電漿碰撞過程

電漿(plasma)又叫做電漿，是由部分電子被剝奪後的原子及原子團被電離後產生的正負離子組成的離子化氣體狀物質，尺度大於德拜長度的巨觀電中性電離氣體，其運動主要受電磁力支配，並表現出顯著的集體行為。通常採取氣體動力學理論中的慣用的處理方法，在粒子相互作用區域不考慮外場的影響，而在碰撞的間隔部分不考慮粒子相互作用力。因為相互作用半徑比自由程小很多。電漿的碰撞過程主要分為二體碰撞，庫倫碰撞，原子碰撞和分子碰撞。

基本介紹

• 中文名：電漿碰撞過程
• 外文名：plasma collision
• 類型：物理過程
• 原因：電漿態的不穩定性

電漿中的二體碰撞

電漿是多組元弱相互作用粒子的氣體。一般來說，二體碰撞適用於帶電粒子與中性粒子之間的碰撞，在一定近似下也可以用於帶電粒子之間的碰撞。二體碰撞是電漿碰撞過程中最基本的問題。

二體碰撞的原因

1.電漿中包含大量無規則運動的電子、離子及中性粒子；

二體碰撞

2.電漿的一些特有性質與電漿粒子之間的碰撞密切相關；

3.粒子碰撞特性與電漿密度、溫度及電離度的強弱有關；

4.碰撞過程一般為多體過程（一個帶電粒子與多個粒子相互作用）。

二體碰撞近似

低溫、低密度電漿，二體碰撞過程占主導地位。高溫、強電離度電漿，多體碰撞為主。但多體碰撞描述和計算極為複雜，往往近似為二體碰撞的疊加過程。關於二體碰撞近似描述為：將粒子運動軌跡分為碰撞區和碰撞間隙區。在碰撞區，不考慮外場對粒子的作用，而在碰撞間隙區，不考慮粒子之間的相互作用。

二體碰撞類型

三種基本運動粒子分別為電子（e），離子（i），中性粒子（n）。則可以形成六種碰撞組合：e-i，e-e，i-i，e-n，i-n和n-n。前三種碰撞為帶電粒子與帶電粒子之間的碰撞，庫侖力作用，無需粒子直接接觸，為庫侖碰撞後三種中碰撞的粒子至少有一方為中性粒子，需要直接接觸才會產生相互作用力電子與原子碰撞主要過程有彈性散射（電子動量改變）和激發、電離等離子與原子碰撞主要過程有彈性散射（動量和能量交換）和共振電荷轉移等分子氣體中還包括分解、分解複合、電子吸附和解吸附。

此外碰撞截面越大，越容易發生碰撞！它可以用來衡量粒子發生碰撞的機率，分子、原子的半徑約為10-10m，它們的碰撞截面約為10-20m。

電漿中的庫侖碰撞

原因與特點

電漿中帶電粒子間的庫侖相互作用分成兩部分：1.距離大於德拜長度：集體相互作用，粒子和自洽場作用；2.距離小於德拜長度：庫侖碰撞，粒子和粒子直接相互作用。那么，電漿中庫侖碰撞的特點就是碰撞是漸進的（與中性粒子碰撞有別），並且是多體相互作用。

庫倫碰撞近似

1.電漿是稀薄的；

2.近似為系列的兩體碰撞；

3.最近距離遠小於粒子平均距離。

電漿中的原子碰撞

原子能級

各種原子或分子系統的能級躍遷問題需要用量子電動力學理論作全面描述。原子中電子與電磁輻射的關係是：束縛電子在原子系統的不同能級中躍遷時產生電磁輻射或光子輻射，且每種原子系統都有其獨特的原子能級（決定於束縛電子與原子核之間的電磁作用）。

原子碰撞類型

主要根據碰撞反應的生成物：電子與原子碰撞能產生激發態中性粒子、離子、輻射、額外電子等來進行分類。主要包括：

1.彈性碰撞，其特點是發生反射並且無新的生成物。

2.激發過程，主要有電子碰撞激發，而激發態粒子具有很好的化學活性，有些激發態粒子較穩定，稱亞穩態。

3.電離過程，主要有電子碰撞電離、電子碰撞雙原子分解、電子－亞穩態電離、亞穩態－中性粒子電離等。

4.退化與複合過程，主要有退激發、電子－離子複合、輻射複合、電子附著、離子－離子複合。例如Ne（氖）原子的激發、輻射與電離過程就是如此。

電漿中的分子碰撞

分子碰撞的原因及特點

因為分子的內能的存在，在電漿加工工藝中常用的氣體，除了單原子分子氣體外，還有多原子分子氣體，如H₂,O₂, 甲烷(CH₄)，矽烷(SiH4)及氟利昂(CF₄)等。而且多原子分子中的原子以共有電子對的形式結合。分子的內能U即為整體直線平動+振動+旋轉能量+原子結合成分子時獲得的勢能。此外，由於分子的離解能，即一個分子各原子的標準生成熱的總和與該分子的標準生成熱的差值，也會導致電漿的分子碰撞。

分子碰撞的類型

主要包括：激發、中性離解（一般要先激發，後離解）、直接電離、電離離解(不是所有氣體分子都能直接電離,如CF₄⁺就非常不穩定)、電子吸附、離解吸附、電子與離子複合（輻射光子，三體複合中多餘能量給第三個粒子）。一般來說，分子的離解產生具有活潑化學反應性的中性基團。