Ионизация (или ионизация ) — это процесс, посредством которого атом или молекула приобретает отрицательный или положительный заряд путем приобретения или потери электронов , часто в сочетании с другими химическими изменениями. Образующийся электрически заряженный атом или молекула называется ионом . Ионизация может возникнуть в результате потери электрона после столкновений с субатомными частицами , столкновений с другими атомами, молекулами и ионами или в результате взаимодействия с электромагнитным излучением . Гетеролитический разрыв связи и реакции гетеролитического замещения.может привести к образованию ионных пар. Ионизация может происходить в результате радиоактивного распада в результате процесса внутренней конверсии , при котором возбужденное ядро передает свою энергию одному из электронов внутренней оболочки, вызывая его выброс.
Повседневные примеры ионизации газа - это люминесцентная лампа или другие электроразрядные лампы. Он также используется в детекторах радиации, таких как счетчик Гейгера-Мюллера или ионизационная камера . Процесс ионизации широко используется в разнообразном оборудовании в фундаментальной науке (например, масс-спектрометрии ) и в промышленности (например, лучевой терапии ). Его также широко используют для очистки воздуха, хотя исследования показали вредные последствия этого применения. [1] [2]
Отрицательно заряженные ионы образуются, когда свободный электрон сталкивается с атомом и впоследствии захватывается внутри электрического потенциального барьера, высвобождая избыточную энергию. Этот процесс известен как ионизация с захватом электронов .
Положительно заряженные ионы образуются путем передачи определенного количества энергии связанному электрону при столкновении с заряженными частицами (например, ионами, электронами или позитронами) или с фотонами. Пороговое количество необходимой энергии известно как потенциал ионизации . Изучение таких столкновений имеет фундаментальное значение в связи с проблемой малого числа тел , которая является одной из крупнейших нерешённых проблем физики. Кинематически полные эксперименты , [3] т.е. эксперименты, в которых определяется полный вектор импульса всех фрагментов столкновения (рассеянного снаряда, отлетающего иона-мишени и выброшенного электрона), внесли большой вклад в теоретическое понимание немногих -проблемы с телом в последние годы.
Адиабатическая ионизация — это форма ионизации, при которой электрон удаляется или добавляется к атому или молекуле в его самом низкоэнергетическом состоянии с образованием иона в его самом низкоэнергетическом состоянии. [4]
Разряд Таунсенда является хорошим примером создания положительных ионов и свободных электронов в результате ионного удара. Это каскадная реакция, в которой участвуют электроны в области с достаточно сильным электрическим полем в газообразной среде, которая может быть ионизирована, например, в воздухе . После первоначального события ионизации, например, из-за ионизирующего излучения, положительный ион дрейфует к катоду , а свободный электрон дрейфует к аноду .устройства. Если электрическое поле достаточно сильное, свободный электрон получает достаточную энергию, чтобы освободить следующий электрон при следующем столкновении с другой молекулой. Затем два свободных электрона движутся к аноду и получают от электрического поля достаточную энергию, чтобы вызвать ударную ионизацию при следующих столкновениях; и так далее. По сути, это цепная реакция генерации электронов, которая зависит от того, набирают ли свободные электроны достаточную энергию между столкновениями, чтобы поддерживать лавину. [5]