 | Термическая ионизация в газах и жидкостях |  |
Термическая ионизация в газах и жидкостях
Анимация Описание Ионизация, образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул. Термином ионизация обозначают как элементарный акт (ионизация атома, молекулы), так и совокупность множества таких актов (ионизация газа, жидкости). Ионизация в газе и жидкости. Для разделение нейтрального невозбужденного атома (или молекулы) на две или более заряженные частицы, т.е. для его ионизации, необходимо затратить энергию W. Для всех атомов данного элемента (или молекул данного химического соединения), ионизирующихся из основного состояния с образованием одинаковых ионов, энергия ионизации одинакова. Простейший акт ионизации - отщепление от атома (молекулы) одного электрона и образование положительного иона. Свойства частицы по отношению к такой ионизации характеризуются ее ионизационным потенциалом. Присоединение электронов к нейтральным атомам или молекулам (образование отрицательных ионов), в отличие от других актов ионизации, может сопровождаться как затратами, так и выделением энергии; в последнем случае говорят, что атомы (молекулы) обладают средствами к электрону. Если энергия W сообщается ионизируемой частице другой частицей (электроном, атомом или ионом) при их столкновении, то ионизация называется ударной. Вероятность ударной ионизации, характеризуемая так называемым сечением ионизации, зависит от рода ионизируемых и бомбардирующих частиц и от кинетической энергии последних Ек: до некоторого минимального (порогового) значения Ек эта вероятность равна нулю, при увеличении Ек выше порога она вначале быстро возрастает, достигает максимума, а потом убывает (рис. 1). Зависимость сечения ионизации атомов и молекул водорода электронным ударом от энергии налетающего электрона 
Рис. 1 1 - атомы Н; 2 - молекулы Н2 (экспериментальные кривые). Если энергии, передаваемые ионизируемым частицам в столкновениях, достаточно велики, возможно образование из них, наряду с однозарядными, и многозарядных ионов (многократная ионизация, рис. 2). Зависимость сечения ионизации аргона ионами Не+ от энергии иона 
Рис. 2 На оси абсцисс отложена скорость ионизирующих частиц. Пунктирные кривые - ионизация аргона электронным ударом. При столкновении атомов и ионов с атомами может происходить ионизация не только бомбардируемых, но и бомбардирующих частиц. Налетающие нейтральные атомы, теряя свои электроны, превращаются в ионы, а у налетающих ионов заряд увеличивается; это явление называется "обдиркой" пучка частиц. Обратный процесс - захват электронов от ионизируемых частиц налетающими положительными ионами - называется перезарядкой ионов. В определенных условиях частицы могут ионизироваться и при столкновениях, в которых передается энергия, меньшая W: сначала атомы (молекулы) в первичных соударениях переводятся в возбужденное состояние, после чего для их ионизации достаточно сообщить им энергию равную разности W и энергии возбуждения. Таким образом, необходимая для ионизации передача энергии осуществляется в нескольких последовательных столкновениях. Подобная ионизация называется ступенчатой. Она возможна, если столкновения происходят столь часто, что частица в промежутке между двумя соударениями не успевает потерять энергию, полученную в первом из них (в достаточно плотных газах, высокоинтенсивных потоках бомбардирующих частиц). Кроме того, механизм ступенчатой ионизации очень существенен в случаях, когда частицы ионизируемого вещества обладают метастабильными состояниями, т.е. способны относительно долгое время сохранять энергию возбуждения. Ионизация может вызываться не только частицами, налетающими извне. При достаточно высокой температуре, когда энергия теплового движения атомов (молекул) велика, они могут ионизировать друг друга за счет кинетической энергии сталкивающихся частиц - происходит термическая ионизация. Значительной интенсивности она достигает, начиная с температур ~103-104 К, например, в дуговом разряде, ударных волнах, в звездных атмосферах. Временные характеристики Время инициации (log to от -7 до -5); Время существования (log tc от -7 до 15); Время деградации (log td от -7 до -5); Время оптимального проявления (log tk от -1 до 1). Диаграмма: 
Технические реализации эффекта Техническая реализация эффекта Простейшая реализация сотоит в измерении зондовым методом проводимости воздуха в муфельной печи, нагреваемой до 800-10000С. С ростом температуры проводимость возрастает вследствие ионизации. Применение эффекта Явление термической ионизации газов используется в основном как инструмент в спектроскопических исследованиях, а также пирометрических методиках измерения температуры. Литература  1. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.- С.90, 460.
2. Новый политехнический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.- С.20, 231, 460. |