3.3.2. Возбуждение электронным ударом

Выше мы уже упоминали о том, что электронные удары включают в себя как упругие, так и неупругие столкновения. При неупругом столкновении атом может либо возбуждаться на более высокий уровень, либо стать ионизированным.

Для простоты рассмотрим вначале ударное возбуждение коллимированным пучком моноэнергетических электронов. Если — поток электронов (число электронов в единицу времени

через единицу площади), то полное сечение столкновения можно определить по аналогии с определением, которое мы давали в случае потока фотонов [см. выражение (2.84)], а именно с помощью выражения

где — изменение потока, которое имеет место, когда пучок электронов распространяется в среде на расстояние Столкновения, которые приводят к возбуждению электронным ударом, определяют лишь некоторую часть этого полного сечения. В действительности наибольшим является сечение упругих столкновений Сечение по порядку величины составляет около Если сечение электронного возбуждения частицы с основного на верхний лазерный уровень обозначить через то в соответствии с выражением (3.31) скорость заселения верхнего состояния под действием накачки запишется в виде

где — скорость электронов, — их плотность. Чтобы вычислить скорость накачки, необходимо знать величину которая в свою очередь зависит от энергии Е налетающего электрона, т. е. Однако в газовом разряде электроны имеют некоторое распределение по энергии. В таком случае скорость заселения верхнего уровня можно найти из выражения (3.32) усреднением его по этому распределению. Таким образом, мы получаем следующее выражение:

где

В соответствии с (1.10) и (3.33) скорость накачки дается выражением

где вычисляется с помощью (3.34). Таким образом, для вычисления необходимо знать две величины, а именно зависимость которых от энергии мы рассмотрим теперь более детально.