Ионизация газа

Ионизация газа - отщепление от атомов и молекул электронов под действием электрического поля или температуры. Атомы и молекулы газа представляют собой устойчивые системы электрически заряженных частиц. Поэтому для отделения электрона надо совершить работу по преодолению сил взаимного притяжения (работа ионизации - A_и). Она характеризуется потенциалом ионизации φ_п или разностью потенциалов U_п между двумя точками при движении электрона в электрическом поле, на котором энергия его увеличивается до значения работы ионизации: A_и=U_пe. Для ионизации газа необходимо, чтобы кинетическая энергия электрона была равна или больше работы ионизации, т. е. mV²_max/2≥A_и=U_пe. Если она меньше, то происходит переход одного из электронов на более высокий неустойчивый энергетический уровень. Через короткое время (около 10^-8 с) электрон возвращается на прежний энергетический уровень, выделяя при этом избыточную энергию в виде светового излучения (квант света). Таким образом, возникает свечение газа. Атомы газа, которые могут находиться в возбужденном состоянии более продолжительное время, называются метастабильными. Для возбуждения их необходима энергия, определяемая потенциалом возбуждения. Соударение свободного электрона с возбужденным атомом может привести к ионизации, которая называется ступенчатой и для которой нужна меньшая кинетическая энергия свободного электрона. Газ в обычных условиях является хорошим диэлектриком, так как содержит ничтожное количество свободных электронов и ионов. Наблюдающаяся проводимость газа обусловлена постоянной ионизацией его лучами радиоактивных веществ, содержащихся в земной коре и атмосфере, а также космическими лучами. При непрерывной ионизации газа с постоянной интенсивностью происходит не только расщепление молекул на электроны и положительные ионы, но и образование отрицательных ионов в результате соединения свободных электронов с нейтральными атомами. Одновременно идет процесс воссоединения (рекомбинация) некоторой части ионов с электронами с образованием нейтральных молекул. Число ионов и свободных электронов в единице объема газа остается постоянным.