Ramsauer-Townsend-effekt

Ramsauer -Townsend-effekten , även kallad Ramsauer-effekten eller Townsend-effekten , är ett fysiskt fenomen som involverar spridningen av lågenergielektroner av atomer av en ädelgas . Effekten kan inte förklaras av klassisk mekanik , men kräver kvantmekanikens vågteorin .

Definitioner

När en elektron rör sig genom en gas orsakar dess interaktioner med gasatomerna spridning. Dessa interaktioner klassificeras som oelastiska om de orsakar excitation eller jonisering av atomen och elastiska om de inte gör det.

Sannolikheten för spridning i ett sådant system definieras som antalet spridda elektroner, per enhet elektronström, per enhet väglängd, per enhet tryck vid 0 °C, per enhet rymdvinkel . Antalet kollisioner är lika med det totala antalet elektroner spridda elastiskt och oelastiskt i alla vinklar, och sannolikheten för kollision är det totala antalet kollisioner, per enhet elektronström, per enhet väglängd, per enhet tryck vid 0 °C.

Eftersom ädelgasatomer har en relativt hög första joniseringsenergi och elektronerna inte bär tillräckligt med energi för att orsaka exciterade elektroniska tillstånd, är jonisering och excitation av atomen osannolika, och sannolikheten för elastisk spridning över alla vinklar är ungefär lika med sannolikheten för kollision.

Beskrivning

Effekten är uppkallad efter Carl Ramsauer (1879-1955) och John Sealy Townsend (1868-1957), som var för sig studerade kollisioner mellan atomer och lågenergielektroner i början av 1920-talet.

Om man försöker förutsäga sannolikheten för kollision med en klassisk modell som behandlar elektronen och atomen som hårda sfärer, finner man att sannolikheten för kollision bör vara oberoende av den infallande elektronenergin (se Kukolich ). Ramsauer och Townsend observerade dock att för långsamt rörliga elektroner i argon, krypton eller xenon, erhåller sannolikheten för kollision mellan elektronerna och gasatomerna ett minimivärde för elektroner med en viss mängd kinetisk energi (ca 1 elektronvolt för xenon) gas). Detta är Ramsauer-Townsend-effekten.

Ingen bra förklaring till fenomenet fanns förrän introduktionen av kvantmekaniken, vilket förklarar att effekten härrör från elektronens vågliknande egenskaper. En enkel modell av kollisionen som använder vågteori kan förutsäga förekomsten av Ramsauer-Townsend minimum. Bohr presenterar en sådan modell som betraktar atomen som en finit kvadratpotentialbrunn .

Att förutsäga från teorin den kinetiska energin som kommer att producera ett minimum av Ramsauer-Townsend är ganska komplicerat eftersom problemet handlar om att förstå partiklarnas vågnatur. Problemet har dock undersökts omfattande både experimentellt och teoretiskt och är väl förstått (se Johnson och Guet).

År 1970 har Gryzinski föreslagit en klassisk förklaring av Ramsauer-effekten med hjälp av en effektiv bild av atomen som oscillerande multipol av elektriskt fält (dipol, kvadrupol, oktupol), vilket var en konsekvens av hans fritt fall atommodell .

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ramsauer–Townsend_effect&oldid=1131598473 "