БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (СТ)

Столкнове'ния а'томные,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 -15 см 2 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)	ћw + B ® B*
24.	Фоторекомбинация и фотоионизация
25.	Фотодиссоциация и фоторекомбинация атомов и радикалов
26.	Радиационное прилипание электрона к атому	e + A ® A -+ ћw

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; ћw — фотон. Стрелки характеризуют направление процесса.