電子同原子碰撞（電子同原子碰撞）

碰撞

無輻射碰撞 　這種碰撞有彈性碰撞、非彈性碰撞和超彈性碰撞幾種。

① 彈性碰撞。碰撞時(shí)當(dāng)入射電子轉(zhuǎn)移給靶原子的能量不能激發(fā)靶原子內(nèi)的電子時(shí)，所轉(zhuǎn)移的能量就使靶原子作為整體而反沖。因?yàn)殡娮淤|(zhì)量me比原子質(zhì)量ma小得多，其反沖能量與入射電子能量之比在數(shù)量級(jí)上為，一般小于 10-3。這類碰撞被稱為電子與原子的彈性碰撞或彈性散射。

② 非彈性碰撞。當(dāng)入射電子轉(zhuǎn)移給靶原子的能量能夠激發(fā)靶原子內(nèi)的電子時(shí)，這類碰撞被稱為電子與原子的非彈性碰撞或非彈性散射。非彈性碰撞還可以進(jìn)一步分為：電子碰撞激發(fā)，致使靶原子發(fā)生束縛能級(jí)之間的躍遷；電子碰撞電離，致使靶原子發(fā)生由束縛能級(jí)到自由能級(jí)的躍遷。電子碰撞電離的逆過程就是所謂三體復(fù)合過程。

③ 超彈性碰撞。當(dāng)電子與處在激發(fā)態(tài)的原子碰撞時(shí)，入射電子還可以得到能量，這類碰撞被稱為超彈性碰撞，也就是電子碰撞激發(fā)的逆過程。

下圖顯示了電子與錳原子的碰撞結(jié)果，入射電子束能量為20eV。碰撞后，由于動(dòng)量轉(zhuǎn)移，被散射的電子將以不同角度出射，并具有不同的能量損失，圖中表示散射角為20°時(shí)被散射電子的強(qiáng)度與能量損失的關(guān)系?？煽闯龃嬖谥芰繐p失為“零”的彈性峰──代表彈性散射電子的強(qiáng)度。能量損失小于錳原子第一電離閾值IP時(shí)，存在許多分立峰──它們分別代表各種電子碰撞激發(fā)的非彈性散射。圖中的符號(hào) a6D，z6P，y6P等分別標(biāo)明錳原子的各種不同的激發(fā)態(tài)。當(dāng)能量損失大于電離閾值時(shí)，散射電子的強(qiáng)度將隨能量損失成連續(xù)的分布，代表電子碰撞電離的非彈性散射。這個(gè)例子說明：具有一定能量的電子與原子碰撞時(shí)，在滿足能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律的條件下，可以發(fā)生各種無輻射碰撞過程?？梢远康赜媒孛鎭砻枋霭l(fā)生各種碰撞過程的幾率。某種碰撞過程的截面定義為：對(duì)于單位流強(qiáng)的電子束，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生碰撞的幾率。截面可以利用實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行絕對(duì)測(cè)量而得到，也可以在理論上進(jìn)行第一原理計(jì)算而得到。

有輻射碰撞 　電子與原子碰撞時(shí)還會(huì)伴有輻射過程，有輻射的碰撞截面一般比較小，其過程可分為軔致輻射、輻射復(fù)合。

① 軔致輻射。電子與原子碰撞引起"電子與原子"作為整體的自由能級(jí)到自由能級(jí)之間的輻射躍遷。入射電子的部分動(dòng)能將轉(zhuǎn)變?yōu)楣庾樱姶泡椛洌┠芰慷涑觯ㄒ娷愔螺椛洌?/p>

②　輻射復(fù)合。入射電子發(fā)射一定能量的光子后被靶原子俘獲形成穩(wěn)定的負(fù)離子，這就是直接輻射復(fù)合過程。當(dāng)入射電子具有特定動(dòng)能時(shí)，可以激發(fā)原子內(nèi)的電子，入射電子則由于損耗能量而被俘獲形成激發(fā)態(tài)的負(fù)離子，該激發(fā)負(fù)離子輻射衰變而變?yōu)榉€(wěn)定的負(fù)離子，這就是共振輻射復(fù)合。對(duì)于電子與離化態(tài)原子的共振輻射復(fù)合過程，一般也可以稱為雙電子復(fù)合過程。

應(yīng)用和發(fā)展 　在氣體放電現(xiàn)象中，各類電子與原子（或分子）的碰撞過程可以起到將能量從電源傳遞給放電氣體的作用。這時(shí)放電氣體內(nèi)部存在著由電子碰撞激發(fā)而產(chǎn)生的激發(fā)態(tài)原子、由電子碰撞電離而產(chǎn)生的離子（或激發(fā)態(tài)分子、自由基等）以及與這些粒子有關(guān)的各種碰撞過程產(chǎn)物。要深入了解氣體放電現(xiàn)象，先要了解有關(guān)的微觀碰撞過程，在這個(gè)基礎(chǔ)上，對(duì)宏觀的放電特性建立一個(gè)完全的精確的認(rèn)識(shí)。這當(dāng)然需要所有有關(guān)碰撞過程的截面數(shù)據(jù)。目前人們尚未完全掌握截面數(shù)據(jù)，因此有關(guān)碰撞方面的研究尚在不斷深入。又如當(dāng)電離輻射將能量貯積在氣體物質(zhì)內(nèi)部時(shí)，電子碰撞起重要作用，能使被貯積的能量輸運(yùn)而分布在氣體物質(zhì)內(nèi)部。要進(jìn)一步了解輻射作用的物理、化學(xué)及生物效應(yīng)，需要定量地了解輻射作用的初期能量分布，為此有關(guān)的碰撞數(shù)據(jù)也是不可缺少的。在激光器研制方面，如圖所示的電子與錳原子的碰撞，可以形成錳原子的 y6P激發(fā)能級(jí)的布居數(shù)反轉(zhuǎn)（即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）而產(chǎn)生531.4nm (y6P－a6D)的激光。20世紀(jì)70年代以來，圍繞著一些大型應(yīng)用性研究發(fā)展項(xiàng)目，如受控核聚變、氣體激光等等，許多國家紛紛建立數(shù)據(jù)中心，專門研究和收集有關(guān)的碰撞截面。

意義

碰撞研究除了配合有關(guān)分支學(xué)科的理論研究和有關(guān)應(yīng)用性研究外，其本身也有特殊意義：電子與原子碰撞基本上是個(gè)量了多體動(dòng)力學(xué)問題，多體間為長(zhǎng)程的庫侖相互作用，雖然人們對(duì)這一問題已得到很多近似解答，但精確度卻有限。由于實(shí)驗(yàn)測(cè)量的發(fā)展，這些有限的精確度的近似解逐步地得到驗(yàn)證。當(dāng)入射電子能量在電離閾值以下時(shí)，這類量子多體動(dòng)力學(xué)問題可以嚴(yán)格地簡(jiǎn)化為兩體問題（在質(zhì)心系中，成為單體問題）而得到嚴(yán)格解?；谶@種物理圖像的理論稱為多通道量子數(shù)虧損理論。當(dāng)入射電子的能量在電離閾值附近或大于電離閾值時(shí)，這類量子多體動(dòng)力學(xué)問題能夠嚴(yán)格地簡(jiǎn)化為有效的三體問題，但相互作用為長(zhǎng)程庫侖相互作用的三體問題目前還沒有嚴(yán)格解。這是電子與原子碰撞方面的重要研究課題。