6.3.2. Трехчастичная рекомбинация

6.3.2.1. Ударно-радиационная рекомбинация

При обсуждении рис. 2 мы отмечали, что в соответствии с уравнением (5) для протекания заключительной стадии рекомбинации иона и электрона необходимо, чтобы электрон потерял энергию где — число порядка 3. Можно дать качественное объяснение ударно-радиационной рекомбинации, если принять упрощенную точку зрения [13], что электрон теряет требуемое количество энергии за одно столкновение с другим электроном плазмы. Тогда для описания электрон-ионной рекомбинации мы можем применить теорию ион-ионной рекомбинации Томсона [3]. При этом можно показать, что для однозарядных ионов коэффициент ударно-радиационной рекомбинации определяется выражением

и не зависит от типа иона. Сильная зависимость от электронной температуры обусловлена быстрым уменьшением сечения передачи импульса (энергии) в электрон-электронных столкновениях при возрастании энергии электронов. Теоретические значения коэффициентов рекомбинации и их нечувствительность к типу ионов довольно хорошо согласуются с экспериментом (см. табл. 2).

Таблица 2. Экспериментальные значения коэффициентов ударно-радиационной рекомбинации и рекомбинации, стабилизируемой столкновениями с нейтральными частицами (нейтральной частицей здесь является Не) при температуре 300 К

6.3.2.2. Рекомбинация, стабилизируемая столкновениями с нейтральными частицами

Как и в случае ударно-радиационной рекомбинации, теорию Томсона, описывающую трехчастичную рекомбинацию положительного и отрицательного ионов, можно применить для построения качественной картины соответствующего процесса электрон-ионной рекомбинации при стабилизации нейтральной частицей.

Одно из важных различий между ударно-радиационной рекомбинацией и рекомбинацией с участием нейтральных частиц состоит в том, что при упругих столкновениях с атомами и молекулами электроны теряют очень небольшую часть энергии по сравнению со случаем электрон-электронных столкновений. Однако если молекулы выступает в роли третьего тела, уносящего энергию, то вследствие низкоэнергетических неупругих столкновений, приводящих к возбуждению вращательных и колебательных состояний молекулы, электроны могут лишиться значительно большей части своей энергии.

В случае когда в качестве третьего тела выступает молекула N2, модифицированная теория Томсона [5] дает следующее выражение для константы скорости при стабилизации нейтральной частицей:

Много меньшая величина и ее более слабая зависимость от температуры электронов по сравнению с является следствием как значительно меньшего сечения передачи энергии в случае молекул так и относительным постоянством этого сечения в диапазоне электронных температур Для других молекул, играющих роль третьего тела, например для теория предсказывает как более сильную, так и более слабую зависимость коэффициента KBS от Те [5].

Если в качестве третьего тела рассматривать атомы, то в процессе упругих столкновений уносится столь малая доля энергии электронов что невозможно описать рекомбинацию в рамках представлений об электроне, теряющем за одно столкновение необходимое количество энергии . В этом случае необходимо рассмотреть подробно этапы, которые приводят к потере и приобретению малых количеств энергии с переходом электрона и? первоначального очень слабосвязанного состояния на уровни, расположенные ниже некоторого критического уровня, что делает процесс рекомбинации необратимым. Такой малоэффективный процесс передачи энергии согласуется с наблюдаемыми малыми значениями коэффициента рекомбинации в случае системы Не при температуре (см. табл. 2). Однако экспериментально обнаруженные неожиданно большие значения а именно для Не и Не (см. табл. 2), подтверждают, что этот процесс иногда протекает] значительно более эффективно благодаря образованию промежуточных столкновительных комплексов или которые затем диссоциируют на нейтральные фрагменты [4].