СТОЛКНОВЕНИЯ АТОМНЫЕ

СТОЛКНОВЕНИЯ АТОМНЫЕ, элементарные акты соударения двух атомных частиц (атомов, молекул, электронов или ионов). С. а. делятся на упругие и неупругие. При упругом С. а. суммарная кинетич. энергия соударяющихся частиц остаётся прежней - она лишь перераспределяется между частицами, а направления движения частиц меняются. В неупругом С. а. изменяются внутр. энергии сталкивающихся частиц (они переходят на другие уровни энергии) и соответственно не сохраняется их полная кинетич. энергия. При этом меняется электронное состояние атома либо колебательное или вращательное состояние молекулы (см. Молекулярные спектры).

Упругие С. а. определяют переноса явления в газах или слабоионизованной плазме. Свободному движению частиц препятствуют испытываемые ими С. а.- акты рассеяния на других частицах. Наиболее существенно на перемещение частицы влияют те акты рассеяния, в к-рых направление её движения заметно меняется. Поэтому коэффициенты диффузии (перенос частиц), вязкости (перенос импульса), теплопроводности (перенос энергии) и другие коэффициенты переноса газа выражаются через эффективное поперечное сечение (ЭФП) рассеяния атомов или молекул этого газа на большие углы. Аналогично подвижность ионов (см. Подвижность ионов и электронов) связана с ЭФП рассеяния иона на атоме или молекуле газа на большие углы, а подвижность электронов в газе или электропроводность слабоионизованной плазмы - через ЭФП рассеяния электрона на атоме или молекуле газа.

Сечение упругого рассеяния атомов или молекул на большой угол при тепловых энергиях частиц наз. г а з о к инетическим сечением; оно имеет величину порядка 10-¹⁵см²и определяет длину свободного пробега частицы в среде.

Упругое рассеяние на малые углы может влиять на характер переноса электромагнитного излучения в газе. Энергия проходящей через газ электромагнитной волны поглощается и затем переизлучается атомами или молекулами газа. При этом даже слабое взаимодействие излучающей частицы с другими (окружающими её) частицами "искажает" испускаемую волну, т. е. сдвигает её фазу или частоту. При нек-рых условиях осн. характеристики распространяющейся в газе электромагнитной волны определяются упругим рассеянием взаимодействующих с ней атомов или молекул на окружающих частицах, причём существенным оказывается рассеяние на малые углы.

Процессы неупругих С. а. весьма разнообразны. Перечень неупругих процессов, к-рые могут происходить в газе или слабоионизованной плазме, приведён в таблице. В различных лабораторных условиях и явлениях природы гл. роль играют те или иные отд. неупругие процессы соударения частиц. Напр., излучение с поверхности Солнца обусловлено б. ч. столкновениями между электронами и атомами водорода, при к-рых образуются отрицат. ионы водорода (табл., пункт 26). Осн. процесс, обеспечивающий работу гелий-неонового лазера (см. Газовый лазер),- передача возбуждения атомами гелия, находящимися в метастабильных состояниях, атомам неона; осн. процесс в электроразрядных молекулярных газовых лазерах - возбуждение колебательных уровней молекул электронным ударом (табл., пункт 3; в результате этого процесса электрич. энергия газового разряда частично преобразуется в энергию лазерного излучения). В газоразрядных источниках света осн. процессами являются: в т. н. резонансных лампах - возбуждение атомов электронными ударами (табл., пункт 2), а в лампах высокого давления - фоторекомбинация электронов и ионов (табл., пункт 24). Спиновый обмен (табл., пункт 7) ограничивает параметры квантовых стандартов частоты, работающих на переходах между состояниями сверхтонкой структуры атома водорода или атомов щелочных металлов (табл., пункт 9). Различные неупругие процессы С. а. с участием радикалов свободных, ионов, электронов и возбуждённых атомов определяют свойства атмосферы Земли, причём на различных высотах преобладают различные процессы.

Лит.: Мак-Даниель И., Процессы столкновений в ионизованных газах, пер. с англ., M., 1967; Смирнов Б. M., Атомные столкновения и элементарные процессы в плазме, M., 1968; его же, Ионы и возбужденные атомы в плазме, M., 1974; Xaс т е д Д ж., Физика атомных столкновений, пер. с англ., M., 1965. Б. M. Смирнов.

Неупругие процессы столкновений с участием атомных частиц и фотонов

Пункты

Тип атомного столкновения

Схема процесса

Пункты

Тип атомного столкновения

Схема процесса

1.

Ионизация при столкновении

атомов и молекул

А + В = А + В⁺ + е

12.

Рекомбинация при тройных соударениях

е + B⁺ + В (е) = А + В (е)

A^- + B⁺+C = А + В + С

2.

Переход между электронными

состояниями

А + В = А + В* е + В = е + В*

13.

Диссоциативная рекомбинация

е + AB⁺ = А + В

14.

Диссоциативное прилипание

электрона к молекуле

е + AB = А^- + В

3.

Переход между колебательны-

ми или вращательными состояниями молекул

AB(v) + C = AB(v‘) + C е + AB(v) = е + AB(v)

AB (J) + С = AB(J‘) + С е + AB(J) = е + AB(J‘ ) (v - колебательное квантовое

число, J- вращательное

квантовое число молекулы)

15

Прилипание электрона к молекуле при тройных соударениях

е + А + В = А^-+В

16.

Ассоциативная ионизация

А + В = AB⁺ + е

17.

Эффект Пеннинга (атом А*

находится в метастабильном состоянии, причём энергия

его возбуждения превышает ионизационный потенциал атома В)

А* + В = A + B⁺ + е

4.

Химические реакции

А + ВС = AB + С

А + ВС = А + В+С

5.

Тушение электронного возбуждения

В* + AC (v) = В + AC (v‘)

6.

Передача возбуждения

А + В* = А* + В

18.

Взаимная нейтрализация ионов

А- + В* = А + В

7.

Спиновый обмен (при сохранении проекции полного спина

атомов изменяется проекция спина у каждого из них)

19 .

Перезарядка ионов

А + B⁺ = А⁺ + В

20.

Ион-молекулярные реакции

А⁺ + ВС = AB⁺ + С

A⁺ +BC = АB+C

8.

Деполяризация атома (изменяется направление орбитального момента одного

из сталкивающихся атомов)

21.

Разрушение отрицательного иона

А^- + В = А + В + е A^- + B = AB + е

22.

Превращение атомных ионов

в молекулярные

A⁺ + В + С = AB⁺ + С

9.

Переходы между состояниями тонкой и сверхтонкой структуры одного из сталкивающихся атомов или молекул

23.

Фотовозбуждение атома или молекулы (с последующим спонтанным излучением воз-

буждённого атома)

h + В = В*

10.

Ионизация атома или молекулы электронным ударом

е + А = 2е + A⁺

24.

Фоторекомбинацня и фотоно-

низация

е + A⁺ = А + h

11.

Диссоциация молекулы элек-

тронным ударом

е + ВА = е + А + В

25.

Фотодиссоциация и фоторекомбинация аюмов и радикалов

h + AB= А + В

26.

Радиационное прилипание электрона к атому

е + А = А^- + h

Примечание: А, В и С обозначают атом или молекулу; В* - электронно-возбуждённый атом ити молекулу; е-электрон; A⁺-положительно заряженный ион; А^- - отрицательно заряженный ион; h- фотон. Стрелки характеризуют направление процесса.