第四章、帶電粒子的轉(zhuǎn)化與衰減過(guò)程(編輯修改稿)
2025-08-20 07:14 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （42）由（41）得： 代入（42）得： 無(wú)解。也就是說(shuō)，電子與正離子復(fù)合，直接將內(nèi)能（電離能）轉(zhuǎn)變?yōu)槠絼?dòng)動(dòng)能的結(jié)合過(guò)程是不可能發(fā)生的。實(shí)際的電子復(fù)合有如下兩種過(guò)程：① 復(fù)合發(fā)光過(guò)程：復(fù)合過(guò)程中剩余的能量可以以光輻射的形式放出來(lái)，則整個(gè)過(guò)程滿足動(dòng)量守恒和能量守衡。因?yàn)殡娮拥倪\(yùn)動(dòng)速度可以取連續(xù)值，所以復(fù)合發(fā)光的光譜應(yīng)為連續(xù)光譜(等離子體光譜中的連續(xù)背景就來(lái)自于此)。一般情況下，復(fù)合發(fā)光過(guò)程發(fā)生的幾率是非常小的。② 三體碰撞復(fù)合在電子與正離子復(fù)合過(guò)程中，一個(gè)比較重要的過(guò)程是三體碰撞復(fù)合，電子與正離子復(fù)合所放出的能量由第三個(gè)碰撞粒子吸收，這樣容易滿足能量守恒和動(dòng)量守恒。第三個(gè)碰撞體可以是分子或原子，也可以是器壁。研究表明：三體碰撞的復(fù)合幾率遠(yuǎn)大于發(fā)光復(fù)合幾率，所以在電子復(fù)合中，主要的復(fù)合過(guò)程是三體碰撞的電子復(fù)合過(guò)程(帶電粒子在器壁和電極上的符合就屬于三體碰撞復(fù)合)。在三體碰撞復(fù)合中，電子運(yùn)動(dòng)速度越大，作用時(shí)間越短，碰撞截面也就越小。 正、負(fù)離子的復(fù)合當(dāng)正離子與負(fù)離子發(fā)生碰撞復(fù)合時(shí)，放出的能量應(yīng)等于電離能與原子的電子親合勢(shì)之差。應(yīng)該放出的這部分能量可以變成兩粒子的平動(dòng)動(dòng)能，也可以變?yōu)槟硞€(gè)粒子的內(nèi)能使其激發(fā)，或者復(fù)合發(fā)光。由于正、負(fù)離子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較小，所以離子復(fù)合的幾率比電子復(fù)合的幾率大得多。在電負(fù)性氣體（容易形成負(fù)離子的氣體，例如鹵族氣體）中，往往是電子先與中性粒子結(jié)合成負(fù)離子，然后負(fù)離子與正離子發(fā)生空間復(fù)合。 復(fù)合系數(shù) 在放電氣體中，碰撞等過(guò)程會(huì)產(chǎn)生帶電粒子，同時(shí)也存在帶電粒子的復(fù)合，只是二者達(dá)到了一種動(dòng)態(tài)平衡。而在放電結(jié)束的瞬間，產(chǎn)生電離的條件不再存在，就只剩下復(fù)合過(guò)程。這時(shí)可以從理論和實(shí)驗(yàn)方面研究帶電粒子的的復(fù)合過(guò)程。 ① 電子復(fù)合系數(shù)：在放電結(jié)束的瞬間，分別取電子濃度為，正離子濃度為，因?yàn)榭臻g復(fù)合是一種碰撞過(guò)程，與單位時(shí)間、單位體積內(nèi)電子與正離子的碰撞次數(shù)呈正比，而碰撞次數(shù)又正比于二者濃度的乘積，所以二者濃度隨時(shí)間的減小速率應(yīng)為： (a) t (b)t(a) 1/n~t曲線(b) n~t曲線 帶電粒子數(shù)隨t變化曲線 （43） 式中電子復(fù)合系數(shù)，表征復(fù)合幾率的大小。在放電等離子體中有，上式可以寫成： （44）積分得：，由初始條件：，得到： 或 （45）由此可以畫出帶電粒子數(shù)隨時(shí)間的變化情況。實(shí)際測(cè)量結(jié)果表明：電子復(fù)合系數(shù)Re一般為108~1010cm3/s(如果僅存在電子離子復(fù)合，所須時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)~1010 s)，且與電子的平均動(dòng)能關(guān)系很大。② 離子復(fù)合系數(shù)與處理電子復(fù)合一樣，可得到離子濃度隨時(shí)間的變化關(guān)系： 或 （46）只是、分別代表t時(shí)刻和t=0時(shí)刻的正、負(fù)離子濃度。實(shí)驗(yàn)表明：離子復(fù)合系數(shù)在106cm3/s
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