[科普中國]-電荷擴(kuò)散

耗散反應(yīng)產(chǎn)物的電荷擴(kuò)散

能量相干寬度Γ分布寬度隨著同位素電荷數(shù)Z的減小有顯著的增大，反應(yīng)時(shí)間越長，交換的核子數(shù)越多，其分布寬度也就越寬。圖1給出了分布寬度隨出射碎片電荷數(shù)變化的關(guān)系，r的分布寬度隨電荷數(shù)Z基本上呈線性變化。 這反映了電荷擴(kuò)散過程的存在。

在輸運(yùn)理論框架中1，一個(gè)物理量x的幾率分布函數(shù)P(x,t) 的?？艘黄绽士朔匠虨椋?img src="https://img-xml.kepuchina.cn/images/newsWire/m7yqIs5VN5CmBTU4OWmbJELJkXkC87rTd1vs.jpg" alt="" /> ，其中 為漂移系數(shù)， 為擴(kuò)散系數(shù)。

各元素隨原子核的中子數(shù)/電荷數(shù)Z呈高斯型的分布，誤差范圍內(nèi)其平均值的變化很小，可以認(rèn)為漂移速度為零。分布寬度有較大的變化，說明擴(kuò)散過程是明顯存在的。圖2給出了分布寬度2σ2少與平均作用時(shí)間τ的變化關(guān)系，τ根據(jù)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系τ=h/Γ，分布寬度與反應(yīng)時(shí)間呈線性變化的關(guān)系。直線斜率即為擴(kuò)散系數(shù)2D。

空間電荷擴(kuò)散理論一般地，在高絕緣體中束縛有正和負(fù)的空間電荷，熱平衡下電中性條件要求正負(fù)電荷數(shù)目相等并有均勻分布。在圖1(a)距離為l的兩電極間充滿介質(zhì)。經(jīng)恒定電壓U0極化達(dá)平衡后,將有N0個(gè)負(fù)電荷e被排斥離開單位面積負(fù)電極。在t=0時(shí)除去U0并令兩電極短路放電,則通常熟知的各種機(jī)構(gòu)提供的極化迅速消失，這些極化我們通稱為快極化，這時(shí)介質(zhì)內(nèi)各處電場(chǎng)為零?？臻g電荷在零場(chǎng)下建立新的平衡分布需較長時(shí)間,它貢獻(xiàn)的極化屬慢響應(yīng)。

體系中的空間電荷處于束縛狀態(tài)，不是載流子；但可借助于熱運(yùn)動(dòng)起伏能量的激活而位移至鄰近束縛位置以產(chǎn)生極化效應(yīng).在液體中，空間電荷束縛于分子中的某固定位置;它的運(yùn)動(dòng)反映了分子或其部分鏈段的運(yùn)動(dòng)。由于受到鄰近粒子的障礙，這種運(yùn)動(dòng)應(yīng)該很慢。在熱平衡下，空間電荷的分布應(yīng)使體系的宏觀極化強(qiáng)度為零。若有某種原因使時(shí)間t=0時(shí)空間電荷分布不均勻而產(chǎn)生極化強(qiáng)度P(t)=P0，在零場(chǎng)下可測(cè)出其衰減規(guī)律并記為P(t)=P0F(t)；其中F(0)=1，F(xiàn)(∞)=0?？臻g電荷分布由不均勻而在零場(chǎng)下趨向均勻的運(yùn)動(dòng)可等效描述為擴(kuò)散。束縛電荷的等效擴(kuò)散不同于載流子的擴(kuò)散。后者的擴(kuò)散系數(shù)D與遷移率μ有關(guān)系eD=kTμ。等效擴(kuò)散不存在類似關(guān)系，因?yàn)槭`空間電荷不能導(dǎo)電的假設(shè)意味著它的遷移率等于零。麥克斯韋方程表明，電位移矢量對(duì)時(shí)間的微商等效于自由電荷在外場(chǎng)中的遷移電流密度；在零場(chǎng)中束縛電荷位移的時(shí)間微商就等效于自由電荷的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。3