3.1.11. Энергия ионизации

Энергия ионизации зависит от заряда ядра и от порядкового номера электронной оболочки атома; она пропорциональна квадрату атомного номера и обратно пропорциональна порядковому номеру оболочки.

Если энергия, подведенная к атому, оказывается меньше той, которая необходима для ионизации, атом может возбудиться, это означает переход одного из электронов на более высокий энергетический уровень, где он пребывает в течение очень короткого времени (порядка 10-7 с). При некоторых условиях атомы ряда элементов (например, Нg, Аr) приобретают метастабильное состояние (длящееся в течение времени порядка 10-2 с). Дальнейший подвод энергии может вызвать ионизацию.

Процесс ионизации молекулярных газов состоит в диссоциации молекул (диссоциационная ионизация) и ионизации атомов.

При этом могут возникнуть комбинации молекул с ионизированными атомами и т. п.

Склонность газов к ионизации определяется коэффициентом относительной ионизации xи, т. е. количеством пар ион — электрон, созданных одним электроном на пути 1 см в данном газе при давлении 1 Тор и температуре Т0 К. Коэффициент ионизации хи зависит от скорости движения электрона, а следовательно, от ускоряющего напряжения

Ход этой зависимости для некоторых газов при температуре Т0 = 273 К представлен на фиг. 3.9. Максимальные значения хи,макс соответствуют оптимальным потенциалам ионизации Uопт, заключающимся между 70 и 170 В. При дальнейшем росте напряжения заметно снижение коэффициента ионизации. Кривые фиг. 3 9 в области напряжений, не превышающих 200 В, могут быть аппроксимированы эмпирической формулой

Где ξ зависит от температуры газа Т:

Здесь а, с, Uи, и Uв — величины, постоянные для данного газа (табл. 3 4). Из уравнения (3.7) можно найти оптимальное значение и (значение, для которого хи= хи,макс)•

С целью повышения коэффициента ионизации часто используется магнитное поле (напряженностью порядка долей теслы), перпендикулярное полю электрическому. При этом электроны движутся по винтовым линиям, вследствие чего длина их пути в газе возрастает и увеличивается число соударений с частицами газа.