Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Виды ионизации




Читайте также:
  1. Влияние аэроионизации на человека и производственную среду
  2. Источники ионизации.
  3. Энергий (потенциалов) ионизации
  4. Энергия ионизации
  5. Энергия ионизации и сродство к электрону.

Различают объемную и поверхностную ионизации. Объемная ионизация — образование заряженных частиц в объеме газа между электродами. Поверхностная ионизация — излучение (эмиссия) заряженных частиц с поверхности электродов.

Объемная ионизация подразделяется:

1) ударная ионизация;

2) ступенчатая ионизация;

3) фотоионизация;

4) термоионизация.

Ударная ионизация — соударение электрона с нейтральным атомом или молекулой. Если к промежутку между электродами в газе приложено напряжение, то заряженные частицы кроме тепловой скоро­сти приобретают под действием электрического поля направленную скорость

 

, (1.8)

 

где

V — скорость, см / с;

k — коэффициент пропорциональности, получивший название "под­вижность" — скорость дрейфа заряженной частицы в электрическом поле с Е = 1 В / см, [см2 / (В с) — размерность подвижности k]:

 

— подвижность электронов;

 

— подвижность ионов;

 

Е — напряженность внешнего электрического поля, В / см.

 

При этом кинетическая энергия частиц может быть сущест­венно больше тепловой энергии и достаточной для осуществления ударной ионизации нейтральных частиц. Условие ионизации может быть записано в виде:

 

, (1.9)

 

где

m — эффективная масса заряженной частицы, кг ( = 9,1 10-31 кг — эффективная масса электрона; = 1,7 10-27 кг — эффективная масса протона);

V — скорость движения заряженной частицы, м / с;

WH — энергия ионизации нейтрального атома или молекулы, эВ.

Так как скорость электронов значительно больше скорости ио­нов, то ударная ионизация ионами малоэффективна и определяющей является ударная ионизация электронами.

На рис. 1.3, а приведена схема ударной ионизации электроном. Условием ударной ионизации электроном является:

 

,

 

где

m1 — масса электрона;

V1 — скорость электрона;

— энергия ионизации молекулы (атома).

Ступенчатая ионизация происходит тогда, когда энергия пер­вого воздействующего на нейтральный атом или молекулу электрона приводит атом только в возбужденное состояние, т. е. энергия электрона недостаточна для ионизации. Воздействие второго электрона на возбу­жденный атом или молекулу приводит к ионизации. Время между воз­действием первого и второго электронов должно быть не более времени нахождения нейтрального атома или молекулы в возбужденном состоя­нии. На рис. 1.3, б, приведена схема ступенчатой ионизации. Условием ступенчатой ионизации является:



 

,

 

где

m1 — масса электрона;

V1, V3 — скорости электронов;

— энергия ионизации молекулы (атома).

Для осуществления фотоионизации в объеме газа энергия фо­тонов, излучаемая возбужденными атомами или молекулами, должна быть больше энергии ионизации при поглощении фотона нейтральным атомом или молекулой. Этот процесс успешно осуществляется в смеси газов (воздух). При фотоионизации возможна и ступенчатая ионизация. На рис. 1.3, в, показана схема фотоионизации.

Условием фотоионизации является

 

,

 

где

h — постоянная Планка,

собственная частота фотона.

Рис. 1.3. Схемы объемной ионизации газа: а) ударная ионизация, б) ступенчатая ионизация, в) фотоионизация; е — элементарный заряд электрона (е=1,6 10-19 Кл), m — масса заряженной частицы

Термоионизация обусловлена тепловым может происходить в результате следующих актов:



1) освобождение электрона при соударениях между атомами молекулами при высоких температурах;

2) фотоионизация нейтральных атомов и молекул, возбужден­ных в результате теплового взаимодействия при высоких температурах;

3) ионизация при столкновении электрона с нейтральным ато­мом или молекулой при высоких температурах.

В газе при тепловом движении происходит диссоциация моле­кул раньше, чем произойдет ионизация, т. к. энергия диссоциации меньше, чем энергия ионизации. В табл. 1.2 в качестве примера приве­дены энергия диссоциации и ионизации для некоторых газов.

 

 

Таблица 1.2 Энергии диссоциации и ионизации.

 

Молекула Энергия диссоциации, эВ Атом Энергия ионизации, эВ
O2 5,17 O 13,6
N2 9,77 N 14,5

Поверхностная ионизация (эмиссия электронов) осуществля­ется за счет:

1) бомбардировки поверхности катода положительными иона-
ми — вторичная электронная эмиссия (схема приведена на рис. 1.4 а);
условие для выхода электрона с поверхности:

 

,

 

где

— масса иона;

— скорость иона;

— энергия выхода электрона.

2) лучистой энергии, облучающей катод, — ультрафиолетовый
свет, рентген, излучения возбужденных атомов и молекул в объеме газа
между электродами — фотоэмиссия (схема приведена на рис. 1.4, б);
при этом, условие для выхода электрона с поверхности:

hv> ,

где

h — постоянная Планка,

собственная частота фотона;

— энергия выхода электрона.

3) нагрева поверхности катода — термоэлектронная эмиссия (схема приведена на рис. 1.4, в);

4) энергии внешнего электрического поля — автоэлектронная или холодная эмиссия (схема приведена на рис. 1.4, г) возможна при на­пряженности электрического поля более 3 102 кВ / см.



Для реализации поверхностной ионизации необходимо, чтобы энергия воздействия была больше энергии выхода электрона из катода . Энергия ниже энергии объемной ионизации газа примерно в 2 раза и более и зависит от материала электрода. Для медных и сталь­ных электродов в воздухе работа выхода составляет = 4,5 эВ (срав­ни с табл. 1.2).

 

Рис. 1.4. Схемы поверхностной ионизации: а) ионизация ионом, б) ио­низация квантом света, в) термоионизация, г) автоэлектронная ионизация


Дата добавления: 2014-12-23; просмотров: 540; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.019 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты