Jonizacja termiczna - zjawisko jonizacji wywołanej ruchem cieplnym i zderzeniami cząsteczek substancji. Termin odnosi się do dwóch zjawisk:

1. jonizacji termicznej w gazach, inaczej termojonizacja;
2. 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;

E_j - energia jonizacji;

T - temperatura;

k - stała Boltzmana.

Zobacz też

• energia jonizacji
• gaz doskonały
• rozkład Maxwella-Boltzmanna

Źródła

Ilustrowana encyklopedia dla wszystkich. Fizyka, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1991, wyd.3,