ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы передачи и рассеяния энергии в облучаемой среде из "Механизм и кинетика радиационно-химических реакций Издание 2" Избыточная энергия, полученная молекулами в форме электронного и колебательного возбуждения или поступательного движения (например, атомы отдачи) при взаимодействии с быстрыми частицами или излучением, а также при нейтрализации ионов и в других процессах, может передаваться частицам среды при соударениях, в результате которых избыточная энергия постепенно рассеивается в облучаемой среде и в конечном счете переходит в тепло. [c.56] Как было сказано, в энергию возбуждения облучаемых молекул переходит несколько более 50% энергии излучения, поглощенной средой. Поэтому процессы рассеяния этой энергии при соударениях во многом определяют эффективность использования энергии излучения в радиационно-химических реакциях. [c.56] Рассмотрим кратко, в рамках классической картины, основные закономерности процессов передачи энергии при соударениях, представляющие интерес для радиационной химии. [c.56] Передача энергии поступательною движения. Приближенно этот процесс можно рассматривать, применяя законы классической механики, на основании которых доля энергии быстрой частицы. [c.56] Доля передаваемой энергии зависит также от соотношения ско-рсетей соударяющихся частиц. Чем больше различие в скоростях частиц, тем больше доля энергии, передаваемой при упругих соударениях. Таким образом, быстрые частицы сравнительно быстро рассеивают свою энергию. Этот процесс происходит тем быстрее, чем мепьп1е различие в массах соударяющихся частиц. [c.57] Качественно процессы перехода энергии поступате льного движения частицы во вращательную энергию соударяющейся с этой частицей молекулы также могут быть приближенно рассмотрены в рамках классической механики. [c.57] Наиболее выгодными для передачи энергии являются соударения, при которых поступательное движение частицы происходит под прямым углом к оси вращения молекулы. Чем ближе угол к прямому, тем большая доля энергии будет передаваться при соударениях. [c.58] Для рассматриваемых процессов применение законов классической механики уже не дает точных результатов. Поэтому для установления количественных соотношений следует пользоваться законами квантовой механики. Здесь не имеет смысла приводить эти расчеты. Отметим только, что хотя условия квантования вращательной энергии накладывают ограничения на процессы передачи поступательной энергии, практически они не очень жестки, особенно если уже возбуждены некоторые вращательные уровни. По-видимому, при столкновениях рассматриваемого типа может происходить возбуждение любых вращательных уровней. Вероятность возбуждения вращения при ударе весьма велика. Что касается удара быстрых электронов, то вследствие неблагоприятного соотношения масс, как и при передаче поступательной энергии, такие процессы малоэффективны. [c.58] Взаимные переходы поступательной и колебательной энергии. [c.58] Для радиационной химии процессы взаимного превращения колебательной и поступательной энергии имеют большое значение. Колебательная энергия атомов представляет собой одну из форм внутримолекулярной энергии, которая может обусловить химические процессы. Если в каком-либо процессе возбуждается колебательный уровень двухатомной молекулы, близкий к уровню энергии раздельных атомов, то может легко произойти диссоциация. Кроме того, возбуждение колебательных уровней проявляется в снижении энергии активации химической реакции. [c.58] Обратные процессы перехода колебательной энергии молекул в поступательную при соударениях имеют большое значение при рассеянии энергии. В таких процессах форма энергии, которая может быть химически эффективной, переходит в относительно малоэффективную форму энергии. [c.58] Из уравнения (55) следует, что АЕ растет с уменьщением Уа и дост11гает половинной величины при Уз = О, т. е. когда вторая частица неподвижна. [c.59] м образом, чем больше масса второй частицы по срав1 ению с массой первой, тем большая часть энергии может быть ей передана. [c.59] Наиболее выгодным направлением удара является направление колебательного движения. Для двухатомной молекулы оно совпадает с ссью ее симметрии. Вероятность передачи колебательной энергии при соударениях относительно невелика. Некоторое качественное объяснение этому можно дать, пользуясь простой механической моделью. [c.59] В ЭТИХ точках она близка к нулю. Однако большая часть столкновений между молекулами приходится именно на эти фазы колебания, и значительно меньшая часть на ту фазу, в которой условия для передачи энергии колебания наиболее выгодны. [c.60] Условия квантования энергии колебаний атомов, а также особенности взаимодействия сблнжаюш ихся частиц накладывают с -щественные ограничения на процессы передачи энергии при соударениях и сильно ограничивают возмолсность применения рассмотренных выше простых механических представлений. Для возбуждения колебательных уровней при соударении передача энергии должна осуществляться количествами, равными пк (где п — колебательное квантовое число, к — постоянная Планка, V — частота колебания). [c.60] При соударении может быть передана только часть кинетической энергии быстрой частицы, поэтому ее кинетическая энергия должна быть по крайней мере в несколько раз больше величины возбуждаемого кванта колебательной энергии. Вследствие этого возбуждать колебательные уровни могут только быстрые частицы. [c.60] Для рассматриваемого случая время, необходимое для установления равновесия при возбуждении колебаний, имеет порядок 10 — 10 сек (при нормальных температуре и давлении). [c.61] В таблице, отнесены к одному соударению. Величина 1/ представляет собой, таким образом, среднее число соударений, при котором происходит передача (или возбуждение) колебательного кванта. [c.62] Сопоставляя вероятности переходов колебательного кванта с их величинами (т. е. частотами) для сходных по структуре молекул, можно видеть, что тот и другой переходы более вероятны для колебательных квантов с меньшей энергией. Вероятности возбуждения колебания при соударении меньше, чем вероятности передачи колебательного кванта, т. е. рассеяния колебательной энергии. [c.62] Вернуться к основной статье