Атомные столкновения - 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 др. уровни энергии) и соответственно изменяется их полная кинетич. энергия. При этом меняется электронное состояние атома либо колебат. или вращат. состояние молекулы (см. Молекулярные спектры).
Упругие С. а. в газах или слабоионизов. плазме определяются переноса процессами. Испытываемые частицами С. а.- акты рассеяния на др. частицах - препятствуют их свободному движению. наиб. существенно на перемещение частицы влияют те С. а., в к-рых направление её движения заметно меняется. Поэтому коэф. диффузии (перенос частиц), вязкости (перенос импульса), теплопроводности (перенос энергии) и др. коэф. переноса газа выражаются через эфф. сечение рассеяния атомов или молекул этого газа на большие углы. Аналогично подвижность ионов связана с сечением рассеяния иона на атоме или молекуле газа на большие углы, а подвижность электронов в газе или электропроводность слабоионизов. плазмы - с сечением рассеяния электрона на атоме или молекуле газа.
Сечение упругого столкновения атомов или молекул на большой угол при тепловых энергиях частиц наз. газокинетическим сечением; оно имеет величину порядка 10-15 см2 и определяет длину свободного пробега частицы в среде.
Упругое С. а. на малые углы может влиять на характер переноса эл--магн. излучения в газе. Энергия проходящей через газ эл--магн. 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 эл--магн. 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 иди слабоионизов. плазме, приведён в табл.
Неупругие процессы столкновений с участием атомных частиц и фотонов
Примечание: А, В и С обозначают атом или молекулу; В*-электронно-возбуждённый
атом или молекулу, е-электрон; А+, В+ -положительно
заряженный ион, А--отрицательно заряженный ион;
-фотон.
Стрелки указывают направление процесса.
В лаб. условиях и разл. явлениях природы гл. роль играют те или иные отдельные 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., п. 26). Осн. процесс, обеспечивающий работу гелий-неонового лазера (см. Газовый лазер- ),передача возбуждения атомами гелия, находящимися в метастабильных состояниях, атомам неона (табл., п. 6); осн. процесс в электроразрядных молекулярных газовых лазерах - возбуждение колебат. уровней молекул электронным ударом (табл., п. 3), в результате этого процесса электрич. энергия газового разряда частично преобразуется в энергию лазерного излучения. Осн. процессы в газоразрядных источниках света - возбуждение атомов электронными ударами (табл., п. 2) в резонансных лампах, а в лампах высокого давления - фоторекомбинация электронов и ионов (табл., п. 24). Спиновой обмен (табл., п. 7) ограничивает параметры квантовых стандартов частоты, работающих на переходах между состояниями сверхтонкой структуры атома водорода или атомов щелочных металлов (табл., п. 9). Разл. неупругие процессы С. а. с участием свободных радикалов, ионов, электронов и возбуждённых атомов определяют многие свойства атмосферы Земли, причём на разных высотах преобладают разл. процессы.
Б. М. Смирнов
|
|
 |
