Что значит "столкновения атомные"

столкновения атомов, молекул, электронов и ионов друг с другом. Различают упругие атомные столкновения, при которых внутренние состояния частиц не изменяются, и неупругие, происходящие с изменением внутренней энергии и структуры частиц (напр., переход частиц в возбужденное состояние, ударная ионизация, перезарядка ионов, рекомбинация электронов и ионов, удары второго рода).

элементарные акты соударения двух атомных частиц (атомов, молекул, электронов или ионов). С. а. делятся на упругие и неупругие. При упругом С. а. суммарная кинетическая энергия соударяющихся частиц остаётся прежней ≈ она лишь перераспределяется между частицами, а направления движения частиц меняются. В неупругом С. а. изменяются внутренние энергии сталкивающихся частиц (они переходят на другие уровни энергии ) и соответственно не сохраняется их полная кинетическая 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 которых 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 называется газокинетическим сечением; оно имеет величину порядка 10-15см2 и 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 некоторых условиях основные 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, которые могут происходить в газе или слабоионизованной плазме, приведён в таблице. В различных лабораторных условиях и явлениях природы главную роль играют те или иные отдельные неупругие процессы соударения частиц. Например, излучение с поверхности Солнца обусловлено большей частью столкновениями между электронами и атомами водорода, при которых образуются отрицательные ионы водорода (табл., пункт 26). Основной процесс, обеспечивающий работу гелий-неонового лазера (см. Газовый лазер ), ≈ передача возбуждения атомами гелия, находящимися в метастабильных состояниях , атомам неона; основной процесс в электроразрядных молекулярных газовых лазерах ≈ возбуждение колебательных уровней молекул электронным ударом (табл., пункт 3; в результате этого процесса электрическая энергия газового разряда частично преобразуется в энергию лазерного излучения). В газоразрядных источниках света основными 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. Неупругие процессы столкновений с участием атомных частиц и фотонов Пункты Тип атомного столкновения Схема процесса

1. Ионизация при столкновении атомов и молекул

   A + B╝ A + B+ + e

2. Переход между электронными состояниями

3. Переход между колебательными или вращательными состояниями молекул AB (v) + C ╝ AB (v▓) + C

   e + AB (v) ╝ e + AB (v▓)

   AB (J) + C ╝ AB (J▓) + C

   e + AB (J) ╝ e + AB (J▓)

   (v ≈ колебательное квантовое число, J ≈ вращательное квантовое число молекулы)

4. Химические реакции

5. Тушение электронного возбуждения B* + AC (v) ╝ B + AC (v▓)

6. Передача возбуждения A + B* ╝ A* + B

7. Спиновый обмен (при сохранении проекции полного спина атомов изменяется проекция спина у каждого из них)

8. Деполяризация атома (изменяется направление орбитального момента одного из сталкивающихся атомов)

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

10. Ионизация атома или молекулы электронным ударом e + A ╝ 2e + A+

11. Диссоциация молекулы электронным ударом e + BA ╝ e + A + B

12. Рекомбинация при тройных соударениях e + B+ + B (e) ╝ A + B (e)

    A≈ + B+ + C ╝ A + B + C

13. Диссоциативная рекомбинация e + AB+ ╝ A + B

14. Диссоциативное прилипание электрона к молекуле

    e + AB ╝ A≈ + B

15. Прилипание электрона к молекуле при тройных соударениях

    e + A + B ╝ A≈ + B

16. Ассоциативная ионизация

    A + B ╝ AB+ + e

17. Эффект Пеннинга (атом А* находится в метастабильном состоянии, причем энергия его возбуждения превышает ионизационный потенциал атома В)

    A* + B ╝ A + B* + e

18. Взаимная нейтрализация ионов

    A≈ + B+ ╝ A + B

19. Перезарядка ионов

    A + B+ ╝ A+ + B

20. Ион-молекулярные реакции

    A+ + BC ╝ AB+ + C

    A+ + BC ╝ AB + C+

21. Разрушение отрицательного иона

    A≈ + B ╝ A + B + e

    A≈ + B ╝ AB + e

22. Превращение атомных ионов в молекулярные

    A+ + B + C ╝ AB+ + C

23. Фотовозбуждение атома или молекулы (с последующим спонтанным излучением возбужденного атома)

    ·w + B ╝ B*

24. Фоторекомбинация и фотоионизация

25. Фотодиссоциация и фоторекомбинация атомов и радикалов

26. Радиационное прилипание электрона к атому

    e + A ╝ A- + ·w

    Примечание: А, В и С обозначают атом или молекулу; В* ≈ электронно-возбуждённый атом или молекулу; е ≈ электрон; А* ≈ положительно заряженный ион; А ≈ отрицательно заряженный ион; ·w ≈ фотон. Стрелки характеризуют направление процесса.

    Лит.: Мак-Даниель И., Процессы столкновений в ионизованных газах, пер. с англ., М., 1967; Смирнов Б. М., Атомные столкновения и элементарные процессы в плазме, М., 1968; его же, Ионы и возбужденные атомы в плазме, М., 1974; Хастед Дж., Физика атомных столкновений, пер. с англ., М., 1965.

    Б. М. Смирнов.