Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://physelec.phys.msu.ru/study/lecture/kinetika.doc Дата изменения: Wed Sep 12 23:59:33 2012 Дата индексирования: Sat Feb 2 21:48:42 2013 Кодировка: Windows-1251

Программа спецкурса "Кинетика низкотемпературной плазмы"
4 курс, 423 группа, весенний семестр
лектор - профессор В.М.Шибков

1. Введение. Понятие плазмы. Квазинейтральность. Радиус Дебая. Электронная
и ионная ленгмюровские ?астоты. Степени свободы. Равновесная плазма.
Локальное термодинами?еское равновесие. Прямые и обратные процессы.
Вероятность прямого и обратного процессов. Принцип детального
равновесия. Неравновесная плазма. Условие стационарности возбужденных
состояний атомов и молекул в равновесной и неравновесной плазме. Прямые
и ступен?атые процессы.
2. Неколлективные или элементарные процессы. Коллективные или
макропроцессы. Макро- и микропараметры ионизованного газа. Основные
понятия и общие соотношения физики электронных и атомных взаимодействий.
Определение понятия взаимодействия. Парные и высшие корреляции. Радиус
взаимодействия и прицельное расстояние. Законы сохранения при парных
соударениях. Эффективные се?ения парных взаимодействий. Дифференциальное
эффективное се?ение рассеяния. Суммарное или макроскопи?еское
эффективное се?ение. Приведенное суммарное эффективное се?ение.
Вероятность столкновений. Общее полное и общее суммарное эффективное
се?ение. Средняя длина свободного пробега ?астицы. Средняя ?астота
элементарного процесса. Среднее время между столкновениями. Элементарные
процессы и хими?еская кинетика. Константа скорости реакции. Скорость
реакции. Се?ение переда?и импульса (диффузионное, тормозное или
транспортное). Эффективная ?астота соударений. Тройные взаимодействия.
Дифференциальное эффективное се?ение тройных взаимодействий.
3. Упругие столкновения. Кулоновские столкновения. Кулоновский логарифм.
Упругое рассеяние электронов на атомах и молекулах. Неупругие
столкновения электронов с атомами, ионами и молекулами. Неупругие
столкновения тяжелых ?астиц. Радиационные процессы. Связанно-связанные
переходы. Связанно-свободные переходы.
4. Класси?еский метод вы?исления эффективных се?ений и условия его
применимости. Движение взаимодействующих ?астиц в поле центральных сил.
Потенциальная энергия взаимодействия. Сила взаимодействия. Неупругие
взаимодействия. Вы?исление дифференциальных эффективных се?ений
рассеяния в заданном направлении, в едини?ный телесный угол, на заданный
угол. Вы?исление полного эффективного се?ения. Соударения идеально
упругих шаров. Упругие взаимодействия ?астиц. Эффект Рамзауэра-
Таундсенда. Траектория движущейся ?астицы в поле рассеивающего центра.
Эффективное се?ение упругого рассеяния двух заряженных ?астиц. Формула
Резерфорда. Возбуждение и ионизация атомов и молекул. Неупругие
соударения первого и второго рода. Дифференциальные эффективные се?ения
ионизации и возбуждения атомов и молекул. Однократная и многократная
ионизация. Кинетика процесса ионизации атома или молекулы электронным
ударом. Тройные дифференциальные эффективные се?ения ионизации и их
угловое распределение. Двойное дифференциальные эффективные се?ения
ионизации. Их экспериментальное определение. Полное эффективное се?ение
ионизации.
5. Класси?еские методы вы?исления эффективных се?ений возбуждения
энергети?еских уровней и ионизации атомов и молекул. Вероятность
ионизации. Модель Томсона. Эффективное се?ение ионизации по модели
Томсона. Полуэмпири?еские и эмпири?еские формулы для се?ения ионизации.
Формула Дравина. Формула Гризинского. Дифференциальное и полное
эффективное се?ение возбуждения уровня атома или молекулы. Прямое
возбуждение. Возбуждение с электронным обменом. Эффективные се?ения
ступен?атых процессов возбуждения и ионизации.
6. Квантово-механи?еские методы вы?исления эффективных се?ений
взаимодействий. Теория возмущений. Волновое уравнение системы
сталкивающих ?астиц. Волновая функция рассеянных электронов. Амплитуда
рассеянной волны. Борновское приближение и условия его применимости.
Упругое рассеяние электронов: рассеяние на малые и большие углы,
изотропное и анизотропное рассеяние. Вы?исление дифференциальных
эффективных се?ений возбуждения энергети?еских уровней и ионизация
электронным ударом в борновском приближении. Опти?ески запрещенные и
разрешенные переходы. Угловое распределение неупруго рассеянных
электронов. Сравнение предсказаний теории в рамках аппроксимации Борна с
экспериментальными результатами углового распределения для упругого и
неупругого рассеяния электронов.
7. Методы измерения се?ений парных и тройных взаимодействия.
Экспериментальное определение эффективных дифференциальных се?ений,
общих и суммарных се?ений, констант скоростей парных и тройных
взаимодействий.
8. Заряженные ?астицы в неравновесной плазме. Переда?а энергии
электри?еского поля заряженным ?астицам плазмы. Нарастание энергии
электронов в переменном поле. Функция распределения электронов по
энергиям. Баланс энергии электронов. Максвелловское и дрюйвестейновское
распределение электронов по энергиям. Симметри?ная и асимметри?ная ?асти
функции распределения электронов по энергиям. Сильно- и
слабоионизованная плазма. Функция распределения при нали?ии исто?ника
быстрых электронов. Убегающие электроны. Процессы ионизации и
ис?езновения заряженных ?астиц в неравновесной плазме. Электрон-ионная
рекомбинация (диссоциативная, трех?асти?ная, радиационная). Прилипание
электронов (диссоциативное, трех?асти?ное). Разрушение отрицательных
ионов (ассоциативный отрыв электрона, разрушение отрицательного иона
электронным ударом, процессы отрыва электрона при столкновении с
возбужденными ?астицами). Ион-ионная рекомбинация. Диффузионные потери
заряженных ?астиц. Свободная и амбиполярная диффузии. Рекомбинационный,
прилипательный и диффузионный режимы поддержания стационарного состояния
неравновесных разрядов.
9. Возбужденные атомы в плазме. Кинетика заселения возбужденных состояний.
Система кинети?еских уравнений баланса для населенностей возбужденных
состояний. Диффузионное приближение. Инверсия населенности при
рекомбинационном распаде плазмы. Метастабильные атомы. Коэффициент
диффузии. Температурная зависимость коэффициента диффузии метастабильных
атомов в собственном газе и в бинарной смеси. Закон Бланка.
Нестационарное уравнение баланса для концентрации метастабильных атомов.
Радиальное распределение концентрации атомов в метастабильном состоянии.
Кинетика концентрации долгоживущих атомов в стадии деионизации плазмы.
Влияние метастабильных атомов на повторный пробой газа. Резонансные
состояния атомов. Радиационный перенос возбуждения. Уравнение
радиационного переноса возбуждения. Эффективное время жизни.
Неравновесная плазма в бинарных смесях. Эффекты, приводящие к
пространственному перераспределению компонентов бинарной смеси:
катафорез, ионный ветер, термодиффузия. Влияние радиального
перераспределения компонентов смеси на попере?ное распределение
заряженных ?астиц в плазме. Методы управления степенью перераспределения
компонентов смеси: ВЧ разряд, обводные каналы, проток газа, продольное
магнитное поле.
10. Кинетика молекулярной плазмы. Баланс энергии электронов. Распределение
энергии электронов по разли?ным степеням свободы. Поступательная
релаксация. Характерное время поступательной релаксации. Вращательная
релаксация. Характерное время вращательной релаксации. Колебательная
релаксация. Особенности колебательной релаксации. Время колебательной
релаксации. Релаксация возбужденных ?астиц. Колебательно-поступательная
(VT) релаксация. Вращательно-поступательная (RT) релаксация. Релаксация
электронно-возбужденных атомов и молекул. Релаксационные процессы
переда?и возбуждения. Резонансный VV-обмен. VV-обмен ангармони?еских
осцилляторов. Процессы переда?и электронного возбуждения. Распределение
молекул по колебательным уровням. Квазиравновесие. Стационарное
распределение в слу?ае слабого и сильного возбуждения. О нестационарных
функциях распределения молекул по колебательным уровням. О влиянии EV
процессов на заселение колебательных уровней молекул в плазме.
Хими?еские реакции с у?астием возбужденных ?астиц. О неравновесности
возбужденных ?астиц и их хими?еских превращениях в плазме. О закалке
продуктов плазмохими?еских реакций. Идеальная и сверхидеальная закалка.
Перераспределение энергии между разли?ными компонентами и степенями
свободы молекулярного газа. Механизмы и каналы. Нестационарная
кинети?еская модель неравновесной плазмы разряда в сухом воздухе.
Кинетика нагрева молекулярного газа при больших зна?ениях приведенного
электри?еского поля.
11. Нестационарная неравновесная плазма. Критерии возникновения
неравновесных состояний. Критерий отрыва температуры электронов от
поступательной температуры тяжелых ?астиц. Критерий равновесной
ионизации и равновесного распределения атомов по уровням. Критерий
нарушения максвелловского распределения. Критерии нестационарности.
Квазистационарность возбужденных состояний. Квазистационарность
температуры электронов. Ионизационная релаксация. Релаксация функции
распределения электронов.

Литература:
1. Девятов А.М., Шибков В.М.. (Элементарные процессы и кинетика
низкотемператур-ной плазмы(. У?ебное пособие. -М.: МГУ, 1992, 96с.
2. Девятов А.М., Шибков В.М.. (Элементарные процессы в ионизованном газе(.
У?ебное пособие. -М.: МГУ, 2001, 88с.
3. Зарин С.А., Кузовников А.А., Шибков В.М. (Свободно локализованный СВЧ-
разряд в воздухе(. -М.: Нефть и газ, 1996, 204с.
4. Русанов В.Д., Фридман А.А. (Физика хими?ески активной плазмы(. -М.:
Наука, 1984, 415с.
5. (Неравновесная колебательная кинетика(. Под редакцией Капителли М. -М.:
Мир, 1989, 391с.
6. Биберман Л.М., Воробьев В.С., Якубов И.Т. (Кинетика неравновесной
низкотемпературной плазмы(. М., Наука, 1982, 375с.
7. Райзер Ю.П. (Физика газового разряда(. М., Наука, 1987, 591с.
8. Елецкий А.В., Палкина Л.А., Смирнов Б.М. (Явления переноса в
слабоионизованной плазме(. М., Атомиздат, 1975, 333с.