Роль данных о подвижности и коэффициентах диффузии ионов

Данные о подвижности и коэффициентах диффузии ионов имеют как теоретическое, так и прикладное значение. Во-первых, экспериментальные значения этих величин, в особенности их зависимость от ein и температуры газа, могут дать информацию о потенциале взаимодействия иона с молекулой на сравнительно больших расстояниях между ними, чем в опытах по рассеянию пучков ионов на нейтральных мишенях. Во-вторых, данные о подвижности ионов нужны, чтобы рассчитать коэффициент ион-ионной рекомбинации и скорость расплывания облака ионов в газе, которое обусловлено взаимным отталкиванием заряженных частиц. Знание кинетических свойств ионов в газах требуется также при анализе различных экспериментов, связанных с плазмо-химическими реакциями между ионами и молекулами. Кроме того, зная зависимость подвижности ионов в данном газе от параметра ein, можно оценить среднюю энергию ионов как функцию этого параметра. Наконец, информация о подвижности и диффузии ионов необходима для количественного описания как электрического разряда в газах, так и различных атмосферных явлений.

До последнего времени из экспериментов по измерению подвижности и коэффициентов диффузии ионов в газах удалось извлечь совсем немного данных о сечениях столкновений частиц. Напротив, эксперименты с электронным роем позволили получить обширную информацию о рассеянии электронов на нейтральных частицах. Вполне вероятно, что дальнейшее развитие теории явлений переноса ионов позволит определить сечения упругого и неупругого столкновений, а также сечения процессов, протекающих с изменением сорта ионов, в зависимости от энергии частиц.

Экспериментальное изучение кинетических свойств ионов в газах началось вскоре после открытия рентгеновских лучей в 1895 г., а их теоретическое описание — после 1903 г. Первые измерения были выполнены Томсоном, Резерфордом и Таунсендом в конце прошлого века в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Мы далее обсудим развитие теории рассматриваемых явлений.

Сколько-нибудь надежные прямые измерения коэффициентов диффузии впервые были выполнены только в 60-х годах, и в настоящее время число приемлемых результатов относительно невелико. Однако уже в 30-х годах было сделано несколько надежных измерений подвижности ионов, и теперь имеется много разнообразных данных. Но исследования 70-х - 80-х годов показали, что большая часть старых результатов и даже некоторые более новые измерения либо неверны, либо относятся к нонам, которые не были точно идентифицированы. Основная причина этого состоит в том, что дрейфующие ионы в большинстве газов вступают в химические реакции с молекулами и тем самым меняют свой сорт.