Эффект Рамзауэра – Таунсенда - Ramsauer–Townsend effect - Wikipedia

В Эффект Рамзауэра – Таунсенда, также иногда называемый Эффект Рамзауэра или Эффект Таунсенда, это физическое явление, связанное с рассеяние низкоэнергетических электроны к атомы из благородный газ. Эффект нельзя объяснить Классическая механика, но требует теория волн из квантовая механика.

Определения

Когда электрон движется через газ, его взаимодействия с атомами газа вызывают рассеяние. Эти взаимодействия классифицируются как неэластичный если они вызывают возбуждение или же ионизация атома и эластичный если они этого не сделают.

В вероятность рассеяния в такой системе определяется как количество рассеянных электронов на единицу электронного тока на единицу длины пути на единицу давления при 0 ° C на единицу телесный угол. В количество столкновений равняется полному числу электронов, упруго и неупруго рассеянных по всем углам, а вероятность столкновения - полное число столкновений на единицу электронного тока на единицу длины пути на единицу давления при 0 ° C.

Поскольку атомы благородных газов имеют относительно высокий первая энергия ионизации и электроны не переносят достаточно энергии, чтобы вызвать возбужденные электронные состояния, ионизация и возбуждение атома маловероятны, а вероятность упругого рассеяния по всем углам приблизительно равна вероятности столкновения.

Описание

Эффект назван в честь Карл Рамзауэр (1879-1955) и Джон Сили Таунсенд (1868-1957), каждый из которых независимо изучал столкновения между атомами и низкоэнергетическими электронами в начале 1920-х годов.

Если попытаться предсказать вероятность столкновения с помощью классической модели, которая рассматривает электрон и атом как твердые сферы, можно обнаружить, что вероятность столкновения не должна зависеть от энергии налетающего электрона (см. Куколич). Однако Рамзауэр и Таунсенд наблюдали, что для медленно движущихся электронов в аргоне, криптоне или ксеноне вероятность столкновения электронов с атомами газа достигает минимального значения для электронов с определенным количеством кинетической энергии (около 1 электрон-вольт для ксенона. газ^[1]). Это эффект Рамзауэра – Таунсенда.

Хорошего объяснения этого явления не существовало до появления квантовой механики, объясняющей, что эффект является результатом волнообразных свойств электрона. Простая модель столкновения, использующая волновую теорию, может предсказать существование минимума Рамзауэра – Таунсенда. Бом представляет одну из таких моделей, в которой атом рассматривается как конечный квадрат. потенциальная яма.

Теоретически предсказать кинетическую энергию, которая вызовет минимум Рамзауэра – Таунсенда, довольно сложно, поскольку проблема заключается в понимании волновой природы частиц. Однако проблема широко исследовалась экспериментально и теоретически и хорошо изучена (см. Джонсон и Гет).

В 1970 году Грызинский предложил классическое объяснение эффекта Рамзауэра.^[2] используя эффективную картину атома как колеблющегося мультиполя электрического поля (диполь, квадруполь, октуполь), что было следствием его модель атома свободного падения.

Рекомендации

1. «Эффект Рамзауэра-Таунсенда» (PDF).
2. Грызинский, Михал (1970-01-12). «Эффект Рамзауэра как результат динамической структуры атомной оболочки». Письма с физическими проверками. Американское физическое общество (APS). 24 (2): 45–47. Дои:10.1103 / Physrevlett.24.45. ISSN  0031-9007.

• Таунсенд, Дж.; Бейли, В.А. (1921). «XCVII. Движение электронов в газах». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал. Informa UK Limited. 42 (252): 873–891. Дои:10.1080/14786442108633831. ISSN  1941-5982.
• Townsend, J.S .; Бейли, В.А. (1922). «LXX. Движение электронов в аргоне». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал. Informa UK Limited. 43 (255): 593–600. Дои:10.1080/14786442208633916. ISSN  1941-5982.
• Townsend, J.S .; Бейли, В.А. (1922). «CXIX. Аномально длинный свободный пробег электронов в аргоне». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал. Informa UK Limited. 43 (258): 1127–1128. Дои:10.1080/14786442208633968. ISSN  1941-5982.
• Townsend, J.S .; Бейли, В.А. (1922). «XCIV. Движение электронов в аргоне и в водороде». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал. Informa UK Limited. 44 (263): 1033–1052. Дои:10.1080/14786441208562581. ISSN  1941-5982.
• Townsend, J.S .; Бейли, В.А. (1923). «LXXIII. Движение электронов в гелии». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал. Informa UK Limited. 46 (274): 657–664. Дои:10.1080/14786442308634293. ISSN  1941-5982.
• Рамзауэр, Карл (1921). "Über den Wirkungsquerschnitt der Gasmoleküle gegenüber langsamen Elektronen". Annalen der Physik (на немецком). Вайли. 369 (6): 513–540. Дои:10.1002 / andp.19213690603. ISSN  0003-3804.
• Бом, Д., Квантовая теория. Прентис-Холл, Энглвуд-Клиффс, Нью-Джерси, 1951.
• Броде, Роберт Б. (1933-10-01). «Количественное исследование столкновений электронов с атомами». Обзоры современной физики. Американское физическое общество (APS). 5 (4): 257–279. Дои:10.1103 / revmodphys.5.257. ISSN  0034-6861.
• Johnson, W. R .; Гет, К. (1 февраля 1994 г.). «Упругое рассеяние электронов на Xe, Cs⁺, а Ba²⁺". Физический обзор A. Американское физическое общество (APS). 49 (2): 1041–1048. Дои:10.1103 / Physreva.49.1041. ISSN  1050-2947. PMID  9910333.
• Мотт, Н.Ф., Теория атомных столкновений, 3-е изд. Глава 18. Оксфорд, Clarendon Press, 1965.
• Куколич, Стивен Г. (1968). «Демонстрация эффекта Рамзауэра-Таунсенда в Xenon Thyratron». Американский журнал физики. Американская ассоциация учителей физики (AAPT). 36 (8): 701–703. Дои:10.1119/1.1975094. ISSN  0002-9505.
• Гриффитс, Д.Дж., Введение в квантовую механику, Раздел 2.6