучательные процессы в низкотемпературной плазме. I

Лекция 7.

Роль излучения в низкотемпературной плазме, классификация переходов

Излучательные процессы играют важную роль в низкотемпературной плазме и газовом разряде. Во многих случаях перенос излучения существенным образом влияет на энергобаланс в плазме, а пролетающие большие расстояния фотоны возбуждают или ионизуют атомы даже в холодных областях газоплазменного объекта. Поэтому излучение является одним из основных каналов потерь энергии из плазмы. Спектр излучения слабоионизованной плазмы является линейчатым: в нем доминируют линии излучения не ионизованных атомов и недиссоциировавших молекул. По мере увеличения температуры плазмы степень ионизации увеличивается, а интенсивность линейчатого излучения ослабевает. Полностью ионизованная плазма излучает в сплошном спектре. Мы рассмотрим линейчатое и два основных типа излучения со сплошным спектром: тормозное и рекомбинационное. Тормозное излучение возникает при рассеянии заряженных частиц друг на друге. Напомним, что рассеянием называется столкновение частиц, при котором число и состав взаимодействующих частиц не меняется в процессе столкновения. Рекомбинационное излучение сопровождает процесс рекомбинации, когда в результате столкновения электрона с ионом образуется нейтральный атом или степень ионизации многозарядного иона понижается. Поскольку излучательные процессы тесно связаны со столкновительными, рассмотрим также и конкурирующие с излучательными столкновительные переходы между атомными состояниями.

В данном разделе мы будем отсчитывать энергию атомных уровней от границы с континуумом, т.е. интерпретировать ее как энергию связи электрона в атоме. Для водородоподобных атомов она равна

e_n = e₁ / n², (7.1) где e₁ = I – энергия ионизации атома. В спектроскопии чаще используется иная система отсчета, когда энергия уровня отсчитывается от основного состояния и интерпретируется как энергия возбуждения электрона в атоме

. (7.2) Обычно из контекста ясно, что подразумевается под энергией в каждом конкретном случае, и мы будем далее пользоваться обоими определениями без специальных оговорок.

Рассмотри сначала чисто излучательные переходы (рис. 7.1). Их можно

Рис. 7.1. Классификация атомных переходов.

разделить на свободно-свободные, свободно-связанные, связанно-свободные, связанно-связанные. Примером свободно-свободных переходов являются тормозное излучение и тормозное поглощение при движении электрона вблизи атома. Связанно-свободные и свободно-связанные переходы происходят при захвате и фотоионизации атома, соответственно. Связанно-связанные переходы можно разделить на спонтанные и вынужденные. К последним относятся как поглощение фотона, так и вынужденное излучение, индуцированное пролетающим рядом первичным фотоном. В последнем случае, как известно, излученный фотон имеет ту же фазу, что и первичный. В этом случае мы говорим о когерентном излучении.

Дата добавления: 2014-01-03