Атомын ионжуулалт нь шууд, шууд бус эсвэл мультифотон байж болно. Эхний тохиолдолд атом эсвэл молекул нь фотонтой мөргөлдөхдөө түүний энергийг шингээж, ионждог. Энэ тохиолдолд фотоны энерги нь иончлолын энергиэс давах ёстой. Хоёр дахь тохиолдолд атом нь фотоны энергийг шингээж, өдөөх төлөвт ордог. Хэрэв өдөөгдсөн төлөвт амьдрах хугацаа хангалттай урт байвал дараагийн фотон шингээлтийн үйл явдлын үр дүнд атомын иончлол үүсч болно. Эдгээр процессуудыг дараах байдлаар бичиж болно.
Үүнд төвийг сахисан, өдөөгдсөн, ионжсон атомыг тэмдэглэнэ.
Шууд иончлох явцад энерги ба импульс хадгалагдах хуулиудыг хангасан байх ёстой.
гэрлийн цацрагийн анхны чиглэлийг тодорхойлох нэгж вектор ба электроны масс ба хурд, M ба V нь ионы масс ба хурд юм. Атомоос тусгаарлагдсан электрон эерэг ионтой эсрэг чиглэлд хөдөлдөг. Үүнийг бодолцон
Илэрхийллийн баруун талын утга (28.3) нэгээс хэтрэхгүй; Тийм ч учраас
Илэрхийллийн эхнийхийг (28.2) гэж бичиж болно
Энэ нь квантын бараг бүх энерги электрон руу шилждэг гэсэн үг юм.
А. Multiphotol ионжуулалт
Мультифотон иончлолын үйл явц хамгийн их сонирхол татдаг. Түүний онолыг Бебб ба Голд, Фелпс, Бункин, Прохоров, Келдыш, Делонай, Гонтиер, Трейн нар боловсруулсан. Делонай ангиллын дагуу мультифотоны ионжилт нь олон тохиолдолд шууд, резонансын эсвэл өндөр эрэмбийн мультифотон процесс юм. Ерөнхийдөө цөөн хэдэн, бүр 10-20 фотоны энерги нь иончлолын энергитэй яг тэнцүү биш юм. Тиймээс эдгээр фотонуудын атомтай харилцан үйлчлэл нь резонанстай байж чадахгүй. 1 секундын дотор атомын иончлох магадлал нь фотоны урсгалын зэрэгтэй пропорциональ байна (үүнд иончлолын үйл явцын олон талт байна):
Энд эрчим хүчний нягтрал бүхий бадмаараг лазер туяа нь фотонуудын урсгалтай тэнцүү байна. Жишээлбэл, гелийн атомын иончлох энерги нь 24.58 эВ; бадмаараг лазерын цацрагийн нэг квант энерги нь ердөө 1.78 эВ тул зөвхөн 14 квантыг нэгэн зэрэг шингээх нь гелийн атомын иончлолыг хангаж чадна. Хүснэгтэнд Зураг 28.2-т зарим атом, молекулын иончлох энергийг харуулав. Бебб, Голд нар цочролын онолыг ашиглан He ба H-ийн иончлолын үр дүнтэй хөндлөн огтлолыг тооцоолсон; Эдгээр атомыг ионжуулахын тулд 7, 8, 9, 13, 14 квант бадмаараг лазерын цацрагийг нэгэн зэрэг шингээх шаардлагатай. Энэ процессын хамгийн энгийн ойролцоо тооцоолол бол диполь төрлийн шилжилтийг нэвтрүүлэх ба атомаас салсан электроныг хавтгай долгион хэлбэрээр дүрслэх явдал юм. Бэбб, Гоулдын онолыг нүсэр шинж чанартай учраас энд танилцуулах боломжгүй юм. Бид зөвхөн ажлын үндсэн үр дүнг хүснэгт хэлбэрээр танилцуулж байна. 28.3. Хүснэгтээс харахад мультифотон иончлолын хөндлөн огтлол нь маш бага байна. Гэсэн хэдий ч фотонуудын урсгал орж ирдэг гэдгийг санах нь зүйтэй
Хүснэгт 28.2 (скан харна уу) Зарим атом ба молекулын иончлох энерги
Хүснэгт 28.3 (скан харна уу) Эвдрэлийг эхлүүлэхэд шаардагдах үр дүнтэй мультифотон иончлолын хөндлөн огтлол ба босго фотоны урсгал ба хийн нягтрал болон хийн эзэлхүүнийг 10 ns лазер импульсийн нөлөөнд тооцсон.
лазер туяа нь маш өндөр утгад хүрч чаддаг. (28.5) томъёоны туршилтын баталгаажуулалт нь маш; энгийн. Координатын тэнхлэгүүдийн дагуу бид налуу нь тодорхойлогддог шулуун шугамыг олж авдаг
Мультифотон иончлолын үйл явцыг онолын хувьд, цочролын онол гэх мэт тусламжгүйгээр тайлбарлаж болно). Ихэнхдээ Reuss арга гэж нэрлэгддэг энэ аргад электроны зөвхөн хоёр төлөвийг харгалзан үздэг - эхний ба эцсийн төлөв. Хэрэв эцсийн төлөвийг ионжуулсан атом гэж ойлговол энэ нь электрон энергийн тодорхой утгаас тасралтгүй байдал руу шилжихэд тохирч байвал устөрөгчтэй төстэй олон атомын үр дүнтэй мультифотон иончлолын хөндлөн огтлолыг тооцоолж болно. Энэ нь гэрлийн туйлшралын төлөвөөс (гэх мэт) үр дүнтэй хөндлөн огтлолын хамаарлыг тооцоолоход хялбар болсон бөгөөд үр дүн нь Каган нар, Фокс нар, Сервенант, Исенор нарын бүтээлээр батлагдсан. Онолын тооцоолсноор атомын иончлолын магадлал нь гэрлийн туйлшралын төлөв байдлаас ихээхэн хамаардаг болохыг харуулж байна. Тойрог туйлширсан гэрэл шугаман туйлширсан гэрлээс илүү үр дүнтэй байдаг. Хэзээ шугаман туйлширсан гэрэл илүү үр дүнтэй болдог. Зураг дээр дүрслэхийн тулд. Зураг 28.15-д үйл явцын дарааллаас хамаарах хамаарлын графикийг үзүүлэв ( at ).
Каган нар бадмаараг лазерын хоёр дахь гармоникоор цезийн уурын иончлолыг ажигласан. Процесс нь хоёр фотон байв. Тойрог цацрагаар иончлох үр ашиг нь тогтоогдсон
Цагаан будаа. 28.15. Неодим лазерын цацрагийн нэгэн зэрэг шингэсэн квантуудын тооноос хамааран дугуй ба шугаман туйлшрал бүхий цацрагийн олонфотон иончлолын үр дүнтэй хөндлөн огтлолын харьцаа.
туйлшрал нь шугаман туйлширсан цацрагаас хэд дахин их байсан. Фокс нар удалгүй цезийн атомын гурван фотоны иончлолыг бадмаараг лазерын туяагаар мэдээлсэн бөгөөд энэ нь тойрог хэлбэрээр туйлширсан гэрэл нь шугаман туйлширсан гэрлээс хоёр дахин үр дүнтэй байв. Нэмж дурдахад, цочролын онолыг ашиглаагүй тооцоолол нь фотоны урсгалаас олон фотоны иончлолын магадлалын хамаарал нь максимум ба минимумтай байж болохыг харуулсан. Резонансын эффект нь мультифотон иончлолын үйл явцад онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь хэд хэдэн фотоны нийт энерги нь өдөөгдсөн төлөвүүдийн аль нэг дэх электроны энергитэй яг тэнцүү байх үед тохиолддог. Тиймээс иончлох процесс нь хоёр үе шаттай байж болно. Эхлээд электрон нь өдөөгдсөн төлөвт орж, дараа нь атомаас бүрэн салдаг. Резонансын нөлөөг судлахад Делаунай нар, Эванс, Тонеманн, Хелд нар ихээхэн хувь нэмэр оруулсан.
Цахилгаан ба соронзон орон дахь цэнэгтэй бөөмс, молекулууд эхлээд ионжсон байх ёстой. Маш олон тооны аргууд байдаг ионжуулалт, электрон эсвэл фотоны нөлөөллийн аргуудыг ихэвчлэн ашигладаг. Мэдээжийн хэрэг, биомакромолекулуудын тухай ярихад ...
Ионжуулалтын төрлүүд
Электрон (эерэг эсвэл сөрөг) оролцож буй цэнэгээс хамаарч иончлох процесс өөр өөр явагддаг. Атом эсвэл молекултай холбогдсон электрон нь түүнийг барьж байсан цахилгаан саадыг даван туулах хангалттай энергитэй бол ион эерэг цэнэгтэй болж, улмаар атом эсвэл молекултай холбоо тасардаг. Энэ процесст зарцуулсан энергийн хэмжээг иончлолын энерги гэнэ. Сөрөг цэнэгтэй ион нь чөлөөт электрон атомтай мөргөлдөж, дараа нь энергийн талбарт орж илүүдэл энергийг ялгаруулдаг.
Ерөнхийдөө иончлолыг хоёр төрөлд хувааж болно. дараалсан ионжуулалтТэгээд Тогтворгүй ионжуулалт. Сонгодог физикт зөвхөн дэс дараалсан иончлол үүсч болно. Тогтворгүй ионжуулалт нь сонгодог физикийн зарим хуулийг зөрчдөг.
Сонгодог ионжуулалт
Сонгодог физик болон атомын Бор загварын үүднээс атомын болон молекулын иончлол нь бүрэн детерминистик шинж чанартай байдаг нь аливаа асуудлыг тооцооллын аргаар тодорхойлж, шийдвэрлэх боломжтой гэсэн үг юм. Сонгодог физикийн үзэж байгаагаар электроны энерги нь түүний даван туулах гэж буй боломжит саадын энергийн зөрүүг давах шаардлагатай байдаг. Энэ үзэл баримтлалд энэ нь зөвтгөгддөг: хүн дор хаяж 1 метр өндөрт үсрэхгүйгээр 1 метрийн өндөртэй хана дээгүүр үсэрч чаддаггүйтэй адил электрон нь ядаж ижил цэнэгийн энергигүйгээр 13.6 эВ-ийн боломжит саадыг даван туулж чадахгүй.
Эерэг ионжуулалт
Эдгээр хоёр зарчмын дагуу электроныг гаргахад шаардагдах энергийн хэмжээ нь одоогийн атомын холбоо буюу молекулын орбитал ба хамгийн дээд түвшний орбитал хоорондын потенциалын зөрүүтэй тэнцүү буюу их байх ёстой. Хэрэв шингэсэн энерги нь боломжит хэмжээнээс хэтэрвэл электрон чөлөөлөгдөж, чөлөөт электрон болно. Үгүй бол шингэсэн энерги нь сарних хүртэл электрон нь өдөөгдсөн төлөвт орж, электрон саармаг төлөвт орно.
Сөрөг ионжуулалт
Эдгээр зарчмуудын дагуу, боломжит саадын хэлбэрийг харгалзан чөлөөт электрон үүнийг даван туулахын тулд боломжит саадаас их буюу тэнцүү энергитэй байх ёстой. Хэрэв чөлөөт электрон үүнийг хийхэд хангалттай энергитэй бол энэ нь хамгийн бага энергийн цэнэгтэй хэвээр үлдэж, үлдсэн энерги нь сарнина. Хэрэв электрон боломжит саадыг даван туулах хангалттай энергигүй бол түүнийг боломжит энергийн саадтай холбоотой Кулоны хуулиар тодорхойлсон электростатик хүчээр хөдөлгөж болно.
Дараалсан ионжуулалт
Дараалсан иончлол гэдэг нь атом эсвэл молекулын ионжилт хэрхэн явагддагийг тайлбарлах явдал юм. Жишээлбэл, +2 цэнэгтэй ион нь зөвхөн +1 эсвэл +3 цэнэгтэй ионоос үүсч болно. Өөрөөр хэлбэл, төлбөрийн дижитал тэмдэглэгээ нь дараалсан байдлаар өөрчлөгдөж, үргэлж тооноос дараагийн зэргэлдээ тоо руу шилжиж болно.
Квантын иончлол
Квантын механикт иончлол нь электрон боломжит саадыг даван туулах хангалттай энергитэй сонгодог аргаар явагдахаас гадна хонгилын иончлолын боломж байдаг.
Тунелийн ионжуулалт
Тунелийн иончлол гэдэг нь квант хонгил ашиглан иончлох явдал юм. Сонгодог иончлолд электрон боломжит саадыг даван туулах хангалттай энергитэй байх ёстой боловч квант хонгил нь электроны долгионы шинж чанараас шалтгаалан электроныг боломжит саадыг дамжин чөлөөтэй хөдөлгөх боломжийг олгодог. Хаалтаар дамжин электрон хонгил үүсэх магадлал нь боломжит саадын өргөнийг экспоненциалаар бууруулдаг. Тиймээс илүү их энергийн цэнэгтэй электрон энергийн саадыг даван туулж, дараа нь хонгилын өргөн багасч, дамжин өнгөрөх боломж нэмэгддэг.
Тогтворгүй ионжуулалт
Тогтворгүй иончлолын үзэгдэл нь гэрлийн цахилгаан орон хувьсагч болж, хонгилын иончлолтой хосолсон үед үүсдэг. Хонгилоор дамжин өнгөрч буй электрон хувьсах талбарыг ашиглан буцаж болно. Энэ үе шатанд атом эсвэл молекултай нэгдэж илүүдэл энерги ялгаруулж, эсвэл эрчим хүчний өндөр цэнэгтэй бөөмстэй мөргөлдсөний улмаас цаашдын иончлолд орж болно. Энэхүү нэмэлт ионжуулалтыг хоёр шалтгааны улмаас үл нийцэх гэж нэрлэдэг.
- Хоёр дахь электрон санамсаргүй байдлаар хөдөлдөг.
- +2 цэнэгтэй атом эсвэл молекул нь саармаг цэнэгтэй атом эсвэл молекулаас шууд үүсч болох тул бүхэл тоогоор илэрхийлсэн цэнэг өөрчлөгддөг. нийцэхгүй.
Дараалсан бус иончлолыг ихэвчлэн бага лазерын талбайн хүч чадалд судалдаг, учир нь ионжуулалт нь ихэвчлэн өндөр иончлолын түвшинд тогтмол байдаг.
Тогтворгүй иончлолын үзэгдлийг атомын нэг хэмжээст загварт ойлгоход хялбар байдаг бөгөөд энэ нь саяхныг хүртэл тоогоор авч үзэх цорын ганц загвар байсан юм. Энэ нь хоёр электроны өнцгийн импульс нь нэг хэмжээст орон зайд үр ашигтай хөдөлж чадахуйц бага байх үед тохиолддог бөгөөд шугаман туйлшралтай байж болох ч тойрог биш байж болно. Хоёр электроныг хоёр хэмжээст атом гэж үзэж болох бөгөөд энэ нь хоёр атомын нэгэн зэрэг иончлолт явагддаг бөгөөд энэ нь хоёр хэмжээст нэг электроныг иончлох бөгөөд энэ нь хоёр талт дээр 45 ° өнцгөөр магадлалын тийрэлтэт болж хувирдаг. олон цэнэглэгдсэн цөм эсвэл дөрвөлжин төвөөс үүссэн электрон проекц. Нөгөөтэйгүүр, дараалсан ионжуулалт нь хоёр хэмжээст гиперэлектрон нь гипер-цөмүүдээс Кулоны потенциалын сувгуудаар дамжиж, дараа нь хэт цахилгаан талбайн нөлөөн дор иончлолд орох үед x ба y тэнхлэгээс ялгарах ялгаралтыг илэрхийлдэг. 45 ° өнцөг.
Ионжуулалтын энерги нь атомын гол шинж чанар юм. Энэ нь атом үүсэх чадвартай шинж чанар, хүчийг тодорхойлдог. (Энгийн) бодисын бууруулах шинж чанар нь мөн энэ шинж чанараас хамаарна.
"Иончлолын энерги" гэсэн ойлголтыг заримдаа "анхны иончлолын потенциал" (I1) гэсэн ойлголтоор сольдог бөгөөд энэ нь электрон энерги гэж нэрлэгддэг энергийн төлөвт байх үед чөлөөт атомаас холдоход шаардагдах хамгийн бага энерги юм. хамгийн бага.
Ялангуяа устөрөгчийн атомын хувьд энэ нь протоноос электроныг зайлуулахад шаардагдах энергийн нэр юм. Хэд хэдэн электронтой атомуудын хувьд хоёр дахь, гурав дахь гэх мэт ойлголт байдаг. иончлолын потенциал.
Иончлолын энерги нь нийлбэр бөгөөд нэг гишүүн нь электроны энерги, нөгөө нь системийн энерги юм.
Химийн шинжлэх ухаанд устөрөгчийн атомын энергийг “Еа” тэмдгээр тэмдэглэдэг ба системийн потенциал энерги ба электроны энергийн нийлбэрийг Ea= E+T= -Z.e/ томъёогоор илэрхийлж болно. 2.Р.
Энэ илэрхийллээс харахад системийн тогтвортой байдал нь цөмийн цэнэг болон электрон хоорондын зайтай шууд хамааралтай байдаг. Энэ зай бага байх тусам цөмийн цэнэг хүчтэй байх тусам тэдгээр нь илүү хүчтэй татагдаж, систем тогтвортой, тогтвортой байх тусам энэ холбоог таслахад илүү их энерги зарцуулагдах ёстой.
Системийн тогтвортой байдлыг холболтыг устгахад зарцуулсан энергийн түвшингээр харьцуулж болох нь ойлгомжтой: эрчим хүч их байх тусам систем тогтвортой байх болно.
Атомын иончлолын энерги (устөрөгчийн атом дахь холбоог таслахад шаардагдах хүч) -ийг туршилтаар тооцоолсон. Өнөөдөр түүний үнэ цэнэ яг тодорхой байна: 13.6 эВ (электронвольт). Хожим нь эрдэмтэд мөн хэд хэдэн туршилтын үр дүнд устөрөгчийн атомаас хоёр дахин их цэнэгтэй нэг электрон ба цөмөөс бүрдсэн системд атом-электроны холбоог таслахад шаардагдах энергийг тооцоолж чадсан. Энэ тохиолдолд 54.4 электрон вольт шаардлагатай болохыг туршилтаар тогтоосон.
Цахилгаан статикийн алдартай хуулиудад R зайд байрлах эсрэг цэнэгүүдийн (Z ба e) хоорондын холбоог таслахад шаардагдах иончлолын энергийг дараах тэгшитгэлээр тогтооно (тодорхойлоно) гэж заасан байдаг: T=Z.e/ Р.
Энэ энерги нь цэнэгийн хэмжээтэй пропорциональ бөгөөд үүний дагуу зайтай урвуу хамааралтай байдаг. Энэ нь маш жам ёсны зүйл юм: цэнэгүүд илүү хүчтэй байх тусам тэдгээрийг холбосон хүч илүү хүчтэй байх тусам тэдгээрийн хоорондын холболтыг устгахад илүү их хүч шаардагдана. Энэ нь зайд хамаарна: бага байх тусам иончлолын энерги хүчтэй байх тусам холбоог устгахын тулд илүү их хүч хэрэглэх шаардлагатай болно.
Энэхүү үндэслэл нь хүчтэй цөмийн цэнэгтэй атомын систем яагаад илүү тогтвортой байдгийг тайлбарлаж, электроныг зайлуулахын тулд илүү их энерги шаарддаг.
Тэр даруй асуулт гарч ирнэ: "Хэрэв хоёр дахин хүчтэй бол электроныг арилгахад шаардагдах иончлолын энерги яагаад хоёр дахин нэмэгддэг вэ? (54.4/13.6 = 4)?"
Энэ зөрчилдөөнийг маш энгийнээр тайлбарлаж болно. Хэрэв систем дэх Z ба e цэнэгүүд харьцангуй харилцан хөдөлгөөнгүй байдалд байгаа бол энерги (T) нь Z цэнэгтэй пропорциональ байх ба тэдгээр нь пропорциональ хэмжээгээр нэмэгддэг.
Харин e цэнэгтэй электрон нь Z цэнэгтэй цөмийн эргэн тойронд эргэлдэж, Z нь ихэсдэг системд эргэлтийн радиус R пропорциональ буурдаг: электрон нь цөмд илүү их хүчээр татагддаг.
Дүгнэлт нь ойлгомжтой. Ионжуулалтын энерги нь цөмийн цэнэг, цөмөөс зай (радиаль) гаднах электроны цэнэгийн нягтын хамгийн өндөр цэг хүртэлх зайд нөлөөлдөг; гадаад электронуудын хоорондох түлхэх хүч ба электроны нэвтлэх чадлын хэмжүүр.
Атомын ионжилт
Атом бүр нь эерэг цэнэгтэй цөмөөс тогтдог бөгөөд үүнд атомын бараг бүх масс төвлөрч, электронууд нь цөмийн эргэн тойронд тойрог замд эргэлдэж, атомын электрон бүрхүүл гэж нэрлэгддэг электрон бүрхэвчийг бүрдүүлдэг. Бүрхүүлийн гадна давхарга нь цөмтэй харьцангуй сул холбогддог электронуудыг агуулдаг. Атомыг бөөмс, жишээлбэл протоноор бөмбөгдөхөд гаднах электронуудын нэг нь атомаас тасарч, атом эерэг цэнэгтэй ион болж хувирдаг (Зураг 6а). Энэ процессыг ионжуулалт гэж нэрлэдэг.
Атомууд нь тодорхой байрлалд байрладаг хагас дамжуулагч талстуудад иончлолын үр дүнд чөлөөт электронууд болон эерэг цэнэгтэй ионууд (нүхнүүд) үүсдэг.
Тиймээс болорт урьд өмнө байгаагүй илүүдэл электрон нүхний хосууд гарч ирдэг. Ийм тэнцвэргүй хосуудын концентрацийг дараахь томъёогоор тооцоолж болно.
энд e нь электрон цэнэг; d - цацрагийн тунгийн хурд (урсгалын нягт); -тай - цацрагийн төрөл, түүний энергийн спектрээс хамаарч хувиргах коэффициент; f нь цөөнхийн хураамж тээвэрлэгчдийн ашиглалтын хугацаа.
Цэнэг зөөвөрлөгчдийн концентрацийн мэдэгдэхүйц өсөлт нь хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн үйл ажиллагааг алдагдуулдаг, ялангуяа олон тооны бус дамжуулагч дээр ажилладаг.
Цөмийн дэлбэрэлтийн үед p-n уулзвараар дамжих иончлолын гүйдэл нь их хэмжээний (10 6 А/см 2) хүрч, хагас дамжуулагч төхөөрөмжийн эвдрэлд хүргэдэг. Иончлолын гүйдлийг багасгахын тулд p-n уулзваруудын хэмжээг аль болох багасгах шаардлагатай.
Цагаан будаа. А- атомын ионжуулалт; b - цацрагийн өмнө болор тор; V-болор дахь цацрагийн согог үүсэх; 1 - атомын хэвийн байрлал; 2 - атом завсрын цэгт шилжсэн; 3 - сул орон тоо бий болсон; 4 - бөмбөгдөж буй бөөмс
Цацрагийн гажиг үүсэх
Хагас дамжуулагчийг цөмийн цацрагт (нейтрон, протон, гамма квант гэх мэт) өртөхөд цацрагийн энергийн 99 орчим хувийг зарцуулдаг иончлолоос гадна цацрагийн согог үүсдэг. Бөмбөгдөж буй бөөмийн энерги нь атомыг болор торны талбайгаас завсрын цэг рүү нүүлгэн шилжүүлэхэд хангалттай байвал цацрагийн согог үүсч болно. Жишээлбэл, цахиурын атом нь бөмбөгдөж буй бөөмсөөс ойролцоогоор 15 - 20 эВ энерги хүлээн авбал шилждэг. Энэ энергийг ихэвчлэн босго шилжилтийн энерги гэж нэрлэдэг. Зураг дээр. 6, ин Хагас дамжуулагч дахь цацрагийн анхдагч гажиг үүсэх хамгийн энгийн схемийг үзүүлэв. Ирж буй бөөмс 4, торны атомтай харилцан үйлчлэлцэж, түүнийг завсрын сайт руу шилжүүлдэг 2. Үүний үр дүнд 3-р сул орон тоо бий болно. Хоосон орон зай ба завсрын атом нь цацрагийн хамгийн энгийн согог буюу Френкелийн хос гэж нэрлэдэг. Нүүлгэн шилжүүлсэн атом 2 , Хэрэв босго хэмжээнээс дээш энерги түүнд шилжвэл энэ нь эргээд хоёрдогч шилжилтийг үүсгэж болно. Бөмбөгдөж буй бөөмс нь мөн шинэ шилжилтийг үүсгэж болно. Энэ процесс нь бөөмс болон шилжсэн атом нь бүх энергиэ иончлол, шилжилтэд зарцуулах эсвэл болорын эзэлхүүнээс гарах хүртэл үргэлжилнэ. Тиймээс цөмийн бөөмөөр бөмбөгдөх үед болор дотор атомын шилжилтийн бүхэл бүтэн каскад үүсч, түүний бүтцийг алдагдуулдаг.
Хүчтэй мөргөлдөх үед нейтрон эсвэл хүнд цэнэгтэй бөөмс (ион, протон) -аар торны атом руу шилжүүлсэн энергийг дараах томъёогоор хатуу бөмбөлгүүдийн мөргөлдөх хуульд үндэслэн тооцоолно.
Эрчим хүч хэмнэх хууль
Импульс хадгалагдах хууль
(13)
хаана м - нейтроны масс; М - хагас дамжуулагч атомын цөмийн масс; E m - нейтроны энерги. Нейтрон мөргөлдөж буй атомын цөмийн масс бага байх тусам энэ атом руу шилжих энерги их байх нь илэрхийллээс тодорхой байна.
Хөнгөн цэнэгтэй бөөмс (электрон, позитрон) -ийн нөлөөн дор үүссэн буцах атомын кинетик энергийг тодорхойлохдоо болор торны цахилгаан потенциал, түүний хурдаас хамааран бөөмийн массын өөрчлөлтийг харгалзан үздэг. Хурдан электронтой цацрагийн хувьд илэрхийлэл нь дараах хэлбэртэй байна.
Энд E max нь шилжсэн атомын хамгийн их кинетик энерги; Өө - электроны кинетик энерги; м - электрон амралтын масс; -тай - гэрлийн хурд; М - хагас дамжуулагч атомын цөмийн масс.
Хагас дамжуулагчийг гамма туяагаар цацрагжуулах үед гамма цацрагийн атомын цөмтэй шууд харилцан үйлчлэлийн үр дүнд шилжилт үүсэх магадлал маш бага байдаг. Энэ тохиолдолд нүүлгэн шилжүүлэлт нь гамма цацрагийн нөлөөн дор хагас дамжуулагчд үүссэн электронуудын улмаас үүснэ. Иймээс гамма туяагаар цацрагийн үед хагас дамжуулагч дахь шилжилтийн харагдах байдлыг хоёрдогч процесс гэж үзэх хэрэгтэй, өөрөөр хэлбэл. Эхлээд хурдан электронууд үүсдэг ба дараа нь тэдгээрийн нөлөөн дор атомын шилжилтүүд үүсдэг.
Нэмж дурдахад, өндөр энергитэй бөөмс (нейтрон, протон, электрон) -оор цацраг туяагаар цацрагийн нөлөөллийн бүхэл бүтэн бүсүүд - эмх замбараагүй бүсүүд нь хагас дамжуулагч талстуудад үүсч болно. Энэ нь өндөр кинетик энергитэй бөмбөгдөгч бөөмс нь түүний ихээхэн хэсгийг шилжсэн атом руу шилжүүлж, хүчтэй эвдрэл үүсгэдэгтэй холбоотой юм. Дараа нь бөмбөгдөж буй бөөмс нь талстыг орхиж, түүнээс нисч ч магадгүй юм. Нүүлгэн шилжүүлсэн атом нь бөмбөгдөж буй бөөмстэй харьцуулахад том геометрийн хэмжээстэй бөгөөд үүнээс гадна цахилгаанаар цэнэглэгддэг (ион) тул шилжилтийн явцад зарим валентийн электронууд түүнээс салдаг тул болороос нисч чадахгүй. жишээ нь нейтрон шиг чөлөөтэй. Энэ нь болор дахь атомууд болон цахилгаан талбайн хоорондох бага зайнаас болж саад болдог. Нүүлгэн шилжүүлсэн атом нь болор торны атомуудыг түлхэхэд бүх асар их кинетик энергийг бага хэмжээгээр зарцуулахаас өөр аргагүй болдог. Энэ нь бөмбөрцөг эсвэл эллипсоид хэлбэртэй төстэй цацрагийн эвдрэлийн бүсийг үүсгэдэг.
Цахиурт эмх замбараагүй байдал үүсэхийн тулд буцах (шилжүүлэх) атомын энерги 5 КеВ-ээс их байх ёстой нь тогтоогдсон. Эрчим хүчийг нэмэгдүүлэхийн хэрээр талбайн хэмжээ нэмэгдэнэ. Электрон микроскопийн судалгааны үр дүнгээс харахад эмгэгийн бүсийн хэмжээ 50-500? хооронд хэлбэлздэг. Эмх замбараагүй бүс дэх цэнэгийн тээвэрлэгчдийн концентраци нь хагас дамжуулагчийн хөндөгдөөгүй бүсээс хэд дахин бага байдаг нь тогтоогдсон. Үүний үр дүнд эмх замбараагүй бүс ба хагас дамжуулагчийн үндсэн матрицын хил дээр контактын потенциалын зөрүү үүсч, эмх замбараагүй бүс нь цэнэгийн тээвэрлэгчийг шилжүүлэхээс сэргийлсэн цахилгаан потенциалын саадаар хүрээлэгдсэн байдаг.
Нүүлгэн шилжүүлсэн атомууд болон эмх замбараагүй байдлын бүсүүд нь хагас дамжуулагчийн цацрагийн анхдагч гэмтэл гэж тооцогддог. Бөмбөгдөх бөөмсийн урсгал нэмэгдэхийн хэрээр тэдний тоо нэмэгдэнэ. Хэт өндөр урсгалд (10 23 хэсэг/см 2-аас дээш) хагас дамжуулагч талст бүтэцээ алдаж, тор нь бүрэн нурж, аморф бие болж хувирна.
Хагас дамжуулагчийн нэгж эзэлхүүн дэх анхдагч шилжсэн атомын тоог томъёогоор ойролцоогоор тооцоолж болно
Энд F нь бөөмийн урсгал (нийт); N нь хагас дамжуулагчийн 1 см 3 атомын тоо; y d нь атомын шилжилтийг үүсгэдэг мөргөлдөөний хөндлөн огтлол юм.
Мөргөлдөөний хөндлөн огтлол гэдэг нь нейтрон гэх мэт бөөмс, бодисын атомын цөмтэй мөргөлдөх магадлалыг тодорхойлдог квадрат см-ээр хэмжигддэг тодорхой үр дүнтэй талбай юм. Цөм нь атомтай харьцуулахад маш жижиг. Тиймээс түүнийг цохих магадлал маш бага. 1-10 МэВ энергитэй нейтронуудын мөргөлдөөний хөндлөн огтлол нь ихэвчлэн 10 -24 см 2-тай тэнцүү байдаг. Гэхдээ 1 см 3 бодис нь ойролцоогоор 10 23 атом агуулдаг тул мөргөлдөөн ихэвчлэн тохиолддог. Тиймээс 1 см 3 хагас дамжуулагч тутамд 10 "буудлага" тутамд ойролцоогоор нэг мөргөлдөөн (цохилт) гардаг. Дээрх томьёоны дагуу хагас дамжуулагчийн 1 см 3-т 10 12 нейтрон/см 2 урсах үед атомын 10 11 орчим шилжилт явагдах бөгөөд энэ нь эргээд хоёрдогч шилжилтийг үүсгэдэг.
Анхдагч цацрагийн согогууд (завсрын атом ба хоосон орон зай) тогтвортой биш гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Тэд бие биетэйгээ эсвэл болор дахь хольц болон бусад согогтой харилцан үйлчилдэг. Энэ нь жишээлбэл, цахиурын хувьд илүү төвөгтэй цацрагийн согогууд үүсдэг n-фосфороор баяжуулсан цахилгаан дамжуулах чанарын төрөл, хамгийн түгээмэл цацрагийн согогууд нь хоосон орон зай + фосфорын атом (Е-төв), сул орон зай + хүчилтөрөгчийн атом (А-төв), диваканци (хоёр сул орон зайны холболт) юм. Одоогийн байдлаар янз бүрийн дулааны тогтвортой байдал, материалын цахилгаан ба механик шинж чанарт нөлөөлөх чадвараар тодорхойлогддог олон тооны цацрагийн согогуудыг илрүүлсэн. Цацрагийн согогууд нь тэдгээрийн бүтцээс хамааран хагас дамжуулагчийн зурвасын завсарт эрчим хүчний түвшний бүхэл спектрийн харагдах байдлыг үүсгэдэг. Эдгээр түвшин нь цацраг туяагаар хагас дамжуулагчийн шинж чанар өөрчлөгдөх гол шалтгаан юм.
Наад зах нь тодорхой шинжлэх ухааныг сонирхож буй хэн бүхэн ядаж нэг удаа ионжуулалт гэж юу вэ гэж гайхаж байсан байх? Энэ тодорхойлолт нь цахилгаан саармаг хэсгүүдээс (атом, молекул) ионууд үүсдэг эндотермик процессыг хэлнэ. Энэ үйл явц юу болохыг илүү нарийвчлан авч үзье.
Ионжуулалтын төрлүүд
Ионжилт нь янз бүрийн аргаар явагдах бөгөөд үүнээс хамаарч эерэг ба сөрөг ионууд үүсдэг. Сургуульд байхаас хойш физикийн хичээл дээр электрон бүрийг өөр өөр чиглэлд тархахаас сэргийлдэг цахилгаан хаалтаар эзэмшигчид (атомууд) ойрхон байлгадаг гэж хэлдэг. Үүний ачаар молекул өөрөө оршдог.
Гэсэн хэдий ч электрон нь цахилгаан саадыг устгаж, атом эсвэл молекулын хяналтаас өөрийгөө чөлөөлөх хангалттай энергийг олж авч чадна. Энэ тохиолдолд ион эерэг болж хувирна. Үүний эсрэгээр нэмэлт электроныг барьж авснаар сөрөг ион үүсдэг. Дээр дурдсан хүч нь иончлолын энергиээс өөр зүйл биш юм.
Энэ үйл явцын хоёр үндсэн төрөл байдаг:
- дараалсан (сонгодог);
- үл нийцэх (квант).
Энэ тохиолдолд эхний төрөл нь мэдэгдэж буй физик хуулиудын дагуу явагддаг процесс юм. Квантын ионжуулалт нь физикийн талаархи зарим сонгодог санааг тасалдуулж болзошгүй юм.
Сонгодог физикийн хуулийн дагуу
Физикийн хуулиудын дагуу Бор атомын загвартай холбоотой сонгодог утгаараа атом ба молекулын иончлол нь детерминист үйл явц юм. Өөрөөр хэлбэл аливаа асуудлыг тооцооллын аргаар тодорхойлж, шийдэж болно. Өөрөөр хэлбэл, электрон атомын хил хязгаараас гарахын тулд саадын утгаас давсан энерги хэрэгтэй.
Та хүнтэй харьцуулж болно: тэр метр урт хана дээгүүр үсрэхийн тулд тэр итгэлтэй байхын тулд ижил эсвэл бүр илүү өндөрт үсрэх хэрэгтэй. Бор загварт мөн адил хамаарна - 13.6 эВ-тэй тэнцэх саадыг давахгүйгээр электрон зугтаж чадахгүй. Наад зах нь тэр ижил энергийн цэнэгтэй байх ёстой.
Гэхдээ дараалсан төрлийн ионжуулалт гэж юу вэ? Түүний мөн чанар нь нэрэндээ л оршдог. Өөрөөр хэлбэл, цэнэгийн утга нь зөвхөн дараалан өөрчлөгддөг бөгөөд өөр юу ч биш юм. Жишээлбэл, ион нь өөр ионоос зөвхөн +2 цэнэгийг хүлээн авах боломжтой бөгөөд энэ утга нь +1 эсвэл +3-тай тэнцүү байна. Өөрөөр хэлбэл, төлбөр нь өмнөх эсвэл дараагийн зэргэлдээх тоогоор өөрчлөгдөнө.
Эерэг ионууд
Дээр дурдсан зарчмын дагуу электроныг гаргахад зарцуулагдах энерги нь одоогийн атомын холбоо (молекулын орбитал) болон хамгийн дээд түвшний орбитал хоорондын потенциалын зөрүүтэй тэнцүү эсвэл бүр давсан байх ёстой.
Шингээсэн энерги нь боломжит хэмжээнээс өндөр байж болно, тэгвэл электронд ямар ч саад тотгор байхгүй бөгөөд энэ нь чөлөөтэй болно. Үгүй бол бөөмс нь энерги сарниж, төвийг сахисан төлөвт шилжих хүртэл өдөөгдсөн төлөвт байх болно.
Сөрөг ионууд
Ионжуулалтын явцад ийм чөлөөт электрон нь түүнийг даван туулахын тулд өндөр энергитэй байх ёстой, эсвэл онцгой тохиолдолд саад бэрхшээлийн утгатай ижил хүч чадалтай байх ёстой гэдгийг дээр дурдсан зүйлээс аль хэдийн мэдэж байгаа. Хэрэв түүнд байгаа бол электрон хамгийн бага энергийн цэнэгтэй хэвээр үлдэж, бусад бүх зүйл алга болно. Үгүй бол энэ нь боломжит энергийн саадтай холбоотой Кулоны хуулиар тодорхойлсон электростатик хүчинд захирагдах болно.
Квантын процесс
Генрих Герц 1887 онд гэрлийн нөлөөн дор биеэс электронууд гадагшилдаг болохыг олж мэдсэн нь фотоэлектрик эффектийг нээхэд хүргэсэн. Гэсэн хэдий ч энэ нь гэрлийн долгионы онолтой зөрчилдөж байсан бөгөөд энэ нь түүнд тохиолдож буй хуулиудыг тайлбарлаж чадахгүй, мөн цахилгаан соронзон цацрагийн спектрийн энергийн хуваагдлыг тайлбарлах боломжгүй юм.
13 жилийн дараа Германы өөр нэг онолын физикч Макс Планк бие махбодь нь цахилгаан соронзон энергийг шингээхээс гадна түүнийг ялгаруулах чадвартай болохыг тогтоожээ. Түүнээс гадна энэ нь тодорхой хэсэг эсвэл квантаар хийгддэг. Энэ нь тодорхой хэмжээгээр атомын иончлолыг тайлбарлав.
1905 онд Альберт Эйнштейн квант онолыг тайлбарлах таамаглал дэвшүүлэхийг оролдсон. Ялгарах эсвэл шингээх боломжтой фотонууд нь боломжит саадыг даван туулах хангалттай энерги бүхий электронуудыг хангадаг. Энэ тохиолдолд бид квант иончлолын тухай ярьж байна.
Агаарын орчин
Агаарын ионжуулалтын талаар юу хэлэх вэ? Бидний мэдэж байгаагаар энэ бол дэлхий дээрх бүх амьдрал оршин тогтноход зайлшгүй шаардлагатай орчин юм. Түүнээс гадна энэ нь янз бүрийн хий агуулдаг бөгөөд ихэнх нь хүчилтөрөгч, азот юм. Газарзүйн байршлаас хамааран агаарын найрлага өөр өөр байдаг. Жишээлбэл, далайн эрэг дээр хүний цусны сийвэнтэй төстэй усны хэсгүүдээр шингэлдэг.
Бидний мэдэж байгаагаар ионжуулалт нь эерэг ба сөрөг ионууд үүсэх процесс юм. Гэхдээ агаарын ионжуулалт гэж юу вэ? Хариулт нь дараах байдалтай байна. Энэ үйл явц нь янз бүрийн хүчин зүйлийн нөлөөн дор явагддаг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
- цахилгаан соронзон цацраг;
- цахилгаан талбай;
- өндөр температур.
Энэ тохиолдолд процесс нь өөрөө ион үүсэх шинж чанараас хамааран үргэлжилж болох ба:
- байгалийн;
- технологийн;
- хиймэл.
Ерөнхийдөө эерэг ионууд нь хүний биед хортой байдаг тул ядрах, толгой өвдөхөд хүргэдэг. Мөн цусанд орох хүчилтөрөгчийн хэмжээ хангалтгүй байгаагаас судасны цохилт, амьсгал улам бүр нэмэгддэг. Сөрөг ионууд нь ашиг тусаа өгдөг.
Ионжуулсан агаарын ашиг тус
Олон мэргэжилтнүүдийн тэмдэглэснээр ионжуулсан агаар нь бидний биед эерэг нөлөө үзүүлдэг.
Амьсгалах бүрт хүний ерөнхий байдал сайжирч, эерэг нөлөө үзүүлдэг.
- гүйцэтгэлийн түвшин нэмэгдэх;
- дархлаа бэхждэг;
- сэтгэлийн хямрал арилдаг;
- унтах хэвийн байдалдаа орно.
Одоо агаарын ионжуулалт гэж юу болох нь тодорхой болсон. Ерөнхийдөө энэ үйл явцын ачаар өрөөнд таатай бичил цаг уурыг бий болгодог. Бусад нь энэ нь урт наслах найдвартай арга гэдэгт итгэдэг. Нэмж дурдахад энэ үйл явц нь тамхины утаа, тэдгээрийн спор бүхий мөөгөнцөр, түүнчлэн бусад вирус, микроб, зарим өвчний үүсгэгч бодисыг арилгах боломжийг олгодог.
Байгалийн ба хиймэл ионжуулагч
Байгалийн иончлолын жишээ бол ургамлыг ашигладаг байгаль өөрөө юм. Эдгээр нь ихэвчлэн шилмүүст мод (нарс, гацуур) юм. Дараах хүчин зүйлсийн нөлөөгөөр агаар янз бүрийн хугацаанд ионоор баяждаг.
- аянга цахилгаан;
- хэт ягаан туяа;
- ус буталсан газруудад (хүрхрээ);
- Рентген туяа эсвэл дулааны цацраг.
Өнгөрсөн зууны дундуур Оросын нэрт эрдэмтэн А.Л. Чижевский агаарыг хиймэл ионжуулах зорилгоор агаарын ионжуулагчийг бүтээжээ. Түүний тусламжтайгаар эмнэлгийн ажилтнуудын хатуу хяналтан дор эрүүл мэндийн богино хэмжээний процедурыг явуулсан.
Түүний өөр нэг төхөөрөмжийг Чижевскийн лааны суурь гэж нэрлэдэг бөгөөд зарим шалтгааны улмаас дэнлүү гэж андуурчээ. Энэ нь зөвхөн сөрөг ионуудыг үүсгэдэг боловч үүнтэй зэрэгцэн их хэмжээний озон үүссэн - зөвшөөрөгдөх хэмжээнээс их.
Усан орчин
Одоо усны ионжуулалттай танилцах цаг болжээ. Яг л агаар шиг амин чухал орчин юм. Дэлхий дээр газраас илүү их ус байдаг, бид бүгд 2/3 нь шингэн бөгөөд үүнээс гадна дэлхий дээрх олон тооны үйл явц түүний оролцоогүйгээр хийх боломжгүй юм. Мөн ус алга болсноор дэлхий дээрх бүх амьдрал оршин тогтнохоо болино.
Усны молекулууд нь эх үүсвэрээс хамааран өөр өөр үзүүлэлтээр ялгаатай байж болох бөгөөд тэдгээрийн нэг нь усны бөөгнөрөл юм. Энэ юу вэ? Энэ бол устөрөгчийн холбоогоор дамжуулан хоорондоо холбогдсон молекулуудын цуглуулга юм. Герцээр (Гц) хэмждэг. Өөр өөр төрлийн усны хувьд дараах байдалтай байна.
- усан хангамжид - 106;
- борооны усны хувьд - 119;
- хаврын хувьд - 122;
- нэрмэлийн хувьд - 118;
- худаг дээр - 105;
- ашигт малтмалын хувьд - 94;
- ионжуулсан - 48.
Энэ нь ионжуулсан усыг хүний биеийн усгүйжүүлсэн эд эсэд үр дүнтэй нэвтрүүлэх боломжийг олгодог жижиг кластерийн хэмжээ юм. Үүнээс гадна гадаргуугийн хурцадмал байдал маш бага байдаг.
Ионжуулсан усны ашиг тус
Ионжуулалтын үйл ажиллагааны хувьд энэ процесст орсон ус нь агаар шиг ашигтай байдаг. Үүнийг амьд ус гэж нэрлэж болох бөгөөд мөн чанараараа энэ нь байгалийн биостимулятор юм. Үүний ачаар биеийн бүх үйл явц идэвхждэг бөгөөд энэ нь хоолны дуршил, бодисын солилцоо, ерөнхий сайн сайхан байдлыг сайжруулахад хүргэдэг.
Үүнээс гадна ионжуулсан амьд усны дараах ашигтай шинж чанаруудыг онцлон тэмдэглэж болно.
- Шархыг хурдан эдгээхэд тусалдаг.
- Арьсыг зөөлрүүлж, үр дүнтэй нөлөө үзүүлдэг.
- Үрчлээг толигор болгоно.
- Хагны асуудлыг шийдэж, үсний харагдах байдлыг сайжруулна.
Бидний бие байнга бодисын солилцоонд ордог бөгөөд үүний үр дүнд хуучин (үхсэн) эсүүд хог хаягдал болж хувирдаг. Мөн бодисын солилцооны үр дүн нь бидний бие шээс, хөлрөх замаар ялгардаг хүчиллэг хог хаягдал юм.
Гэхдээ ионжуулалт гэж юу вэ, энэ бүхэн эрүүл мэндтэй хэрхэн холбоотой вэ? Баримт нь гялалзсан хог хаягдал нь хатуу (холестерин, өөх тосны хүчил, бөөрний чулуу гэх мэт) байж болно. Цаг хугацаа өнгөрөх тусам бидний биед хуримтлагдаж, хөгшрөлт, янз бүрийн өвчин үүсгэдэг. Жижиг кластер хэмжээтэй (ионжуулсан) тодорхойлогддог ус нь шаардлагагүй хог хаягдлаас салахад тусалдаг. Эцсийн эцэст, биед хүчиллэг хаягдал бага байх тусам хөгшрөлтийн процесс удааширдаг.
Үүний зэрэгцээ ийм ус нь бүх өвчнийг эмчлэх боломжгүй юм. Гэсэн хэдий ч түүний байнгын хэрэглээ нь биеийг залуужуулах, дархлааг нэмэгдүүлэхэд тусална.
Үс арчилгаа
Бидний үс ч гэсэн чанартай арчилгаа, хамгаалалт шаарддаг. Дэлхийн бараг бүх эмэгтэйчүүд үсээ янзлахын тулд толины өмнө хэсэг хугацаа зарцуулдаг.
Дээр бид ионжуулалт нь хүний биед хэрхэн сайнаар нөлөөлж, түүний дархлааг бэхжүүлдэг жишээг авч үзсэн. Одоо үсийг ионжуулах ээлж ирлээ. Зарим гоо сайхны бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэгчид юу болохыг аль хэдийн ойлгосон бөгөөд одоо зах зээл нь ионжуулагчтай олон тооны үс хатаагчаар дүүрэн байна. Энэ шинэ онцлог юу хийдэг вэ?
Одоо та ойлгож байгаагаар зөвхөн эерэг төдийгүй сөрөг хэсгүүд байдаг бөгөөд эхнийх нь хүний биед муу нөлөө үзүүлдэг. Энэ нь ялангуяа үс дээр мэдэгдэхүйц юм. Жишээ нь: эерэг ионуудын хуримтлал нь тэдний цахилгаанжуулалт, хүчтэй хөвсгөр байдалд хүргэдэг бөгөөд тэд сахилгагүй болдог.
Сөрөг тоосонцор нь ашигтай нөлөө үзүүлдэг: чийгийн жигд тархалтаас болж үс нь зохицуулж, илүү сайн чийгшдэг. Тэд мөн гялалзсан, гөлгөр байдлыг олж авдаг. Өөрөөр хэлбэл, ийм үйл явц, эс тэгвээс иончлолын зэрэг нь аливаа хүний хувьд том давуу тал юм.