Ионизация. Потенциал ионизации

Электрическое поле дуги напряженностью Е сообщает за 1с энергию электронам в 1м³ столба. Возможны два вида соударений: упругие и не упругие.

.

Электрон, который медленно движется, близко подходит к атому, легко отражается и атомное электронное облако претерпевает лишь небольшое возмущение. Такое соударение называется упругим. Результатом упругих соударений электронов с тяжелыми частицами будет увеличение кинетической энергии и повышение температуры, изменение потенциальной энергии здесь не происходит.

При неупругих соударениях частицы передают свою энергию в виде энергии диссоциации, энергии возбуждении, либо энергии ионизации. При этом электрон нейтрального атома переходит с более низкого уровня на высокий. Потенциальная энергия атома растет, атом возбуждается, либо ионизируется.

Ионизация – это удаление электрона из свободного атома или молекулы в газе. (Только неупругие столкновения приводят к ионизации). Энергия, которая должна быть сообщена электрону для его ионизации, называют потенциалом ионизации.

- [эВ].

Условие неупругого столкновения

.

Атом К Na Fe H O He

- [эВ] 4,3 5,11 7,83 13,53 13,56 24,5

Энергия, необходимая для начала ионизации газов и паров, находиться в дуговом промежутке, полученном в результате неупругих соударений атомов и молекул этих газов с электронами, иммитируемыми с поверхности катода.

.

Два медленных электрона будут обладать маленькой энергией и вновь начнут ускоряться электрическим полем.

Дополнительный потенциал дугового промежутка происходит за счет термической ионизации и фотоионизации.

Термическая ионизация

Термическая ионизация протекает при высоких температурах за счет неупругих столкновений частиц газа, имеющих большую кинетическую энергию. Повышение температуры газа обозначает увеличение скорости и энергии частиц. При высоких температурах энергия становиться настолько большой, что частицы начинают сталкиваться друг с другом.

Термическую ионизацию могут вызывать нейтральные атомы, молекулы и заряженные частицы.

Фотоионизация

Атомы и молекулы могут ионизироваться путем поглощения квантов световой энергии, такие кванты световой энергии могут появиться в дуге за счет рекомбинации других сильно возбужденных атомов.

Условия фотоионизации:

, эВс

.

м.

Деионизация

В любой точке стационарного разряда концентрация заряженных частиц любого типа определяется равенством скоростей образования и потерь частиц в этой точке. Ионизация в плазме приводит к разделению зарядов, но электрическое притяжение ограничивает степень возможного разделения и плазма остается квазинейтральной. Вместе с ионизацией идут уравновешивающие процессы деионизации. К ним относятся процессы рекомбинации заряженных частиц в нейтральные, захват электронов (прилипание), дрейфпроводимости и диффузионные процессы.

Рекомбинация

Скорость рекомбинации электронов, ионов и нейтральных частиц при их концентрации , , в 1м³ газа определяется коэффициент рекомбинации

.

Коэффициент зависит от плотности частиц, от типа частиц и времени их жизни.

Проводимость газового промежутка определяют электроны, как самые высоко проводимые частицы. Захват атомами электронов (прилипание) может быть как обратимым процессом, так и необратимым.

1. - обратимый;

2. необратимые, так как .