Процессы ионизации в газах

В газах атомы обычно связаны в молекулы. При отрыве одного электрона от нейтральной молекулы возникают независимые друг от друга положительный ион и свободный электрон. Процесс отрыва электрона от молекулы или атома называется ионизацией. Для ионизации молекулы требуется затратить энергию, называемую энергией ионизации. Энергию ионизации (W_u) принято измерять в электрон-вольтах (эВ). Один эВ равен кинетической энергии, которую приобретает электрон при свободном движении между двумя точками с разностью потенциалов в 1 В. Энергия ионизации является постоянной величиной и для большинства различных газов изменяется в пределах 4÷25 эВ. Наибольшие значения W_u имеют инертные газы, наименьшие - щелочные газы.

Условие, определяющее возможность ионизации:

W ³ W_u,

где W - энергия, воздействующая на атом или молекулу.

Процесс захвата свободного электрона положительным ионом, т.е. процесс обратный ионизации, называется рекомбинацией. При рекомбинации возникает нейтральная молекула и высвобождается энергия в виде излучения фотона.

Пробой газа является следствием развития процессов ударной ионизации и фотоионизации.

Ударная ионизация представляет собой расщепление молекулы при столкновении с ней электрона, ускоренного электрическим полем (Рис. 5.2, а). Кинетическая энергия электрона, разгоняемого электрическим полем, может быть выражена уравнением

W_e = E·q·λ,

q - заряд электрона;

λ - путь, пройденный электроном от предыдущего столкновения.

Рис. 5.2. Схема ионизации молекулы:
а) ударной, б) фотоионизации

Тогда условие ударной ионизации можно представить в виде

W_е ³ W_u.

Фотоионизация представляет собой расщепление молекулы под действием поглощенной энергии фотона, т.е. энергии излучения (Рис. 5.2, б).

Условие фотоионизации имеет вид

h∙υ ³ W_u,

где h - постоянная Планка; υ - частота излучения.

При пробое газов источником излучения фотонов может служить рекомбинация, а также переход молекул из возбужденного состояния в нормальное.