|
|
с. 506; 4), М у р :i и к Л. С., С а р ы ч е в а Л. П., Космические лучи и их взаимодеистние, М., 1988; 5) Beer А. и др.,
Th? central calorimeter of the UA 2 experiment at the CKB.N pp c»l-lider, «Niicl. Instr. and Meth. in Physics Research», 1(J84, v. A224, p. ,'J60; 6) Fab Jan C. W., L u n d 1 a m Т., Calorimetry in high-energy physics, «Ann. Rev. Nucl. Part. Sci.», 1982, v. 32, p. ,495; 7) A 1 b г о w M. G., Issues of caloriinetry, «Nunl. Phys.», J9S7, v. A 461, p. 417, В, С. Мурзип.
ИОНИЗАЦИОННЫЙ ПОТЕНЦИАЛ ≈ энергия исши-зации, дел╦нная на величину заряда электрона е, И. п. равен ускоряющей разности потенциал он V, к-рую нужно приложить, чтобы сообщить электрону энергию eV, 'достаточную для ионизации атома (или молекулы) при их соударении. Значения И. п, для нейтрального атома и его ионов различны. Чаще всего под значением И, п. понимают И. п. нейтрального атома из осп. состояния. См. Энергия ионизации. ИОНИЗАЦИЯ'≈ превращение электрически нейтральных атомных частиц (атомов, молоку;]) в результате удаления из них одного или неск. электронов в положит, ионы и свободные электроны. Ионизовываться могут также и ионы, что приводит к повышению кратности их1 заряда. (Нейтральные атомы и молекулы могут в особых случаях и присоединять электроны, образуя отрицательные ионы.) Термином «И.» обозначают как элементарны и акт (И. атома, молекулы), так и совокупность множества таких актов (И. газа, жидкости). Оси, механизмами И. являются следующие: стбякновнтельнал И. (соударения с электронами, ионами, атомами); И. светом {ф о т о п о п и-8 а ц и я); ионизация полем; И. при взаимодействии с поверхностью твердого тела (поверхностная ионизация}: ниже рассматриваются порпые два типа И.
Столкновитольная ионизация является важнейшим механизмом И, в газах и плазме. Элементарный акт И, характеризуется эфф. сечением ионизации а,- [см2], зависящим от сорта сталкивающихся частиц, их кнан-товых состояний и скорости относительного движения. При анализе кинетики И. используются понятия скорости И. Оо7(и)>, характеризующей число иоии-зацнй, к-рое моа\ет" произвести одна ионизующая аа-стнца в 1 с:
<u<Ji (t?)> ≈ \ vF (v) 07 (v) dv [CM:VC].
Здесь v ≈ скорость относит, движении п F(r) ≈ ф-ция распределения по скоростям ионизующих частиц. Вероятность ионизации 10f данного атома (молекулы) в единицу времени прц плотности N числа ионизующих частиц связана со скоростью И. соотношением
Определяющую роль в ra;iax и плазме играет И. электронным ударом (столкновения со сво-
Ряс. 1- Ионизация атомов и молекул водорода электронным ударом; 1 ≈атомы II; 2 ≈ молекулы Н2 (эк-спсри ментальные кривые); 3 ≈ атомы Н (теоретический расч╦т, п ри блинке ни е Вориа); ∙/ ≈ расч╦т [21.
*м
X о чэ I сэ
tT
о>
У О)
1,0
0,8 0,6
ОЛ 0,2
I
I
50 100 200 Эчергия электронов (зВ)
300
бодиьши плоктропами). Доминирующим процессом является одноэлектринпая И.≈ удаление из атома одного (обычно впепг.) электрона. Кииетич. энергия ионизующего электрона при этом должна быть больше или раина энергии связи электрона в атоме. Мин. значение кинетич. энергии ионинующего электрона паз. порогом (границей) ионизации. Сечение И. атомов, молекул и ионов электронным ударом равно пулю в пороге, возрастает (приблизительно ко линейному закону) с ростом кинетич, энергии, достигает макс, значения при энергиях, равных нескольким (2≈5) пороговым значе-
ниям, а затем уоываст с дальнейшим рог.том кинетич. энергии. Положение и величина макс, сечения зависят от рода атома. На рис. 1 приведены иопизац. кривые (зависимости сечения И. от энергии) для атома и молекулы водорода. Б случае сложных (многоэлектронных) BTOMOD и молекул возможно наличие неск, максимумов в зависимости сечения от энергии. Появление дополнит, максимумов сечения в области энергий столкновения меадду порогом ионизации и энергией, соответствующей осн. максимуму, связано обычно с интерференцией прямой И. с возбуждением одного из дискретных состояний (и последующей И. последнего) и одном и том же акте столкновения. Па рис. 2 виден такой дополнит, максимум на нач. части иониаац. кривой для Zn. Дополнит, максимумы в области энергий, превы-∙шающих значение, соответствующее осп. максимуму сечения, объясняются возбуждением авти-иопизационпых состояний либо И. внутр. оболочек атома. Последние процессы можно рассматривать
is: л
10,0 11,0 12,0 13,0
энергия электронов (эВ)
Рис. "2. Ионизация атомов Zn электронный ударам вСлнуи порог;;.
независимо, поскольку их
вклад в И. связан с др. электронными оболочками атома.
Наряду с одноэлектронной И. возможно удаление двух и более электронов в одном акте столкновения при условии, что кинетич. энергия больше пли раниа соответствующий энергии И. Сечение этих процессов в песк. раз (для двух- и трСхялектротшых) HJ'H на песк. порядков величины {для мпогоэлоктроппых процессов) меньше сечений одкозлсктроипон И. Поэтому и кинетике И. газов и плазмы осн. роль играют процессы одноэлектронной И. и одпоэлектрошюго иозбуждопия автоно-нйзац, состояний.
Сечение И. атома или иона электродным ударом может быть представлено в виде:
└-└а'/'лу-?' ф(и), (2)
V б ∙ / Z' ≈ 1 ''' V' \ I /
,-8
где а0≈0,529-10~8 см ≈ Бора радиус; /?~13,б э-В ≈ ∙ т. п. ридбиргова единица энергии, раниая энергии И. атома водорода из осн. состояния (см. Ридберга постоянная); £} ≈ унергих И. риссматрмнасмого состояния атома или иона; щ ≈ число эквивалентных электронов в оболочке атома; / ≈ значение орбитального момента нач. состояния электрона; величина и = = (f-≈8j}j£i есть разность кинетич. энергии налетающего электрона £ и порога ионизации £/, выраженная в единицах £/. Ф-ции Ф (и) вычислены и табулированы для большого количества атомов и ионов в [31. При больших энергиях налетающего электрона £>£( применяется визмущений теория, первого порядка (т. н. борпоеское приближение), В УТОМ случае для И. атома водорода из осн. состояния ф-ция
/TI /,.% _ 0,й70 п_ it-i-1 , ,qi
, и > 1. (и)
u-i'i (1,012 7
и средних энергии
В областях малых и средних энергий налетающего электрона (u^l) важнейшим эффектом, влияющим па величину от,-, является эффект обмена, связанный с тождественностью налетающего и выбитого из атома электронов [2]. Расч╦т о/ одноэлектронной И. в рамках теории возмущений с уч╦том эффекта обмена приводит к удовлетворит, согласию с экспериментом для большинства атомов и ионов [2-=-4],
Усовершенствование (и усложнение) методов расч╦та позволяет описать детальную структуру ионизац. кривых, а также распределение освободившихся электронов по энергии и углу рассеяния (т. я. диффереиц. сечения).
X
О
193
Физическая энциклопедия, т. 2
