|
|
§
Указанная выше скорость И. (1) в предположении максвслловского распределения электронов но скоростям может быть представлена в виде
"
, [см»/с] (4)
где р ≈ £///? 7\ Т ≈ темп-pa ионизующих электронов. Ф-цдп G(fi) вычислены и табулированы в [3] для большого числа атомов и ионов. Как видно из формул (2)
и (4), с повышением заряда иода Z (<£/cx>Z2) сочение И. убывает пропорц. Z~4, а скорость H.cv)Z~8.
С повышением энергии налетающего электрона энергетически возможно выбивание одного из электронов
Энергия протонов (кзБ)
Рис. 3. Иошиацил атома водорода протонами: J ≈ экспериментальные данные; £ ≈ расч╦т в при или жен и и Борна; з ≈ расч╦т L7].
- оО
внутр. оболочек (К, L, . . .} мпогоэлектрошшх атомов (или ионов). Соответствующие сечения и скорости И. описываются также ф-лами (2) и (4). Однако создание вакансии во внутр. оболочке приводит к образованию автоионизац. состояния атома, к-рое неустойчиво я распадается с удалением из атома одного или неск, эликтронов и излучением фотонов (оже-эффект]. Но сечения этого процесса много меньше сечения И. внеш. оболочки, поэтому в плазме доминирующим механизмом образования многозарядных ионов является и о-слсдователь-н а я И. внеш. оболочек.
В плотных газах н при высокоинтен-спвпых потоках бомбардирующи х частиц, обладающих кннетич. энергией <<?,-, возможна т. н. ступенчатая И. В первом соударении атомы переводятся h возбужденно? состояние, а во втором соударении ионизуются (двухступенчатая И.). Ступенчатая И. возможна только в случаях столь Чистых соударений, что частица в промежутке между
° го
л
ffl
a
10
- ON : *N
- AN
10 40 100
Энергия ионизующих частиц (изВ), деленная на их атомный вес
Рив, 4, Экспериментальные данные по ионизации атомов во-430 дорода многозарядными ионами углерода, азота и кислорода [9J.
194
.двумя соударениями не успевает поторлть (излучить) энергию, напр. если атомы ионизуемого вещества обладают метастабилъпыми состояниями.
Ионизация молекул электронным ударом отличается от И. атомов большим числом разл. процессов. Если молекулярная система, остающаяся после удаления электрона, оказывается устой-
образуется молекулярный ион; в противном случае система диссоциирует с образованием атомных ионов. Число возможных процессов И. с диссоциацией, молекул возрастает с увеличением числа атомов в молекуле и в случае многоатомных молекул приводит к образованию большого числа осколочных ионов. Наиб, детально экспериментально и теоретически научена И. двухатомных молекул. Из рис. 1 видно, что при больших энергиях электрона (в области борновского приближения) ионизац. кривые для молекулы И,2 (2) и для атома Н (1) отличаются примерно в два раза, что соответствует различию в числе электронов.
Ионизация атомов в с т о л к и о в е-н и я х с и о н а м и и др. атомами эффективна при кпнетпч. энергии сталкивающихся частиц ~100 эВ и выше. При меньших энергиях сечении крайне малы и в области порога И. (£ ≈ £/) экспериментально не наблюдались. Сечения И. атомов протонами (рис. 3} и др. попами (рис. 4) качественно подобны сечениям И. электронным ударом в масштабе скоростей относит. дтшжепия сталкивающихся частиц. И. максимально эффективна, когда скорость относит, движения порядка скорости орбитальных электронов, т. е. при энергиях ионизующих ионов в десятки кэВ (для И, из осн. состояния атомов). Эксперимент и расч╦т показывают,
атома ионами раст╦т
что макс, значение сечения И с ростом заряда иона пропорц. величине заряда. При мень^ ших скоростях механизм И. усложн╦н образованием квазимолекулы в процессе столк-нонения, т. е. перераспределением электронов между ядрами сталкивающихся атомных частиц. Это может приводить к появлению дополнительных максимумов в области малых скоростей.
Рис, 5. Ионизация молекулярного водорода атомами водорода (кривая 1} и протонами (нрпиан 2).
Энергия ионизующих частиц
(кзВ) 10 20 40 8G ЮО 150
и чэ
т
О
О)
OJ CJ
012 4 В Скорость ионизующих частиц
{10я см/с)
И. атомов и молекул в столкновениях с нейтральными атомами объясняется теми же механизмами, что и в столкновениях с ионами, однако, как правило, количественно менее эффективна. На рис. 5 приведены для сравнения иопизац. кривые для ионизации молекулярного водорода атомами водорода и протонами. 1
При взаимодействии атомных частиц электроны могут удаляться не только из частиц-мишеней, но н из бомбардирующих частиц (явление «обдирки» быстрых ионов или атомов при прохождении через газ или плазму). Налетающие положит, ионы могут также захватывать электроны от ионизуемых частиц ≈ т. и. перезарядка иолов.
«Квазимолекуллрнын» характер процессов столкновений атомных частиц при малых скоростях может приводить к более эффективному, чем в электронных столкновениях (при тех же скоростях), образованию ионов С зарядом больше единицы.
Сечения ионизац, столкиовит. процессов экспериментально исследуются в скрещенных пучках с использованием техники совпадений. Такой метод является наиб, точным и да╦т детальную картину величин диф-форепц. и полных сечений и их зависимостей от физ. параметров. Скорости И. могут быть с хорошей точностью получены спектроскопич. методом при исследовании излучения хорошо диагностированной плазмы (см. Диагностика плазмы). При этом необходимо иметь над╦жные данные о темп-ре (ф-ции распределения) частиц и их плотности. Этот метод успешно применяется для исследования И. многозарядных (Z^IO) ионов электронным ударом.
