Обзор предназначен Для научных работников, специализирующихся в области фиаич'есяовцц^щической .кинетики, а также в смежных ^бластяж лазерЩрдЗи^'фщнескС)й газодинамики, мо-.лекулярнЛ^акустики и т. д.
УДК 533,1 ПРЕДИСЛОВИЕ
Под колебательной релаксацией понимается процесс установления равновесия по колебательным степеням свободы молекул или процесс установления стационарного (квазистационарного) колебательного распределения при наличии возмущающих источников. Неравновесное распределение энергии по колебательным степеням свободы в двух- и многоатомных газах стало привлекать внимание физиков еще в 30-е годы нашего столетия. Первый этап в развитии колебательной кинетики связан с наблюдением и объяснением аномального поглощения и дисперсии ультразвуковых волн в многоатомных газах. В результате работ Герцфельда и Раиса [1], Кнезера [2], Рутгер-са [3], Ландау и Теллера [4], Леонтовича [5] и др. была создана релаксационная теория распространения звука в газах. В основе этой теории лежало предположение, что поглощение и дисперсия звука могут быть обусловлены не только сдвиговой вязкостью и теплопроводностью, но и замедленным обменом энергии между поступательными и внутримолекулярными (колебательными) степенями свободы, ^Характерные времена этого обмена в молекулярном масштабе, естественной единицей которого является время свободного пробега, достигают десятков или даже сотен тысяч.
Второй этап в изучении колебательной кинетики связан в основном с исследованием ударных волн. Первыми шагами в этом направлении были работы Бете и Теллера [6] и Зельдовича [7], изучавших уширение ударных волн за счет медленно протекающих релаксационных процессов. Интерес к исследованию ударных волн был дополнительно стимулирован развитием ракетной техники в 40—50-х годах и способствовал появлению и усовершенствованию ударных труб. Применение ударных труб открыло возможность изучения колебательной релаксации в широком диапазоне температур: от тысячи до десятков тысяч градусов. Это явилось стимулом для новых теоретических и экспериментальных исследований в области химической кинетики.
Третий этап в изучении колебательной кинетики тесно связан с молекулярными лазерами. Шестидесятые годы ознамено-
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие................
Глава .1. Постановка задачи о неупругих молекулярных столкновениях § 1. Вероятности, сечения и константы скорости процессов при
молекулярных столкновениях ........ 9
§ 2. Поверхности потенциальной энергии......13
Глава 2. Приближенные методы расчета вероятностей переходов при
молекулярных столкновениях ......... ]g
§ 3. Траекторные расчеты и метод классической S-матрицы . 20
§ 4. Полуклассическое приближение.......23
§ 5. Динамика свободного движения сталкивающихся молекул 31
1. Вращающаяся двухатомная молекула......31
2. Вращающаяся многоатомная молекула......35
3. Упругое рассеяние сталкивающихся молекул . . . .38 § 6. Модель гармонического осциллятора в теории колебательно-поступательного и колебательно-колебательного обмена энергии .............41
1. Вынужденные колебания квантового гармонического осциллятора ...............41
2. Биения квантовых осцилляторов . . '......45
Глава 3. Колебательные переходы при столкновении молекул . . 50
§ 7. /?Г-процессы............. 51
§ 8. УГ-процессы............. 57
§ 9. КЯГ-процессы............ 64
§ 10. VV-процессы ............ 70
1. Межмолекуля-рлый W-обмен......... 70
2. Внутримолекулярный УУ-обмен........ 74
Глава 4. Колебательная релаксации двухатомных молекул, составляющих малую примесь в инертном газе....... 78
§ 11. Кинетические уравнения.........78
1. Общий вид кинетических уравнений.......78
2. Свойства кинетических уравнений.......81
а. Сохранение числа частиц.......... 81
б. Убывание свободной энергии......... °2
в. Стационарное состояние.......... 83
3. Различные формы оператора столкновений ..... 84
а. Простое релаксационное приближение или модель сильных столкновений ............. °д
б. Диффузионное приближение.........™
§ 12. Релаксация колебательной энергии . . . . • . .87
1. Гармонические осцилляторы с одноквантовыми переходами энергии...............°'
2. Слабоангармонические осцилляторы с одноквантовыми пере-ходами энергии.............°
§ 13. Распределение молекул по колебательным уровням в про-цессе релаксации..........•
170
1. Гармонические осцилляторы с одноквантовыми переходами энергии............... 91
2. Диффузионное приближение......... 94
3. Ангармонические осцилляторы........ 96
§ 14. Стационарные распределения молекул по колебательным
уровням в неизолированных системах..... 98
1. Радиационные осцилляторы ......... 98
2. Релаксация в немаксвелловском термостате..... 1001
3. Квазистационарные распределения колебательной энергии в системах с источниками колебательно-возбужденных частиц 101
4. Стационарные распределения колебательной энергии в поле резонансного лазерного излучения....... 103.
Глава 5. Колебательная релаксация в однокомпонентной системе двухатомных .молекул при низких уровнях колебательного возбуждения .............. Ю7
§ 15. Кинетические уравнения . ....... 107
1. Оператор столкновений для УУ-лроцессов ...... 107
2. Свойства оператора столкновений для УУ-процессов . . 109
а. Сохранение числа частиц.......... 109
б. Убывание свободной энергии......... 111
в. Стационарное состояние........... 112
3. Различные формы оператора столкновений для УУ-процессов 114
а. Простое релаксационное приближение или модель сильных столкновений ............. 114
б. Гармонические осцилляторы с одноквантовыми переходами энергии............... 115-
в. Диффузионное приближение......... 116
§ 16. Распределение молекул то колебательным уровням при
VV- и УГ-обмене........... 119
1. Релаксация колебательной энергии....... 120
2. Гармонические осцилляторы с одноквантовыми переходами энергии............... 120
Глава 6. Колебательная релаксация в смесях двухатомных молекул
при низких уровнях колебательчого возбуждения . . . 124-§ 17. Кинетические уравнения для бинарной смеси двухатомных
молекул.............. 124
1. Оператор столкновений для УУ'-процессов . . . . . 124
2. Свойства оператора столкновений для УУ'-процессов . . 126
а. Сохранение числа частиц.......... 126
б. Убывание свободной энергии......... 128-
в. Стационарное состояние.......... 129
§ 18. Релаксационные процессы в бинарных и тройных смесях
двухатомных молекул.......... 132
1. Бинарная смесь гармонических осцилляторов с одноквантовы-
ми переходами энергии.......... 132
2. Тепловые эффекты колебательной релаксации в бинарных смесях........ ...... 13&
3. Бинарная смесь гармонических осцилляторов с одноквантовыми и двухквантовыми переходами энергии..... 141
4. Бинарные и тройные смеси гармонических осцилляторов с замедленным УУ'-обменом .......... 145-
5. Многоатомные молекулы. Колебательная неустойчивость . 148-Глава 7. Колебательная релаксация двухатомных молекул при произвольном уровне колебательного возбуждения .... 152
§ 19. Однокомпонентная система ангармонических осцилляторов ............... 152
1. Кинетические уравнения.......... 152
2. Функция распределения на нижних колебательных уровнях 154
3. Функция распределения на верхних колебательных уровнях 156
4. Функция распределения на промежуточных колебательных
уровнях............... 157
а. Случай не очень больших значений средней колебательной энергии............... 158
б. Случай двухквантового W-обмена....... 160
в. Случай 'больших значений средней колебательной энергии . 162 § 20. Бинарные смеси ангармонических осцилляторов ... 165
Заключение ................ 168
Цена: 150руб.
