Jonizacja termiczna - zjawisko
jonizacji
wywołanej ruchem cieplnym i zderzeniami cząsteczek substancji. Termin odnosi się do dwóch zjawisk:
- jonizacji termicznej w gazach, inaczej termojonizacja;
- jonizacji powierzchniowej wywołanej parowaniem jonów.
Jonizacja termiczna w gazach
Jonizacja termiczna w gazach to
jonizacja
spowodowana zderzeniem
cząsteczek
. Zachodzi ona wówczas, gdy łączna
energia
obu cząsteczek jest co najmniej równa
energii jonizacji
.
Prawdopodobieństwo
zajścia tego rodzaju jonizacji zależy silnie od
temperatury
. Zgodnie z
teorią kinetyczną gazów
, rozkład
Maxwella
określa prawdopodobieństwo, że cząsteczka będzie miała określoną
prędkość
, a zatem i
energię kinetyczną
. Rozkład ten jest asymetryczny, silnie wydłużony w kierunku większych energii. Wynika stąd, że w dowolnej temperaturze istnieje niezerowe prawdopodobieństwo znalezienia cząsteczek o takich energiach, że cząsteczki te będą zdolne do jonizacji. Dlatego w gazie, nawet całkowicie odizolowanym od promieniowania jonizującego, zawsze istnieje pewna ilość
jonów
. Prawdopodobieństwo zajścia jonizacji termicznej rośnie wraz z temperaturą, a w temperaturze rzędu milionów
kelwinów
zbliża się do wartości 1. Gaz osiąga wówczas stan
plazmy
, czyli całkowitej jonizacji. Jest to tak zwana gorąca plazma. Znaczący wkład jonizacji termicznej do jonizacji całkowitej zaczyna pojawić się temperaturze rzędu tysięcy kelwinów. Na przykład w temperaturze 2500 K liczba cząsteczek o energii kinetycznej 10
eV
wynosi ok 5%. Taka energia, dodana do energii drugiej cząsteczki, wystarcza do jonizacji atomów większości substancji (zobacz wykres w
Energia jonizacji
).
Jonizacja termiczna jest istotnym mechanizmem jonizacji zachodzącym w atmosferach gwiazd (również Słońca).
Zależność stopnia jonizacji od temperatury, gęstości, gazu i energii jonizacji podaje równanie Saha.
Jonizacja powierzchniowa
Termiczna jonizacja powierzchniowa jest to zjawisko jonizacji zachodzącej na powierzchni parującego materiału. Jest ona wykorzystywana w spektroskopii masowej. Próbka umieszczana jest w łódce wykonanej z trudnotopliwego metalu. Po przepuszczeniu prądu przez łódkę, badany materiał nagrzewa się i odparowuje. Część parujących atomów ulega przy tym jonizacji, co umożliwia ich badanie w polu elektrycznym. Wydajność tego procesu określa wzór na liczbę jonów
gdzie
- N0 - liczba wszystkich atomów odparowywanej substancji
- W - praca wyjścia;
- Ej - energia jonizacji;
- T - temperatura;
- k - stała Boltzmana.
Zobacz też
Źródła
Ilustrowana encyklopedia dla wszystkich. Fizyka, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1991, wyd.3,