Ionizacija atoma može biti direktna, indirektna ili višefotonska. U prvom slučaju, atom ili molekul koji se sudara s fotonom apsorbira njegovu energiju i postaje joniziran. U tom slučaju energija fotona mora biti veća od energije jonizacije. U drugom slučaju, atom, nakon što je apsorbirao energiju fotona, prelazi u pobuđeno stanje. Ako je životni vijek u pobuđenom stanju dovoljno dug, onda kao rezultat naknadnih događaja apsorpcije fotona može doći i do jonizacije atoma. Ovi procesi se mogu napisati na sljedeći način:
gdje označavaju neutralni, pobuđeni i jonizirani atom.
U procesu direktne jonizacije moraju biti zadovoljeni zakoni održanja energije i impulsa:
gdje je jedinični vektor koji određuje početni smjer svjetlosnog snopa, a masa i brzina elektrona, M i V su masa i brzina jona. Elektron odvojen od atoma kreće se u smjeru suprotnom od pozitivnog jona. Imajući ovo na umu
Vrijednost desne strane izraza (28.3) ne može preći jedan; Zbog toga
Prvi od izraza (28.2) može se zapisati kao
To znači da se skoro sva energija kvanta prenosi na elektron.
A. Višefotolna jonizacija
Proces višefotonske ionizacije je od najvećeg interesa. Njegovu teoriju razvili su Bebb i Gold, Phelps, Bunkin i Prokhorov, Keldysh, Delaunay, Gontier i Train, itd. Prema Delaunay-ovoj klasifikaciji, višefotonska ionizacija je u mnogim slučajevima direktan, rezonantni ili višefotonski proces visokog reda. Generalno, energija od nekoliko ili čak 10-20 fotona nije baš jednaka energiji jonizacije. Stoga, interakcija ovih fotona sa atomom ne može biti rezonantna. Vjerovatnoća ionizacije atoma u roku od 1 s proporcionalna je stupnju fotonskog fluksa (gdje je višestrukost procesa jonizacije):
Ovde je rubin laserski snop sa gustinom snage ekvivalentan fluksu fotona.Veličina se naziva efektivni poprečni presek ionizacije reda. Na primjer, energija jonizacije atoma helijuma je 24,58 eV; energija jednog kvanta zračenja iz rubinskog lasera je samo 1,78 eV, stoga samo istovremena apsorpcija 14 kvanta može osigurati ionizaciju atoma helija. U tabeli Slika 28.2 prikazuje energije jonizacije nekih atoma i molekula. Bebb i Gold su izračunali efektivne poprečne preseke za jonizaciju He i H koristeći teoriju perturbacije; ionizacija ovih atoma zahtijeva istovremenu apsorpciju 7, 8, 9, 13 i 14 kvanta rubin laserskog zračenja. Najjednostavnija aproksimacija ovog procesa je uvođenje tranzicije dipolnog tipa i predstavljanje elektrona odvojenog od atoma kao ravni talas. Nemoguće je ovdje predstaviti Bebbovu i Goldovu teoriju zbog njene glomazne prirode. Predstavljamo samo glavne rezultate rada, koji su predstavljeni u obliku tabele. 28.3. Kao što se može vidjeti iz tabele, presjeci višefotonske jonizacije su izuzetno mali. Međutim, treba imati na umu da tok fotona u
Tabela 28.2 (vidi skeniranje) Energije jonizacije nekih atoma i molekula
Tabela 28.3 (vidi skeniranje) Efektivni višefotonski poprečni presjeci jonizacije i granični tok fotona potrebni za iniciranje sloma i izračunati za gustinu gasa i izlaganje zapremine gasa laserskom impulsu od 10 ns
laserski snop može dostići veoma visoke vrednosti. Eksperimentalna verifikacija formule (28.5) je veoma; jednostavno. Ostavljajući duž koordinatnih osa, dobijamo pravu liniju čiji nagib određuje
Proces višefotonske ionizacije može se opisati teorijski i bez pomoći teorije perturbacija itd.). U ovoj metodi, koja se često naziva Reussovom metodom, uzimaju se u obzir samo dva stanja elektrona - početno i konačno stanje. Ako se shvati da je konačno stanje ionizirani atom, što odgovara promjeni energije elektrona od određene vrijednosti do kontinuuma, mogu se izračunati efektivni višefotonski poprečni presjeci jonizacije za mnoge atome slične vodiku. Ovo je olakšalo izračunavanje zavisnosti efektivnih poprečnih preseka od stanja polarizacije svetlosti (i drugih), čiji su rezultati eksperimentalno potvrđeni u radovima Kagana i saradnika, Foksa i saradnika i Cervenanta i Isenora. Teorijski proračuni pokazuju da kada vjerovatnoća jonizacije atoma značajno ovisi o stanju polarizacije svjetlosti. Kada je kružno polarizovana svetlost efikasnija od linearno polarizovane svetlosti. Kada linearno polarizovana svetlost postane efikasnija. Za ilustraciju na sl. Na slici 28.15 prikazan je graf zavisnosti od redosleda procesa (na ).
Kagan i saradnici su uočili jonizaciju cezijumske pare pomoću drugog harmonika rubinskog lasera. Proces je bio dvofotonski. Utvrđeno je da je efikasnost ionizacije kružnim zračenjem
Rice. 28.15. Omjer efektivnih poprečnih presjeka višefotonske jonizacije za zračenje kružne i linearne polarizacije u zavisnosti od broja istovremeno apsorbiranih kvanta zračenja neodimijumskog lasera.
polarizacija je bila nekoliko puta veća nego kod linearno polarizovanog zračenja. Fox i saradnici su ubrzo izvijestili o trofotonskoj ionizaciji atoma cezijuma pomoću rubinskog laserskog snopa, u kojem je kružno polarizirana svjetlost bila dvostruko efikasnija od linearno polarizirane svjetlosti. Osim toga, proračuni bez upotrebe teorije perturbacije pokazali su da ovisnost vjerovatnoće višefotonske ionizacije od fotonskog fluksa može imati maksimume i minimume. Rezonantni efekat igra posebnu ulogu u procesu višefotonske ionizacije. Nastaje kada je ukupna energija nekoliko fotona tačno jednaka energiji elektrona u jednom od pobuđenih stanja. Dakle, proces jonizacije može biti dvostepeni. Prvo, elektron prelazi u pobuđeno stanje, a zatim se potpuno odvaja od atoma. Značajan doprinos istraživanju efekata rezonancije dali su Delaunay et al., Evans i Thonemann, i Held et al.
Nabijene čestice u električnom i magnetskom polju, molekule se prvo moraju ionizirati. Postoji veliki broj metoda jonizacija, sa metodama udara elektrona ili fotona koje se najčešće koriste. Očigledno, kada su u pitanju biomakromolekule...
Vrste jonizacije
Proces jonizacije se odvija različito u zavisnosti od naboja kojim je elektron (pozitivan ili negativan) uključen. Jon postaje pozitivno nabijen kada elektron vezan za atom ili molekulu ima dovoljno energije da prevlada potencijalnu električnu barijeru koja ga je držala i, na taj način, otpusti vezu s atomom ili molekulom. Količina energije koja se troši na ovaj proces naziva se energija ionizacije. Negativno nabijeni ion nastaje kada se slobodni elektron sudari s atomom, a zatim ulazi u energetsko polje, oslobađajući višak energije.
Generalno, jonizacija se može podijeliti u dvije vrste - sekvencijalna jonizacija I nekonzistentna jonizacija. U klasičnoj fizici može se desiti samo sekvencijalna jonizacija. Nedosljedna jonizacija krši neke zakone klasične fizike.
Klasična jonizacija
Sa stanovišta klasične fizike i Borovog modela atoma, atomska i molekularna ionizacija su potpuno determinističke, što znači da se svaki problem može definirati i riješiti proračunima. Prema klasičnoj fizici, potrebno je da energija elektrona premašuje energetsku razliku potencijalne barijere koju pokušava savladati. U ovom konceptu, to je opravdano: kao što osoba ne može preskočiti zid visok 1 metar, a da ne preskoči najmanje 1 metar u visinu, tako ni elektron ne može savladati potencijalnu barijeru od 13,6 eV bez barem iste energije naboja.
Pozitivna jonizacija
Prema ova dva principa, količina energije potrebna za oslobađanje elektrona mora biti veća ili jednaka razlici potencijala između trenutne atomske veze ili molekularne orbitale i orbitale najvišeg nivoa. Ako apsorbirana energija premašuje potencijal, tada se elektron oslobađa i postaje slobodni elektron. U suprotnom, elektron ulazi u pobuđeno stanje sve dok se apsorbirana energija ne rasprši i elektron ne uđe u neutralno stanje.
Negativna jonizacija
Prema ovim principima, a s obzirom na oblik potencijalne barijere, slobodni elektron mora imati energiju koja je veća ili jednaka potencijalnoj barijeri da bi je savladao. Ako slobodni elektron ima dovoljno energije da to učini, ostaje s minimalnim energetskim nabojem, a ostatak energije se raspršuje. Ako elektron nema dovoljno energije da savlada potencijalnu barijeru, može ga pokrenuti elektrostatička sila opisana Coulombovim zakonom u odnosu na potencijalnu energetsku barijeru.
Sekvencijalna jonizacija
Sekvencijalna jonizacija je opis načina na koji dolazi do jonizacije atoma ili molekula. Na primjer, ion sa nabojem od +2 može nastati samo iz jona sa nabojem od +1 ili +3. Odnosno, digitalna oznaka naboja može se mijenjati uzastopno, uvijek se mijenjajući od broja do sljedećeg susjednog broja.
Kvantna jonizacija
U kvantnoj mehanici, pored činjenice da se jonizacija može dogoditi na klasičan način, u kojem elektron ima dovoljno energije da savlada potencijalnu barijeru, postoji mogućnost tunelske jonizacije.
Tunelska jonizacija
Tunelska jonizacija je jonizacija pomoću kvantnog tunela. U klasičnoj ionizaciji, elektron mora imati dovoljno energije da savlada potencijalnu barijeru, ali kvantni tunel omogućava elektronu da se slobodno kreće kroz potencijalnu barijeru zbog valne prirode elektrona. Vjerovatnoća prolaska tunela elektrona kroz barijeru eksponencijalno smanjuje širinu potencijalne barijere. Dakle, elektron sa većim energetskim nabojem može savladati energetsku barijeru, nakon čega se širina tunela smanjuje i povećava šansa da prođe kroz njega.
Nekonzistentna jonizacija
Fenomen nekonzistentne jonizacije nastaje kada svjetlosno električno polje postane promjenjivo i kombinira se s tunelskom jonizacijom. Elektron koji prolazi kroz tunel može se vratiti nazad pomoću naizmjeničnog polja. U ovoj fazi, može se ili spojiti s atomom ili molekulom i osloboditi višak energije, ili ući u dalju ionizaciju zbog sudara s česticama s visokim energetskim nabojem. Ova dodatna ionizacija naziva se nedosljednom iz dva razloga:
- Drugi elektron se kreće nasumično.
- Atom ili molekul s nabojem +2 može nastati direktno iz atoma ili molekule s neutralnim nabojem, tako da se naboj izražen kao cijeli broj mijenja nedosledno.
Nesekvencijalna jonizacija se često proučava pri niskim jačinama laserskog polja jer je jonizacija tipično konzistentna pri visokim stopama jonizacije.
Fenomen nekonzistentne ionizacije lakše je razumjeti u jednodimenzionalnom modelu atoma, koji je donedavno bio jedini model koji se mogao razmatrati numerički. Ovo se događa kada ugaoni moment oba elektrona ostane tako nizak da se mogu efikasno kretati u jednodimenzionalnom prostoru i može biti linearna polarizacija, ali ne i kružna. Dva elektrona možete smatrati dvodimenzionalnim atomom, gdje dolazi do simultane jonizacije oba atoma, a to je ionizacija jednog dvodimenzionalnog elektrona, koji se pretvara u mlaz vjerovatnoće pod uglom od 45° na dvodimenzionalni atom. projekcija elektrona, koja proizlazi iz mnogih nabijenih jezgara ili kvadratnog centra. S druge strane, sekvencijalna jonizacija predstavlja emisije sa x i y ose kada dvodimenzionalni hiperelektron prođe kroz kulonove potencijalne kanale iz hiper-jezgara, a zatim uđe u ionizaciju pod uticajem hiperelektričnog polja na ugao od 45°.
Energija jonizacije je glavna karakteristika atoma. To je ono što određuje prirodu i snagu koju je atom sposoban da formira. Od ove karakteristike zavise i redukciona svojstva (jednostavne) supstance.
Koncept “jonizacijske energije” se ponekad zamjenjuje konceptom “prvog jonizacionog potencijala” (I1), što znači najmanju energiju koja je potrebna da bi se elektron udaljio od slobodnog atoma kada je u stanju energije zvanom najniže.
Konkretno, za atom vodika ovo je naziv za energiju koja je potrebna za uklanjanje elektrona iz protona. Za atome sa nekoliko elektrona postoji koncept drugog, trećeg itd. jonizacioni potencijali.
Energija jonizacije je zbir čiji je jedan član energija elektrona, a drugi energija sistema.
U hemiji se energija atoma vodonika označava simbolom „Ea“, a zbir potencijalne energije sistema i energije elektrona može se izraziti formulom: Ea= E+T= -Z.e/ 2.R.
Iz ovog izraza je jasno da je stabilnost sistema direktno povezana sa naelektrisanjem jezgra i rastojanjem između njega i elektrona. Što je ova udaljenost manja, to je jače naelektrisanje jezgra, što jače privlače, što je sistem stabilniji i stabilniji, to se više energije mora potrošiti na prekid ove veze.
Očigledno, stabilnost sistema se može uporediti sa nivoom energije utrošene da se veza uništi: što je energija veća, to je sistem stabilniji.
Energija atomske jonizacije (sila potrebna za prekid veze u atomu vodika) izračunata je eksperimentalno. Danas je njegova vrijednost tačno poznata: 13,6 eV (elektronvolt). Kasnije su naučnici, takođe kroz niz eksperimenata, uspeli da izračunaju energiju potrebnu za prekid veze atom-elektron u sistemima koji se sastoje od jednog elektrona i jezgra sa naelektrisanjem dvostruko većim od naelektrisanja atoma vodonika. Eksperimentalno je utvrđeno da je u ovom slučaju potrebno 54,4 elektron-volta.
Dobro poznati zakoni elektrostatike kažu da je energija ionizacije potrebna za prekid veze između suprotnih naboja (Z i e), pod uslovom da se nalaze na udaljenosti R, fiksirana (određena) sljedećom jednačinom: T=Z.e/ R.
Ova energija je proporcionalna veličini naelektrisanja i, shodno tome, obrnuto je proporcionalna udaljenosti. To je sasvim prirodno: što su naboji jači, to su jače sile koje ih povezuju, to je moćnija sila potrebna da se razbije veza između njih. Isto vrijedi i za udaljenost: što je ona manja, što je jača energija jonizacije, to će se morati primijeniti više sile da se veza uništi.
Ovo rezonovanje objašnjava zašto je sistem atoma s jakim nuklearnim nabojem stabilniji i zahtijeva više energije za uklanjanje elektrona.
Odmah se postavlja pitanje: "Ako je samo dvostruko jača, zašto se energija ionizacije potrebna za uklanjanje elektrona povećava ne dva, već četiri puta? Zašto je jednaka dvostrukom naboju na kvadrat (54,4/13,6 = 4)?".
Ova kontradikcija se može objasniti prilično jednostavno. Ako su naelektrisanja Z i e u sistemu u relativno međusobnom stanju nepokretnosti, tada je energija (T) proporcionalna naelektrisanju Z i ona se proporcionalno povećavaju.
Ali u sistemu u kojem elektron sa nabojem e rotira oko jezgra sa naelektrisanjem Z, a Z raste, radijus rotacije R opada proporcionalno: elektron se privlači u jezgro sa većom silom.
Zaključak je očigledan. Na energiju jonizacije utiče naboj jezgra, udaljenost (radijalno) od jezgra do najviše tačke gustine naelektrisanja spoljašnjeg elektrona; odbojna sila između vanjskih elektrona i mjera prodorne moći elektrona.
Ionizacija atoma
Svaki atom se sastoji od pozitivno nabijenog jezgra, u kojem je koncentrirana gotovo cijela masa atoma, i elektrona koji rotiraju u orbitama oko jezgre i zajedno tvore takozvanu elektronsku ljusku atoma. Vanjski sloj ljuske sadrži elektrone koji su relativno slabo vezani za jezgro. Kada atom bombarduje čestica, na primjer proton, jedan od vanjskih elektrona može se otrgnuti od atoma, a atom se pretvara u pozitivno nabijeni ion (slika 6a). Ovaj proces se naziva jonizacija.
U poluvodičkom kristalu, gdje atomi zauzimaju strogo određene pozicije, kao rezultat jonizacije nastaju slobodni elektroni i pozitivno nabijeni ioni (rupe).
Tako se pojavljuju suvišni parovi elektron-rupa koji ranije nisu bili prisutni u kristalu. Koncentracija takvih neravnotežnih parova može se čak izračunati pomoću formule:
gdje je e naboj elektrona; d - brzina doze (gustina fluksa) zračenja; With - koeficijent konverzije, u zavisnosti od vrste zračenja i njegovog energetskog spektra; f je vijek trajanja manjinskih nosilaca naboja.
Značajno povećanje koncentracije nosilaca naboja remeti funkcionisanje poluvodičkih uređaja, posebno onih koji rade na nevećinskim nosačima.
Jonizacijske struje kroz p-n spoj za vrijeme nuklearne eksplozije mogu dostići velike vrijednosti (10 6 A/cm 2) i dovesti do kvara poluvodičkih uređaja. Da bi se smanjile jonizacijske struje, potrebno je što je više moguće smanjiti dimenzije p-n spojeva.
Rice. A- jonizacija atoma; b - kristalna rešetka prije zračenja; V- formiranje radijacijskog defekta u kristalu; 1 - normalan položaj atoma; 2 - atom je pomeren u intersticijsko mesto; 3 - otvoreno radno mjesto; 4 - bombardirajuća čestica
Formiranje radijacijskih defekata
Kada su poluvodiči izloženi nuklearnom zračenju (neutroni, protoni, gama zraci, itd.), osim ionizacije, koja troši oko 99% energije zračenja, nastaju radijacijski defekti. Defekt radijacije može nastati ako je energija bombardirajuće čestice dovoljna da pomjeri atom sa mjesta u kristalnoj rešetki na međuprostorno mjesto. Na primjer, atom silicija je pomjeren ako primi energiju od približno 15 - 20 eV od čestice koja bombardira. Ova energija se obično naziva energija pomaka praga. Na sl. 6, in Prikazana je najjednostavnija shema za formiranje primarnih radijacijskih defekata u poluvodiču. Dolazna čestica 4, u interakciji s atomom rešetke, pomiče ga u međuprostorno mjesto 2. Kao rezultat, otvara se slobodno mjesto 3. Vakans i međuprostorni atom su najjednostavniji radijacijski defekti ili, kako ih još nazivaju, Frenkelovi parovi. Displaced atom 2 , ako se energija iznad praga prenese na njega, to zauzvrat može uzrokovati sekundarna pomaka. Bombardirajuća čestica također može stvoriti nove pomake. Ovaj proces će se nastaviti sve dok čestica i pomjereni atom ne potroše svu svoju energiju na ionizaciju i pomicanje ili dok ne napuste volumen kristala. Stoga, kada je bombardirana nuklearnom česticom, u kristalu može nastati cijela kaskada atomskih pomaka, narušavajući njegovu strukturu.
Energija koju neutron ili teška nabijena čestica (jon, proton) prenosi na atom rešetke u slučaju čelnog sudara izračunava se na osnovu zakona sudara tvrdih loptica koristeći formulu:
Zakon o očuvanju energije
Zakon održanja impulsa
Od (13)
gdje m - masa neutrona; M - masa jezgra atoma poluprovodnika; E m - energija neutrona. Iz izraza je jasno da što je manja masa jezgra atoma s kojim se neutron sudara, to je veća energija prenijeta ovom atomu.
Prilikom određivanja kinetičke energije atoma trzanja koji nastaju pod utjecajem svjetlosno nabijenih čestica (elektrona, pozitrona), uzimaju se u obzir električni potencijal kristalne rešetke i promjena mase čestice u zavisnosti od njene brzine. Za slučaj zračenja brzim elektronima, izraz ima oblik:
gdje je E max najveća kinetička energija pomaknutog atoma; E uh - kinetička energija elektrona; m - masa mirovanja elektrona; With - brzina svjetlosti; M - masa jezgra atoma poluprovodnika.
Kada se poluvodiči ozrače gama zracima, vjerojatnost nastanka pomaka kao rezultat direktne interakcije gama zraka s atomskim jezgrama je vrlo mala. Pomaci će u ovom slučaju nastati zbog elektrona formiranih u poluvodiču pod utjecajem gama zraka. Shodno tome, pojavu pomaka u poluprovodniku pri zračenju gama zracima treba posmatrati kao sekundarni proces, tj. Prvo se formiraju brzi elektroni, a zatim pod njihovim utjecajem dolazi do atomskih pomaka.
Osim toga, kada su ozračeni česticama visoke energije (neutroni, protoni, elektroni), u poluvodičkim kristalima mogu se formirati i čitave regije radijacijskih poremećaja – neuređene regije. To se događa zato što bombardirajuća čestica, koja ima visoku kinetičku energiju, prenosi značajan dio iste na pomjereni atom, što proizvodi jake poremećaje. Nakon toga, bombardirajuća čestica može čak napustiti kristal i izletjeti iz njega. Pomaknuti atom, koji ima velike geometrijske dimenzije u odnosu na bombardirajuću česticu i, osim toga, električni je nabijen (jon), budući da se tokom pomicanja iz njega uklanjaju neki od valentnih elektrona, neće moći izletjeti iz kristala kao slobodno kao, na primjer, neutron. Ovo je otežano malim udaljenostima između atoma u kristalu i električnog polja. Pomaknuti atom je prisiljen potrošiti svu svoju ogromnu kinetičku energiju u malom volumenu na razbijanje atoma kristalne rešetke. Ovo stvara područje radijacijskih poremećaja, sličnog oblika sferi ili elipsoidu.
Utvrđeno je da za formiranje područja nereda u silicijumu energija trzanja (pomeranja) atoma mora biti veća od 5 KeV. Veličina područja će se povećavati sa povećanjem njegove energije. Prema rezultatima elektronskih mikroskopskih studija, veličine područja poremećaja leže u rasponu od 50 - 500?. Utvrđeno je da je koncentracija nosilaca naboja u neuređenom području višestruko niža nego u neporemećenom području poluvodiča. Kao rezultat, dolazi do kontaktne razlike potencijala na granici neuređenog područja i glavne matrice poluvodiča, a neuređeno područje je okruženo električnom potencijalnom barijerom koja sprječava prijenos nosilaca naboja.
Pomaknuti atomi i područja poremećaja smatraju se primarnim radijacijskim oštećenjem poluvodiča. Njihov broj će se povećavati sa povećanjem protoka bombardujućih čestica. Pri vrlo velikim protokima (više od 10 23 dijelova/cm 2) poluvodič može izgubiti kristalnu strukturu, njegova će se rešetka potpuno srušiti i pretvoriti se u amorfno tijelo.
Broj primarnih raseljenih atoma po jedinici zapremine poluprovodnika može se približno proceniti korišćenjem formule
gdje je F fluks čestica (ukupni); N je broj atoma u 1 cm 3 poluvodiča; y d je poprečni presjek sudara koji uzrokuju atomske pomake.
Poprečni presjek sudara je određena efektivna površina, mjerena u kvadratnim centimetrima, koja karakterizira vjerovatnoću da se čestica, kao što je neutron, sudari sa jezgrom atoma neke supstance. Jezgro je veoma malo u poređenju sa atomom. Stoga je vjerovatnoća da ćete ga pogoditi vrlo mala. Poprečni presjek sudara za neutrone s energijom od 1-10 MeV obično je jednak 10-24 cm 2. Ali pošto 1 cm 3 materije sadrži otprilike 10 23 atoma, sudari se dešavaju prilično često. Dakle, za 10 “pucanja” u 1 cm 3 poluprovodnika dolazi do otprilike jednog sudara (pogotka). U skladu sa gornjom formulom, sa protokom od 10 12 neutrona/cm 2 u 1 cm 3 poluprovodnika, dolazi do oko 10 11 pomeranja atoma, što zauzvrat može izazvati sekundarna pomeranja.
Treba napomenuti da primarni radijacijski defekti (intersticijski atom i praznina) nisu stabilni. Oni stupaju u interakciju jedni s drugima ili s nečistoćama i drugim nesavršenostima prisutnim u kristalu. Tako nastaju složeniji radijacijski defekti, na primjer, za silicijum n-vrsta provodljivosti dopirane fosforom, najtipičniji radijacioni defekti su vakans + atom fosfora (E-centar), vakans + atom kiseonika (A-centar), divakans (spoj dva slobodna mesta). Trenutno je identifikovan veliki broj različitih tipova radijacionih defekata, koji se odlikuju različitom termičkom stabilnošću i sposobnošću da utiču na električna i mehanička svojstva materijala. Defekti zračenja, u zavisnosti od njihove strukture, uzrokuju pojavu čitavog spektra energetskih nivoa u pojasu pojasa poluprovodnika. Ovi nivoi su glavni razlog za promjene svojstava poluprovodnika nakon zračenja.
Vjerovatno se svako ko se barem donekle zanima za egzaktne nauke barem jednom zapitao šta je jonizacija? Ova definicija označava endotermni proces, kao rezultat kojeg se ioni formiraju iz električni neutralnih čestica (atoma, molekula). Pogledajmo detaljnije šta je ovaj proces.
Vrste jonizacije
Ionizacija se može odvijati na različite načine, a ovisno o tome mogu se formirati i pozitivni i negativni ioni. Još od škole su nam na časovima fizike govorili da se svaki elektron drži u blizini svojih vlasnika (atoma) pomoću električne barijere, koja ih sprečava da se rasprše u različitim smjerovima. Zahvaljujući tome, zapravo, postoji i sam molekul.
Međutim, elektron može dobiti dovoljno energije da uništi električnu barijeru i oslobodi se nadzora atoma ili molekula. U tom slučaju ion postaje pozitivan. Suprotno tome, negativni ion nastaje hvatanjem dodatnog elektrona. Sila koja je spomenuta nije ništa drugo do energija jonizacije.
Postoje dvije glavne vrste ovog procesa:
- sekvencijalni (klasični);
- nedosljedno (kvantno).
U ovom slučaju, prvi tip je proces koji se odvija prema poznatim fizičkim zakonima. Kvantna jonizacija može poremetiti neke klasične ideje o fizici.
Po zakonima klasične fizike
Prema zakonima fizike, u klasičnom smislu u odnosu na Bohr atomski model, atomska i molekularna jonizacija su deterministički procesi. Odnosno, svaki problem se može definirati i riješiti proračunima. Drugim riječima, da bi elektron napustio okvire atoma, potrebna mu je energija koja prelazi vrijednost barijere.
Možete napraviti poređenje sa osobom: da bi preskočio zid dug metar, treba da skoči na istu visinu ili čak i više, da bude siguran. Isto važi i za Borov model – elektron neće moći da pobegne a da ne pređe prepreku od 13,6 eV. U najmanju ruku, on mora imati isti naboj energije.
Ali šta je sekvencijalna ionizacija? Njegova suština leži u samom nazivu. Odnosno, vrijednost punjenja se mijenja samo sekvencijalno i ništa drugo. Na primjer, ion može primiti samo naboj od +2 od drugog jona, koji ima ovu vrijednost jednaku +1 ili +3. Drugim riječima, naplata se mijenja na prethodni ili sljedeći susjedni broj.
Pozitivni joni
Prema principu o kojem se gore raspravlja, energija koja bi bila utrošena za oslobađanje elektrona mora biti jednaka ili čak premašiti potencijalnu razliku između trenutne atomske veze (molekularne orbitale) i orbitale najvišeg nivoa.
Apsorbirana energija može biti veća od potencijalne, tada za elektron nema prepreka i on postaje slobodan. U suprotnom, čestica će ostati u pobuđenom stanju sve dok se energija ne rasprši i prijeđe u neutralno stanje.
Negativni joni
Kao što je već poznato iz gore opisanog, da tokom jonizacije takav slobodni elektron mora imati visoku energiju ili, u ekstremnim slučajevima, istu snagu kao i vrijednost barijere da bi ga savladao. A ako ga ima, onda elektron ostaje s minimalnim energetskim nabojem, a sve ostalo se raspršuje. U suprotnom, postaje podložan elektrostatičkoj sili opisanoj Coulombovim zakonom u odnosu na potencijalnu energetsku barijeru.
Kvantni proces
Heinrich Hertz je 1887. godine otkrio da se elektroni mogu izbaciti iz tijela pod utjecajem svjetlosti, što je dovelo do otkrića fotoelektričnog efekta. Međutim, to je bilo u suprotnosti sa talasnom teorijom svetlosti, koja nije u stanju da objasni zakone koji se u njoj dešavaju, kao ni podelu energije u spektru elektromagnetnog zračenja.
13 godina kasnije, drugi teoretski fizičar iz Njemačke, Max Planck, otkrio je da su tijela sposobna ne samo da apsorbuju elektromagnetnu energiju, već je i emituju. Štaviše, to se radi u određenim porcijama ili kvantima. To je donekle objasnilo jonizaciju atoma.
Godine 1905. Albert Ajnštajn je pokušao da iznese hipotezu da objasni kvantnu teoriju. Fotoni, koji se mogu emitovati ili apsorbovati, daju elektronima dovoljno energije da savladaju potencijalnu barijeru. U ovom slučaju govorimo o kvantnoj jonizaciji.
Vazdušno okruženje
Šta je sa jonizacijom vazduha? Kao što znamo, ovo je okruženje koje je neophodno za postojanje cijelog života na zemlji. Štoviše, sadrži razne plinove, od kojih su većina kisik i dušik. Ovisno o geografskom položaju, sastav zraka je različit. Na primjer, na morskoj obali je razrijeđen česticama vode sličnim ljudskoj krvnoj plazmi.
Kao što sada znamo, jonizacija je proces kojim se formiraju pozitivni i negativni joni. Ali šta je jonizacija vazduha? Odgovor slijedi. Vrijedi napomenuti da se ovaj proces odvija pod utjecajem različitih faktora:
- elektromagnetno zračenje;
- električno polje;
- visoke temperature.
U ovom slučaju, sam proces može se odvijati ovisno o prirodi formiranja iona i biti:
- prirodno;
- tehnološki;
- vještački.
Tipično, pozitivni joni su štetni za ljudsko tijelo, jer mogu uzrokovati umor i glavobolju. Takođe, zbog nedovoljne količine kiseonika koji ulazi u krv, puls i disanje su učestali. Negativni joni donose prednosti.
Prednosti jonizovanog vazduha
Kao što mnogi stručnjaci primjećuju, jonizirani zrak ima pozitivan učinak na naš organizam.
Svaki put kada udahnete, opće stanje osobe se poboljšava, što dovodi do pozitivnih efekata:
- nivo performansi se povećava;
- imunitet je ojačan;
- depresija nestaje;
- san se vraća u normalu.
Sada je jasno šta je jonizacija vazduha. Općenito, zahvaljujući ovom procesu, u prostoriji se stvara povoljna mikroklima. Drugi čak vjeruju da je ovo siguran način za postizanje dugovječnosti. Osim toga, ovaj proces vam omogućava da eliminirate duhanski dim, gljivice sa njihovim sporama, kao i druge viruse, mikrobe i uzročnike određenih bolesti.
Prirodni i umjetni jonizatori
Primjer prirodne ionizacije je sama priroda, za koju se koriste biljke. A to su uglavnom crnogorična stabla (bor, smreka). Vazduh se u različito vreme obogaćuje jonima pod uticajem sledećih faktora:
- grmljavine;
- ultraljubičaste zrake;
- na mjestima gdje se voda drobi (vodopadi);
- Rentgensko ili toplotno zračenje.
Sredinom prošlog veka, poznati ruski naučnik A.L. Čiževski je razvio jonizator vazduha za veštačku ionizaciju vazduha. Uz njegovu pomoć rađene su kratke zdravstvene procedure pod strogim nadzorom medicinskog osoblja.
Još jedan od njegovih uređaja zove se luster Chizhevsky, koji je iz nekog razloga pogrešno nazvan lampom. Proizvodio je samo negativne ione, ali je istovremeno nastalo puno ozona - više od dopuštene norme.
Vodeno okruženje
Sada je vrijeme da se upoznamo sa jonizacijom vode. Baš kao i vazduh, on je vitalni medij. Na planeti ima više vode nego zemlje, svi smo 2/3 tečni, a osim toga, brojni procesi na zemlji ne mogu bez njenog učešća. A sa nestankom vode, sav život na Zemlji će prestati da postoji.
Ovisno o izvoru, molekuli vode mogu se razlikovati u različitim parametrima, a jedan od njih je klaster vode. Šta je to? Ovo je skup molekula koji su međusobno povezani vodoničnim vezama. Mjereno u hercima (Hz). Za različite vrste vode je kako slijedi:
- na vodovodu - 106;
- za kišnicu - 119;
- za oprugu - 122;
- za destilovano - 118;
- kod bunara - 105;
- za mineralne - 94;
- za jonizovane - 48.
Manje veličine klastera omogućavaju jonizovanoj vodi da efikasno prodre u dehidrirana tkiva ljudskog tela. Osim toga, ima vrlo nisku površinsku napetost.
Prednosti jonizovane vode
Što se tiče funkcije jonizacije, voda koja je prošla ovaj proces korisna je kao i zrak. Može se čak nazvati i živom vodom, a u svojoj suštini je prirodni biostimulans. Zahvaljujući njemu aktiviraju se svi procesi u tijelu, što dovodi do poboljšanja apetita, metabolizma i općeg blagostanja.
Osim toga, mogu se istaći sljedeća korisna svojstva jonizirane žive vode:
- Pospješuje brže zacjeljivanje rana.
- Blagotvorno deluje na kožu, omekšava je.
- Izglađuje bore.
- Rešava problem peruti i poboljšava izgled kose.
Naše tijelo neprestano prolazi kroz metabolizam, zbog čega se stare (mrtve) stanice pretvaraju u otpad. A ishod metabolizma je kiseli otpad kojeg se naše tijelo rješava mokrenjem i znojenjem.
Ali šta je jonizacija i kako se sve to može odnositi na zdravlje? Činjenica je da užareni ostaci mogu biti i čvrsti (holesterol, masne kiseline, kamen u bubregu i tako dalje). Vremenom se nakuplja u našem tijelu, što dovodi do starenja i raznih bolesti. Voda, koju karakterizira mala veličina klastera (jonizirana), pomaže da se riješite nepotrebnog otpada. Uostalom, što je manje kiselog otpada u tijelu, to je proces starenja sporiji.
Istovremeno, takva voda nije lijek za sve bolesti. Ipak, njegova redovna upotreba pomoći će podmlađivanju organizma, povećavajući njegov imunitet.
Briga za kosu
Našoj kosi je također potrebna kvalitetna njega i zaštita. Gotovo sve žene širom svijeta provode neko vrijeme ispred ogledala kako bi dovele kosu u red.
Gore smo govorili o primjerima kako ionizacija ima blagotvoran učinak na ljudski organizam, jačajući njegov imunitet. Sada je red za jonizaciju kose. Neki proizvođači kozmetičkih proizvoda već su shvatili šta je šta i sada je tržište prepuno brojnih fenova za kosu sa jonizacijom. Šta radi ova nova funkcija?
Kao što sada možete shvatiti, ne postoje samo pozitivne, već i negativne čestice, a prve imaju loš učinak na ljudski organizam. To je posebno vidljivo na kosi. Kao primjer: akumulacija pozitivnih jona dovodi do njihove naelektrizacije, jakog fluksa i postaju neposlušni.
Negativne čestice imaju blagotvoran učinak: kosa postaje podložna i bolje je hidratizirana zbog ravnomjerne raspodjele vlage. Takođe dobijaju sjaj i glatkoću. Drugim riječima, takav proces, odnosno stepen jonizacije, je veliki plus za svaku osobu.