23. 분자 내부 에너지와 비탄성 충돌

 

플라즈마 프로세스 방전

• 단원자 : 비활성기체(예: Ar, Ne, Hg)
• 가스 분자 : 2원자(H₂, O₂), 5원자(예: CH₄, SiH₄, CF₄)
• 내부 에너지 : U
• 체적 V, 압력 p의 기체 : 열역학적 상태, H=U+pV

XY → X + Y : 가열하여 전도에서 전기 경향이지만 다 고정 해리된다.(열해리)

• H₂ → H + H : 2.25 X 2 = 4.5 eV
• SiH₄ → SiH₂ + H₂ : 2.57 - 0.35 = 2.22 eV(열균열)
• SiH₃ + H → SiH₄ : (2.02 + 2.25) - 0.35 = 3.92 eV(열균열)

여기 반응 : e + XY → XY* + e

• 진동 및 회전 및 포텐셜 에너지를 갖는다.
• 전자 여기에너지 : 10 eV
• 전동 및 회전 주위에서 여기 : 0.5 eV 및 0.01 eV

중성 해리 반응 : e + XY → X + Y

경사 이온화 반응 : e + XY → XY+ + 2e

해리 이온화 반응 : e + XY → X+ + Y + 2e, X + Y+ + 2e

음이온 이온화 반응 : e + XY → XY- (전자부족), X- + Y(해리부족)

• 중성 해리라 해리 이온화에서 라디칼 형성 → 분자 해리
• 특수 원자(FL이 Cl 등의 희귀관 원자 실종 가스) + 산소가스 이용 방전
  • → 압력이 높고, 전자온도가 낮을수록 플라즈마 내에 음이온 발생 가
• 특수 원자들의 전자친화력(음이온에서 전자들을 때내내는데 상응한 일, 3~4 eV)이 결합에너지보다 큰 경우
  • → 전자부이나 해리 부착 반응이 쉽게 발생

 

전하 교환 충돌

 

양이온 X양 중독입자의 Y양 충돌 : X+ + Y → X + Y+

• 약전리 플라즈마에서 자주 발생
• 양이온 X 증강하여 충돌 플라즈마에 의해 중성입자 Y의 최아각 전자가 X로 이동
• X와 Y가 동일입자 사이의 공명 전하교환의 단면적은 탄성충돌때보다 약 2배나 크다. 
• 이온과 분자의 충돌도 가 : Ar+ + CH₄
• 자기 구속형 핵융합: 고속 중성자 빔을 플라즈마에 입사시켜 이를 여기
  • 중성자 빔은 자기장에 의해 구속되지 않아 핵융합 플라즈마 속으로 깊이 투과
• 고속에서 음이온이 양이온보다 전하교환 단면적이 크다.
  • 수소의 음이온을 전기장으로 여기시켜 수소 가스속으로 가속시키면, 100 keV의 높은 에너지를 갖는 고속의 수소 원자 빔 생성