Готовлю курсовую по физике плазмы. Нужно понять поведение высокозарядных ионов вольфрама (W⁺⁷⁴) в гелиевой среде при комнатной температуре и нормальном давлении.
Что произойдет с этими ионами? Какие процессы начнутся? Будет ли рекомбинация или какие то другие взаимодействия?
В литературе нашел только про плазму токамаков, а мне нужна теория для обычных условий.
W⁺⁷⁴ в обычных условиях существовать не может физически.
Потенциал ионизации для удаления 74 электронов из атома вольфрама составляет порядка сотен килоэлектронвольт. Такие ионы генерируются только в экстремальных условиях - внутри токамаков, в лазерной плазме или при столкновениях тяжелых ядер.
Как только ион W⁺⁷⁴ попадет в гелиевую среду при нормальных условиях:
Немедленная рекомбинация. Ион начнет захватывать электроны из окружающих атомов гелия путем перезарядки. Процесс идет каскадом за femtosекунды.
Ионизация гелия. Кулоновское поле иона настолько сильное, что вырвет электроны из ближайших атомов He, создав локальную плазму.
Излучение. При каждом захвате электрона на внутренние оболочки будет излучаться рентген характеристичный для вольфрама.
Финал - нейтральный или слабозаряженный атом W, окруженный ионизованным гелием.
Время жизни W⁺⁷⁴ в He при атмосферном давлении - порядка 10⁻¹⁵ секунд. Для курсовой советую пересмотреть постановку задачи.
Дополню про сечения перезарядки.
Для многозарядных ионов (Z > 20) сечение резонансной перезарядки с гелием растет пропорционально Z². Для W⁺⁷⁴ это даст σ ~ 10⁻¹⁴ см², что при концентрации гелия n ~ 10¹⁹ см⁻³ дает длину свободного пробега λ = 1/(nσ) порядка микрометров.
То есть ион не пролетит даже миллиметр до полной нейтрализации.
а зачем вообще такое в курсовой моделировать, если в природе такого не бывает... препод точно одобрит??
Спасибо, очень подробно! Значит для курсовой надо либо вакуум рассматривать либо менять ионизацию на реалистичную.