Столкновение - заряженная частица
Cтраница 3
Если плазма полностью ионизована, то этим вопрос и исчерпывается. В частично ионизованной плазме, какой является низкотемпературная и довольно плотная плазма, весьма существенную роль играют столкновения заряженных частиц с нейтральными и нейтральных друг с другом. Тогда интегралы столкновений имеют вид ( I. Как известно, эти законы, вообще говоря, весьма разнообразны. Они обусловлены, в основном, внутренним строением партнеров по столкновению. [31]
Что касается столкновений заряженных частиц с нейтральными и нейтральных друг с другом, то для грубых оценок сталкивающиеся частицы можно представлять твердыми гладкими шарами с радиусом порядка 10 - 8 см. Если частота столкновений заряженных частиц друг с другом много больше частоты столкновений с нейтральными частицами, то плазму можно считать полностью ионизованной, так как нейтральные частицы слабо влияют на движение электронов и ионов. Движение заряженных частиц в этом случае определяется самосогласованными электрическими и магнитными полями и может описываться кинетическими уравнениями для функции распределения электронов и ионов по скоростям. Если же температура плазмы достаточно велика, может оказаться, что время жизни плазмы в системе много меньше времени между столкновениями заряженных частиц. [32]
Трудно переоценить значение теории явлений, связанных с прохождением заряженных частиц через вещество для современной физики. Большая часть методов исследования атомных ядер и интерпретация большинства измерений с ядерными частицами в космических лучах тем или иным путем основывается на выводах этой теории. В то же время в современной физической литературе отсутствует такое изложение этого круга явлений, в котором бы было ясно очерчены различные методы исследования и пределы их применимости; в частности отсутствует ясное изложение условий применимости классической механики к рассмотрению столкновений атомных частиц. Естественно поэтому, что предлагаемая монография, написанная Нильсом Бором, сформулировавшим исходные понятия теории столкновений заряженных частиц с атомами, может представлять интерес для советских физиков. [33]
Следовательно, чтобы перенос электронов был возможен, у реагирующих веществ должно произойти выравнивание энергий за счет сжатия, вытягивания или изгибания связей. Расчеты показывают, что выравниванию энергии при длине связей 2 09 А соответствует энтальпия активации 5 6ккал / моль. Наблюдаемая величина составляет 10 5 ккал / моль, следовательно, рассмотренное ограничение не является единственным. Кроме вкладов от выравнивания энергии связи и мультиплетности спина, энергия активации включает также вклады, возникающие в результате столкновения заряженных частиц и неизбежной перегруппировки соль-ватных оболочек. В оценке этих вкладов наблюдается расхождение при различных теоретических подходах. [34]
Такого типа распределение частоты ионизации по сечению трубки может возникнуть из-за разных температур газа на разных расстояниях от оси трубки. При не очень малых значениях разрядного тока газ в разрядной трубке нагревается в результате столкновения его молекул с заряженными частицами. Тепловой поток уходит на стенки трубки, так что температура газа в центре трубки выше, чем у стенок. Поэтому столкновение заряженных частиц с молекулами газа у оси трубки происходит реже, чем у стенок, а средняя энергия электронов, находящихся у оси, выше, чем у стенок разрядной трубки. Поскольку ионизация молекул газа определяется быстрыми электронами, находящимися на хвосте функции распределения, то даже малый градиент температуры газа может привести к большой разнице между частотами ионизации у оси трубки и у стенок. [35]
Радиоуглерод появляется в результате цепи физико-химических превращений. Высокоэнергетическое первичное космическое излучение, наблюдаемое на границе атмосферы Земли, на 90 - 95 % от глобальной средней интенсивности состоит из галактических космических лучей. В а-частицах и тяжелых ядрах сосредоточено большое количество энергии и они ответственны за образование от 32 % 14С на геомагнитных полюсах до 48 % на экваторе. Солнечные космические лучи состоят в основном из высокоэнергетических протонов, образующихся при вспышках на Солнце. В результате отклонения частиц магнитным полем Земли интенсивность космических лучей минимальна на экваторе и максимальна на геомагнитных полюсах. При столкновении высокоэнергетической первичной заряженной частицы с атомами атмосферных газов происходит расщепление ядер мишени и самой первичной частицы, в результате которого вылетают вторичные протоны, нейтроны, заряженные и нейтральные тг - и х-мезоны, гипероны. Эти высокоэнергетические частицы, распадаясь после ряда преобразований, производят новые расщепления ядер, при которых испускаются вторичные протоны и нейтроны. [36]
Главная особенность взаимодействий, которые могут быть квалифицированы как столкновения, состоит в следующем. Участвующие в них частицы ( тела) как бы приходят из бесконечности и в конечном состоянии уходят на бесконечность, где взаимодействием можно пренебречь. Сразу ясно, например, что взаимодействие Земли и Солнца не может быть отнесено к этой категории. А вот соударение биллиардных шаров - в принципе, может, хотя о бесконечностях в пределах биллиардного стола говорить и не принято. Но при достаточной и вполне разумной степени идеализации задачи ( пренебрежение трением о сукно, тем более - обменом импульса через возмущение воздуха или гравитационным взаимодействием шаров) можно утверждать, что шары взаимодействуют в процессе удара, но не взаимодействуют до или после него. Значительно сложнее представить таким образом столкновение заряженных частиц, взаимодействующих по закону Кулона, поскольку сила и потенциальная энергия их взаимодействия не обращаются в нуль ни на каком конечном расстоянии. Отсюда и возникает бесконечность в корректном определении процесса столкновения, а в реальной ситуации мы всегда имеем дело с некоторым приближением к таковому. [37]
Взаимодействие заряженных частиц с нейтральными происходит только на очень малых расстояниях. Такие процессы полностью описываются уравнением Больцмана. Влияние столкновений электронов с нейтралами на свойства плазмы было рассмотрено в гл. Больцмана; эти результаты применимы для слабо ионизованной плазмы. С ростом степени ионизации увеличивается и роль столкновений заряженных частиц друг с другом, а свойства полностью ионизованной плазмы определяются именно столкновениями между заряженными частицами. [38]
 |
Зависимость. / пр воздуха ( 1 и водорода ( 2 от произведения давления р на расстояние между электродами d. [39] |
Между электродами возникает искра, которая при достаточной мощности источника напряжения может перейти в электрическую дугу. На рис. 23.1 эта зависимость представлена для воздуха и водорода. Если иметь в виду пробой на переменном напряжении, то приведенные данные относятся к амплитудным значениям. Как видно из рис. 23.1, при давлении, близком к нормальному ( 0 1 МПа), и реальных межэлектродных расстояниях произведение pd таково, что рабочая точка для воздуха находится на правой ветви кривой Пашена, Поэтому с увеличением р или d t / пр растет, а при уменьшении их - снижается. Левая ветвь соответствует разреженным газам, так как межэлектродные расстояния порядка 0 001 мм при атмосферном давлении на практике не применяются. При значительном снижении давления газа ( левая ветвь кривой Пашена) Упр растет из-за затруднения образования газового разряда вследствие малой вероятности столкновения заряженных частиц с молекулами. Но рост не беспределен: при давлениях порядка 10 - - 10 - 2 Па ( 10 - 3 - 10 - 4 мм рт. ст.) газовый разряд переходит в вакуумный. [40]
В выводе интеграла столкновений Ландау и в выводе интеграла столкновений Больцмана учитываются эффекты парного взаимодействия сталкивающихся частиц. Наличие всего коллектива заряженных частиц учитывается в эффекте динамической поляризации плазмы в интеграле столкновений Балеску - Ленарда. Однако все эти интегралы столкновений не учитывают влияния внешних сил и средних самосогласованных полей на акт соударения частиц. Естественно, что такое пренебрежение возможно в достаточно слабых полях, что имеет место часто, но отнюдь не всегда. В настоящее время хорошо изучен один случай неслабых полей, который мы и рассмотрим ниже. Именно, речь пойдет о влиянии сильного магнитного поля па соударения частиц. При этом магнитное поле существенно проявляется в закономерностях столкновений заряженных частиц тогда, когда характерные радиусы кривизны траекторий частиц в магнитном поле уже нельзя считать много большими радиуса действия сил. Иными словами, можно говорить о сильном магнитном поле, влияющим на столкновения заряженных частиц, если радиус гироскопического вращения электрона оказывается меньше радиуса дебаевской экранировки кулоновского поля. [41]
В выводе интеграла столкновений Ландау и в выводе интеграла столкновений Больцмана учитываются эффекты парного взаимодействия сталкивающихся частиц. Наличие всего коллектива заряженных частиц учитывается в эффекте динамической поляризации плазмы в интеграле столкновений Балеску - Ленарда. Однако все эти интегралы столкновений не учитывают влияния внешних сил и средних самосогласованных полей на акт соударения частиц. Естественно, что такое пренебрежение возможно в достаточно слабых полях, что имеет место часто, но отнюдь не всегда. В настоящее время хорошо изучен один случай неслабых полей, который мы и рассмотрим ниже. Именно, речь пойдет о влиянии сильного магнитного поля па соударения частиц. При этом магнитное поле существенно проявляется в закономерностях столкновений заряженных частиц тогда, когда характерные радиусы кривизны траекторий частиц в магнитном поле уже нельзя считать много большими радиуса действия сил. Иными словами, можно говорить о сильном магнитном поле, влияющим на столкновения заряженных частиц, если радиус гироскопического вращения электрона оказывается меньше радиуса дебаевской экранировки кулоновского поля. [42]
Страницы: 1 2 3