Ionisering av atomer kan være direkte, indirekte eller multifoton. I det første tilfellet absorberer et atom eller molekyl som kolliderer med et foton energien og blir ionisert. I dette tilfellet må fotonenergien overstige ioniseringsenergien. I det andre tilfellet går atomet, etter å ha absorbert fotonenergien, inn i en eksitert tilstand. Hvis levetiden i den eksiterte tilstanden er tilstrekkelig lang, kan ionisering av atomet også forekomme som et resultat av påfølgende fotonabsorpsjonshendelser. Disse prosessene kan skrives som følger:
hvor betegner et nøytralt, eksitert og ionisert atom.
I prosessen med direkte ionisering må lovene om bevaring av energi og momentum oppfylles:
hvor er enhetsvektoren som bestemmer startretningen til lysstrålen, og er massen og hastigheten til elektronet, M og V er massen og hastigheten til ionet. Et elektron separert fra et atom beveger seg i motsatt retning av det positive ionet. Med dette i tankene
Verdien til høyre side av uttrykket (28.3) kan ikke overstige én; Derfor
Det første av uttrykk (28.2) kan skrives som
Dette betyr at nesten all energien til kvantumet overføres til elektronet.
EN. Multifotol ionisering
Prosessen med multifotonionisering er av størst interesse. Teorien hans ble utviklet av Bebb og Gold, Phelps, Bunkin og Prokhorov, Keldysh, Delaunay, Gontier og Train, etc. I følge Delaunay-klassifiseringen er multifotonionisering i mange tilfeller en direkte, resonant eller høyordens multifotonprosess. Generelt er energien til noen få eller til og med 10-20 fotoner ikke nøyaktig lik ioniseringsenergien. Derfor kan ikke interaksjonen mellom disse fotonene med et atom være resonant. Sannsynligheten for ionisering av et atom innen 1 s er proporsjonal med graden av fotonfluks (hvor er mangfoldet av ioniseringsprosessen):
Her er rubinlaserstrålen med effekttetthet ekvivalent med fluksen av fotoner. Mengden kalles det effektive ioniseringstverrsnittet av ordenen. For eksempel er ioniseringsenergien til et heliumatom 24,58 eV; energien til ett kvantum av stråling fra en rubinlaser er bare 1,78 eV, derfor kan bare den samtidige absorpsjonen av 14 kvanter sikre ionisering av heliumatomer. I tabellen Figur 28.2 viser ioniseringsenergiene til noen atomer og molekyler. Bebb og Gold beregnet de effektive tverrsnittene for ionisering av He og H ved å bruke forstyrrelsesteori; Ionisering av disse atomene krever samtidig absorpsjon av henholdsvis 7, 8, 9, 13 og 14 kvanter rubin-laserstråling. Den enkleste tilnærmingen til denne prosessen er å introdusere en dipol-type overgang og representere et elektron løsrevet fra et atom som en plan bølge. Det er umulig å presentere Bebb og Golds teori her på grunn av dens tungvinte natur. Vi presenterer bare hovedresultatene av arbeidet, som presenteres i form av en tabell. 28.3. Som det fremgår av tabellen, er muekstremt små. Imidlertid bør det huskes at strømmen av fotoner i
Tabell 28.2 (se skanning) Ioniseringsenergier til noen atomer og molekyler
Tabell 28.3 (se skanning) Effektive multifotonioniseringstverrsnitt og terskelfotonflukser som kreves for å starte sammenbrudd og beregnes for gasstetthet og eksponering av gassvolumet for en 10 ns laserpuls
laserstråle kan nå svært høye verdier. Eksperimentell verifisering av formel (28.5) er veldig; enkel. Setter vi til side langs koordinataksene, får vi en rett linje, hvis helning bestemmer
Prosessen med multifotonionisering kan beskrives teoretisk og uten hjelp av forstyrrelsesteori osv.). I denne metoden, som ofte kalles Reuss-metoden, er det kun tatt hensyn til to tilstander av elektronet – start- og slutttilstanden. Hvis slutttilstanden forstås å være et ionisert atom, som tilsvarer en endring i elektronenergi fra en viss verdi til et kontinuum, kan effektive multifotonioniseringstverrsnitt for mange hydrogenlignende atomer beregnes. Dette gjorde det lettere å beregne avhengigheten av effektive tverrsnitt av lysets polarisasjonstilstand (og andre), hvis resultater ble eksperimentelt bekreftet i arbeidene til Kagan et al., Fox et al. og Cervenant og Isenor. Teoretiske beregninger viser at når sannsynligheten for ionisering av atomer avhenger betydelig av tilstanden til polarisering av lys. Når sirkulært polarisert lys er mer effektivt enn lineært polarisert lys. Når lineært polarisert lys blir mer effektivt. For illustrasjon i fig. Figur 28.15 viser en graf over avhengigheten av prosessens rekkefølge (at ).
Kagan et al. observerte ionisering av cesiumdamp av den andre harmoniske av en rubinlaser. Prosessen var to-foton. Det har blitt fastslått at effektiviteten av ionisering ved sirkulær stråling
Ris. 28.15. Forhold mellom effektive tverrsnitt av multifotonionisering for stråling med sirkulær og lineær polarisering avhengig av antall samtidig absorberte kvanter av neodym-laserstråling.
polarisasjonen var flere ganger høyere enn for lineært polarisert stråling. Fox et al. rapporterte snart tre-fotonionisering av cesiumatomer med en rubinlaserstråle, der sirkulært polarisert lys var dobbelt så effektivt som lineært polarisert lys. I tillegg viste beregninger uten bruk av perturbasjonsteori at avhengigheten av sannsynligheten for multifotonionisering av fotonfluksen kan ha maksima og minima. Resonanseffekten spiller en spesiell rolle i prosessen med multifotonionisering. Det oppstår når den totale energien til flere fotoner er nøyaktig lik energien til et elektron i en av de eksiterte tilstandene. Dermed kan ioniseringsprosessen være to-trinns. Først går elektronet inn i en eksitert tilstand og bryter deretter fullstendig bort fra atomet. Betydelige bidrag til forskning på resonanseffekter er gitt av Delaunay et al., Evans og Thonemann, og Held et al.
Ladede partikler i et elektrisk og magnetisk felt, molekyler må først ioniseres. Det finnes et stort antall metoder ionisering, med elektron- eller fotonpåvirkningsmetoder som oftest brukes. Selvfølgelig, når det gjelder biomakromolekyler ...
Typer ionisering
Ioniseringsprosessen går forskjellig avhengig av ladningen som elektronet (positivt eller negativt) er involvert med. Et ion blir positivt ladet når et elektron bundet til et atom eller molekyl har nok energi til å overvinne den potensielle elektriske barrieren som holdt det og dermed bryte bindingen med atomet eller molekylet, frigjøres. Mengden energi som brukes på denne prosessen kalles ioniseringsenergi. Et negativt ladet ion oppstår når et fritt elektron kolliderer med et atom og deretter går inn i et energifelt og frigjør overflødig energi.
Generelt kan ionisering deles inn i to typer - sekvensiell ionisering Og inkonsekvent ionisering. I klassisk fysikk kan bare sekvensiell ionisering forekomme. Inkonsekvent ionisering bryter med noen lover i klassisk fysikk.
Klassisk ionisering
Fra synspunkt av klassisk fysikk og Bohr-modellen av atomet, er atom- og molekylær ionisering fullstendig deterministisk, noe som betyr at ethvert problem kan defineres og løses ved beregninger. I følge klassisk fysikk er det nødvendig at energien til elektronet overstiger energiforskjellen til den potensielle barrieren som det prøver å overvinne. I dette konseptet er dette berettiget: akkurat som en person ikke kan hoppe over en 1 meter høy vegg uten å hoppe minst 1 meter i høyden, så kan ikke et elektron overvinne potensialbarrieren på 13,6 eV uten å ha minst samme ladningsenergi.
Positiv ionisering
I henhold til disse to prinsippene må energimengden som kreves for å frigjøre et elektron være større enn eller lik potensialforskjellen mellom gjeldende atombinding eller molekylorbital og orbital på høyeste nivå. Hvis den absorberte energien overstiger potensialet, frigjøres elektronet og blir et fritt elektron. Ellers går elektronet inn i en eksitert tilstand til den absorberte energien forsvinner og elektronet går inn i en nøytral tilstand.
Negativ ionisering
I henhold til disse prinsippene, og gitt formen på potensialbarrieren, må et fritt elektron ha en energi som er større enn eller lik potensialbarrieren for å overvinne den. Hvis et fritt elektron har nok energi til å gjøre dette, forblir det med en minimal energiladning, resten av energien forsvinner. Hvis et elektron ikke har nok energi til å overvinne en potensiell barriere, kan det drives av en elektrostatisk kraft beskrevet av Coulombs lov i forhold til en potensiell energibarriere.
Sekvensiell ionisering
Sekvensiell ionisering er en beskrivelse av hvordan ioniseringen av et atom eller molekyl skjer. For eksempel kan et ion med en ladning på +2 bare oppstå fra et ion med en ladning på +1 eller +3. Det vil si at den digitale betegnelsen på ladningen kan endres sekvensielt, og alltid endres fra et nummer til det neste tilstøtende nummeret.
Kvante ionisering
I kvantemekanikken, i tillegg til at ionisering kan skje på klassisk måte, hvor elektronet har tilstrekkelig energi til å overvinne potensialbarrieren, er det mulighet for tunnelionisering.
Tunnelionisering
Tunnelionisering er ionisering ved hjelp av en kvantetunnel. Ved klassisk ionisering må elektronet ha nok energi til å overvinne potensialbarrieren, men en kvantetunnel lar elektronet bevege seg fritt gjennom potensialbarrieren på grunn av elektronets bølgenatur. Sannsynligheten for at en elektrontunnel oppstår gjennom en barriere reduserer eksponentielt bredden på potensialbarrieren. Derfor kan et elektron med høyere energiladning overvinne energibarrieren, hvoretter tunnelens bredde reduseres og sjansen for å passere gjennom den øker.
Inkonsekvent ionisering
Fenomenet inkonsekvent ionisering oppstår når det lette elektriske feltet blir variabelt og kombineres med tunnelionisering. Et elektron som går gjennom en tunnel kan gå tilbake ved hjelp av et vekselfelt. På dette stadiet kan det enten kombineres med et atom eller molekyl og frigjøre overflødig energi, eller gå inn i ytterligere ionisering på grunn av kollisjoner med partikler med høy energiladning. Denne ekstra ioniseringen kalles inkonsekvent av to grunner:
- Det andre elektronet beveger seg tilfeldig.
- Et atom eller molekyl med +2 ladning kan oppstå direkte fra et atom eller molekyl med nøytral ladning, så ladningen uttrykt som et heltall endres inkonsekvent.
Ikke-sekvensiell ionisering blir ofte studert ved lave laserfeltstyrker fordi ionisering vanligvis er konsistent ved høye ioniseringshastigheter.
Fenomenet inkonsekvent ionisering er lettere å forstå i en endimensjonal modell av atomet, som inntil nylig var den eneste modellen som kunne vurderes numerisk. Dette skjer når vinkelmomentet til begge elektronene forblir så lavt at de kan bevege seg effektivt i endimensjonalt rom og kan være lineær polarisering, men ikke sirkulær. Du kan betrakte to elektroner som et todimensjonalt atom, der den samtidige ioniseringen av begge atomene skjer, og dette er ioniseringen av ett todimensjonalt elektron, som blir til en sannsynlighetsstråle i en vinkel på 45° på to- elektronprojeksjon, som oppstår fra mange ladede kjerner eller et kvadratisk senter. På den annen side representerer sekvensiell ionisering utslipp fra x- og y-aksen når et todimensjonalt hyperelektron passerer gjennom Coulomb-potensialkanalene fra hyperkjernene og deretter går inn i ionisering under påvirkning av et hyperelektrisk felt ved en vinkel på 45°.
Ioniseringsenergi er hovedkarakteristikken til et atom. Det er dette som bestemmer naturen og styrken som et atom er i stand til å danne. De reduserende egenskapene til et (enkelt) stoff avhenger også av denne egenskapen.
Konseptet "ioniseringsenergi" blir noen ganger erstattet av konseptet "første ioniseringspotensial" (I1), som betyr den minste energien som trengs for at et elektron skal bevege seg bort fra et fritt atom når det er i en energitilstand kalt lavest.
Spesielt for et hydrogenatom er dette navnet gitt til energien som kreves for å fjerne et elektron fra et proton. For atomer med flere elektroner er det konseptet med en andre, tredje osv. ioniseringspotensialer.
Ioniseringsenergi er en sum, hvor ett ledd er energien til elektronet, og det andre er energien til systemet.
I kjemi er energien til et hydrogenatom betegnet med symbolet "Ea", og summen av den potensielle energien til systemet og energien til elektronet kan uttrykkes med formelen: Ea= E+T= -Z.e/ 2.R.
Fra dette uttrykket er det klart at stabiliteten til systemet er direkte relatert til ladningen til kjernen og avstanden mellom den og elektronet. Jo mindre denne avstanden er, jo sterkere ladning til kjernen, jo sterkere de tiltrekker seg, jo mer stabilt og stabilt systemet, jo mer energi må brukes på å bryte denne bindingen.
Åpenbart kan stabiliteten til systemene sammenlignes med energinivået som brukes for å ødelegge forbindelsen: jo større energi, jo mer stabilt er systemet.
Atomisk ioniseringsenergi (kraften som kreves for å bryte bindinger i et hydrogenatom) ble beregnet eksperimentelt. I dag er verdien nøyaktig kjent: 13,6 eV (elektronvolt). Senere klarte forskere, også gjennom en rekke eksperimenter, å beregne energien som kreves for å bryte atom-elektronbindingen i systemer som består av et enkelt elektron og en kjerne med en ladning som er dobbelt så stor som et hydrogenatom. Det er eksperimentelt fastslått at det i dette tilfellet kreves 54,4 elektronvolt.
De velkjente lovene for elektrostatikk sier at ioniseringsenergien som kreves for å bryte bindingen mellom motsatte ladninger (Z og e), forutsatt at de befinner seg i en avstand R, er fast (bestemt) av følgende ligning: T=Z.e/ R.
Denne energien er proporsjonal med størrelsen på ladningene og er følgelig omvendt relatert til avstanden. Dette er ganske naturlig: Jo sterkere ladningene er, jo sterkere kreftene som forbinder dem, desto kraftigere er kraften som kreves for å ødelegge forbindelsen mellom dem. Det samme gjelder avstanden: jo mindre den er, jo sterkere ioniseringsenergi, desto mer kraft må brukes for å ødelegge bindingen.
Dette resonnementet forklarer hvorfor et system av atomer med sterk kjerneladning er mer stabilt og krever mer energi for å fjerne et elektron.
Spørsmålet oppstår umiddelbart: "Hvis bare dobbelt så sterk, hvorfor øker ioniseringsenergien som kreves for å fjerne et elektron ikke to, men fire ganger? Hvorfor er den lik to ganger ladningen i kvadrat (54,4/13,6 = 4)? ".
Denne motsetningen kan forklares ganske enkelt. Hvis ladningene Z og e i systemet er i en relativt gjensidig immobilitetstilstand, er energien (T) proporsjonal med ladningen Z, og de øker proporsjonalt.
Men i et system der et elektron med ladning e roterer rundt en kjerne med ladning Z, og Z øker, avtar rotasjonsradius R proporsjonalt: elektronet tiltrekkes til kjernen med større kraft.
Konklusjonen er åpenbar. Ioniseringsenergien påvirkes av ladningen til kjernen, avstanden (radialt) fra kjernen til det høyeste punktet for ladningstettheten til det ytre elektronet; frastøtende kraften mellom ytre elektroner og et mål på penetreringskraften til et elektron.
Ionisering av atomer
Hvert atom består av en positivt ladet kjerne, der nesten hele massen av atomet er konsentrert, og elektroner, som roterer i baner rundt kjernen og danner sammen det såkalte elektronskallet til atomet. Det ytre laget av skallet inneholder elektroner som er relativt svakt bundet til kjernen. Når et atom blir bombardert av en partikkel, for eksempel et proton, kan et av de ytre elektronene rives vekk fra atomet, og atomet blir til et positivt ladet ion (fig. 6a). Denne prosessen kalles ionisering.
I en halvlederkrystall, hvor atomer inntar strengt definerte posisjoner, dannes frie elektroner og positivt ladede ioner (hull) som et resultat av ionisering.
Dermed oppstår overskudd av elektron-hull-par som ikke tidligere var til stede i krystallen. Konsentrasjonen av slike ikke-likevektspar kan til og med beregnes ved å bruke formelen:
hvor e er elektronladningen; d - dosehastighet (flukstetthet) av stråling; Med - konverteringskoeffisient, avhengig av typen stråling og energispekteret; f er levetiden til minoritetsladningsbærere.
En betydelig økning i konsentrasjonen av ladningsbærere forstyrrer funksjonen til halvlederenheter, spesielt de som opererer på ikke-majoritetsbærere.
Ioniseringsstrømmer gjennom et p-n-kryss under en atomeksplosjon kan nå store verdier (10 6 A/cm 2) og føre til svikt i halvlederenheter. For å redusere ioniseringsstrømmer er det nødvendig å redusere dimensjonene til p-n-kryss så mye som mulig.
Ris. EN- ionisering av atomet; b - krystallgitter før bestråling; V- dannelse av en strålingsdefekt i krystallen; 1 - normal posisjon av atomet; 2 - atomet er fortrengt til et interstitielt sted; 3 - opprettet ledig stilling; 4 - bombarderende partikkel
Dannelse av strålingsdefekter
Når halvledere utsettes for kjernefysisk stråling (nøytroner, protoner, gammastråler osv.), dannes det i tillegg til ionisering, som forbruker omtrent 99 % av strålingsenergien, strålingsfeil. En strålingsdefekt kan oppstå hvis energien til den bombarderende partikkelen er tilstrekkelig til å forskyve et atom fra et sted i krystallgitteret til et interstitielt sted. For eksempel blir et silisiumatom fortrengt hvis det mottar en energi på omtrent 15 - 20 eV fra en bombarderende partikkel. Denne energien kalles vanligvis terskelforskyvningsenergi. I fig. 6, i Det enkleste opplegget for dannelse av primære strålingsdefekter i en halvleder er presentert. Innkommende partikkel 4, interagerer med et gitteratom, forskyver det til interstitielt sted 2. Som et resultat opprettes ledig stilling 3. En ledig stilling og et interstitielt atom er de enkleste strålingsdefektene, eller, som de også kalles, Frenkel-par. Forskjøvet atom 2 , hvis energi over terskelen overføres til den, kan det igjen forårsake sekundære forskyvninger. En bombarderende partikkel kan også skape nye forskyvninger. Denne prosessen vil fortsette til partikkelen og det fortrengte atomet bruker all sin energi på ionisering og forskyvning eller forlater volumet av krystallen. Når den blir bombardert av en kjernefysisk partikkel, kan en hel kaskade av atomforskyvninger oppstå i en krystall som forstyrrer strukturen.
Energien som overføres til et gitteratom av et nøytron eller en tung ladet partikkel (ion, proton) i tilfelle en front mot front-kollisjon, beregnes basert på kollisjonsloven for harde kuler ved hjelp av formelen:
Loven om energisparing
Lov om bevaring av momentum
Fra (13)
hvor m - nøytronmasse; M - massen til kjernen til et halvlederatom; E m - nøytronenergi. Fra uttrykket er det klart at jo mindre massen er til kjernen til atomet som nøytronet kolliderer med, jo større energi overføres til dette atomet.
Ved bestemmelse av den kinetiske energien til rekylatomer som oppstår under påvirkning av lysladede partikler (elektroner, positroner), tas det elektriske potensialet til krystallgitteret og endringen i massen til partikkelen avhengig av hastigheten i betraktning. For tilfelle av bestråling med raske elektroner, har uttrykket formen:
hvor E max er den høyeste kinetiske energien til det fortrengte atomet; E eh - kinetisk energi til elektronet; m - elektron hvilemasse; Med - lysets hastighet; M - massen til kjernen til et halvlederatom.
Når halvledere bestråles med gammastråler, er sannsynligheten for dannelse av forskyvninger som følge av direkte interaksjon av gammastråler med atomkjerner svært liten. Forskyvninger i dette tilfellet vil oppstå på grunn av elektroner dannet i halvlederen under påvirkning av gammastråler. Følgelig bør utseendet av forskyvninger i en halvleder under bestråling med gammastråler betraktes som en sekundær prosess, dvs. Først dannes raske elektroner, og deretter, under deres påvirkning, oppstår atomforskyvninger.
I tillegg, når de bestråles med høyenergipartikler (nøytroner, protoner, elektroner), kan hele områder med strålingsforstyrrelser – uordnede områder – også dannes i halvlederkrystaller. Dette skjer fordi den bombarderende partikkelen, som har høy kinetisk energi, overfører en betydelig del av den til det fortrengte atomet, som gir sterke forstyrrelser. Deretter kan den bombarderende partikkelen til og med forlate krystallen og fly ut av den. Det fortrengte atomet, som har store geometriske dimensjoner sammenlignet med den bombarderende partikkelen og i tillegg er elektrisk ladet (et ion), siden noen av valenselektronene fjernes fra det under forskyvning, vil ikke være i stand til å fly ut av krystallen som fritt som for eksempel et nøytron. Dette hemmes av de små avstandene mellom atomene i krystallen og det elektriske feltet. Det fortrengte atomet blir tvunget til å bruke all sin enorme kinetiske energi i et lite volum på å skyve fra hverandre atomene i krystallgitteret. Dette skaper et område med strålingsforstyrrelser, som i form ligner på en kule eller ellipsoid.
Det er fastslått at for dannelsen av et område med uorden i silisium, må energien til rekylatomet (forskyvningsatomet) være mer enn 5 KeV. Størrelsen på området vil øke med økende energi. I følge resultatene av elektronmikroskopiske studier ligger størrelsen på lidelsesregionene i området 50 - 500?. Det er fastslått at konsentrasjonen av ladningsbærere i det uordnede området er mange ganger lavere enn i det uforstyrrede området av halvlederen. Som et resultat oppstår det en kontaktpotensialforskjell ved grensen til det uordnede området og hovedmatrisen til halvlederen, og det uordnede området er omgitt av en elektrisk potensialbarriere som forhindrer overføring av ladningsbærere.
Fordrevne atomer og områder med uorden regnes som primær strålingsskade på en halvleder. Antallet deres vil øke med økningen i strømmen av bombarderende partikler. Ved svært høye strømninger (mer enn 10 23 deler/cm 2) kan halvlederen miste sin krystallinske struktur, gitteret vil kollapse fullstendig og det vil bli til et amorft legeme.
Antall primære fortrengte atomer per volumenhet av en halvleder kan estimeres tilnærmet ved å bruke formelen
hvor F er partikkelfluksen (totalt); N er antall atomer i 1 cm 3 halvleder; y d er tverrsnittet av kollisjoner som forårsaker atomforskyvninger.
Kollisjonstverrsnittet er et visst effektivt område, målt i kvadratcentimeter, som karakteriserer sannsynligheten for at en partikkel, for eksempel et nøytron, kolliderer med kjernen til et atom i et stoff. Kjernen er veldig liten sammenlignet med et atom. Derfor er sannsynligheten for å treffe den svært lav. Kollisjonstverrsnittet for nøytroner med en energi på 1-10 MeV er vanligvis lik 10-24 cm 2. Men siden 1 cm 3 materie inneholder omtrent 10 23 atomer, forekommer kollisjoner ganske ofte. Så for 10 "skudd" i 1 cm 3 halvleder er det omtrent en kollisjon (treff). I samsvar med formelen ovenfor, med en strøm på 10 12 nøytroner/cm 2 i 1 cm 3 halvleder, oppstår ca. 10 11 forskyvninger av atomer, som igjen kan forårsake sekundære forskyvninger.
Det skal bemerkes at primære strålingsdefekter (interstitielt atom og ledighet) ikke er stabile. De samhandler med hverandre eller med urenheter og andre ufullkommenheter som er tilstede i krystallen. Slik dannes mer komplekse strålingsfeil, for eksempel for silisium n-type ledningsevne dopet med fosfor, de mest typiske strålingsfeilene er ledighet + fosforatom (E-senter), ledighet + oksygenatom (A-senter), divakans (sammenkobling av to ledige plasser). For tiden er det identifisert et stort antall forskjellige typer strålingsdefekter, som er preget av ulik termisk stabilitet og evne til å påvirke materialets elektriske og mekaniske egenskaper. Strålingsdefekter, avhengig av deres struktur, forårsaker utseendet til et helt spekter av energinivåer i båndgapet til en halvleder. Disse nivåene er hovedårsaken til endringer i egenskapene til halvledere ved bestråling.
Sannsynligvis har alle som i det minste til en viss grad er interessert i de eksakte vitenskapene minst en gang lurt på hva ionisering er? Denne definisjonen betyr en endoterm prosess, som et resultat av at ioner dannes fra elektrisk nøytrale partikler (atomer, molekyler). La oss se nærmere på hva denne prosessen er.
Typer ionisering
Ionisering kan skje på ulike måter, og avhengig av dette kan det dannes både positive og negative ioner. Helt siden skolen ble vi fortalt i fysikktimene at hvert elektron holdes nær sine eiere (atomer) ved hjelp av en elektrisk barriere, som hindrer dem i å spre seg i forskjellige retninger. På grunn av det eksisterer faktisk selve molekylet.
Imidlertid kan et elektron få tilstrekkelig energi til å ødelegge den elektriske barrieren og frigjøre seg fra veiledningen til et atom eller molekyl. I dette tilfellet blir ionet positivt. Omvendt dannes et negativt ion ved å fange et ekstra elektron. Kraften som ble nevnt er ikke annet enn ioniseringsenergi.
Det er to hovedtyper av denne prosessen:
- sekvensiell (klassisk);
- inkonsekvent (kvante).
I dette tilfellet er den første typen en prosess som fortsetter i henhold til kjente fysiske lover. Kvanteionisering kan forstyrre noen klassiske ideer om fysikk.
I henhold til lovene i klassisk fysikk
I følge fysikkens lover, i klassisk forstand i forhold til Bohr-atommodellen, er atom- og molekylærionisering deterministiske prosesser. Det vil si at ethvert problem kan defineres og løses gjennom beregninger. Med andre ord, for at et elektron skal forlate grensene til et atom, trenger det en energi som overstiger barriereverdien.
Du kan sammenligne med en person: for at han skal hoppe over en meter lang vegg, må han hoppe til samme høyde eller enda mer, for å være sikker. Det samme gjelder Bohr-modellen – elektronet vil ikke kunne unnslippe uten å overskride hindringen lik 13,6 eV. Som et minimum må han ha samme energiladning.
Men hva er sekvensiell type ionisering? Essensen ligger i selve navnet. Det vil si at ladningsverdien endres bare sekvensielt og ingenting annet. For eksempel kan et ion bare motta en ladning på +2 fra et annet ion, som har denne verdien lik +1 eller +3. Med andre ord, ladningen endres til forrige eller etterfølgende tilstøtende nummer.
Positive ioner
I henhold til prinsippet diskutert ovenfor, må energien som vil bli brukt for å frigjøre et elektron være lik eller til og med overstige potensialforskjellen mellom den nåværende atombindingen (molekylær orbital) og orbital på høyeste nivå.
Den absorberte energien kan være høyere enn potensialet, da er det ingen hindringer for elektronet, og det blir fritt. Ellers vil partikkelen forbli i en eksitert tilstand til energien forsvinner og den går inn i en nøytral tilstand.
Negative ioner
Som det allerede er kjent fra det som er beskrevet ovenfor, må et slikt fritt elektron under ionisering ha høy energi eller i ekstreme tilfeller ha samme styrke som verdien av barrieren for å overvinne den. Og hvis det har det, forblir elektronet med en minimal energiladning, og alt annet forsvinner. Ellers blir den underlagt den elektrostatiske kraften beskrevet av Coulombs lov i forhold til den potensielle energibarrieren.
Kvanteprosess
Heinrich Hertz oppdaget i 1887 at elektroner kan kastes ut av kroppen under påvirkning av lys, noe som førte til oppdagelsen av den fotoelektriske effekten. Dette var imidlertid i strid med bølgeteorien om lys, som ikke er i stand til å forklare lovene som forekommer i det, så vel som delingen av energi i spekteret av elektromagnetisk stråling.
13 år senere fant en annen teoretisk fysiker fra Tyskland, Max Planck, at kropper ikke bare er i stand til å absorbere elektromagnetisk energi, men også sende den ut. Dessuten gjøres dette i visse porsjoner eller kvanter. Til en viss grad forklarte dette ioniseringen av atomer.
I 1905 prøvde Albert Einstein å komme med en hypotese for å forklare kvanteteori. Fotoner, som enten kan sendes ut eller absorberes, gir elektroner tilstrekkelig energi til å overvinne potensialbarrieren. I dette tilfellet snakker vi om kvanteionisering.
Luftmiljø
Hva med luftionisering? Som vi vet, er dette miljøet som er nødvendig for eksistensen av alt liv på jorden. Dessuten inneholder den forskjellige gasser, hvorav de fleste er oksygen og nitrogen. Avhengig av den geografiske plasseringen er sammensetningen av luften forskjellig. For eksempel, på havkysten er det fortynnet med vannpartikler som ligner på menneskelig blodplasma.
Som vi nå vet, er ionisering en prosess der positive og negative ioner dannes. Men hva er luftionisering? Svaret følger. Det er verdt å merke seg at denne prosessen skjer under påvirkning av forskjellige faktorer:
- elektromagnetisk stråling;
- elektrisk felt;
- høy temperatur.
I dette tilfellet kan selve prosessen fortsette avhengig av arten av dannelsen av ioner og være:
- naturlig;
- teknologisk;
- kunstig.
Vanligvis er positive ioner skadelige for menneskekroppen, da de kan forårsake tretthet og hodepine. Dessuten, på grunn av den utilstrekkelige mengden oksygen som kommer inn i blodet, blir pulsen og pusten hyppigere. Negative ioner gir fordeler.
Fordelene med ionisert luft
Som mange eksperter bemerker, har ionisert luft en positiv effekt på kroppen vår.
Hver gang du inhalerer, forbedres personens generelle tilstand, noe som fører til positive effekter:
- ytelsesnivået øker;
- immunitet styrkes;
- depresjon forsvinner;
- søvnen går tilbake til normalen.
Det er nå klart hva luftionisering er. Generelt, takket være denne prosessen, skapes et gunstig mikroklima i rommet. Andre mener til og med at dette er en sikker måte å oppnå lang levetid på. I tillegg lar denne prosessen deg eliminere tobakksrøyk, sopp med sporene deres, så vel som andre virus, mikrober og forårsakende midler for visse sykdommer.
Naturlige og kunstige ionisatorer
Et eksempel på naturlig ionisering er naturen selv, som planter brukes til. Og disse er hovedsakelig bartrær (furu, gran). Luften er beriket med ioner til forskjellige tider under påvirkning av følgende faktorer:
- tordenvær;
- ultrafiolette stråler;
- på steder hvor vann er knust (fosser);
- Røntgen eller termisk stråling.
I midten av forrige århundre ble den berømte russiske vitenskapsmannen A.L. Chizhevsky utviklet en luftionisator for å utføre kunstig ionisering av luft. Med dens hjelp ble korte helseprosedyrer utført under streng tilsyn av medisinsk personell.
En annen av enhetene hans kalles Chizhevsky-lysekronen, som av en eller annen grunn feilaktig ble kalt en lampe. Den produserte kun negative ioner, men samtidig ble det dannet mye ozon – mer enn den tillatte normen.
Vannmiljø
Nå er det på tide å bli kjent med ionisering av vann. Akkurat som luft er det et viktig medium. Det er mer vann på planeten enn land, vi er alle 2/3 flytende, og i tillegg kan mange prosesser på jorden ikke klare seg uten dens deltakelse. Og når vannet forsvinner, vil alt liv på jorden slutte å eksistere.
Avhengig av kilden kan vannmolekyler variere i forskjellige parametere, og en av disse er vannklyngen. Hva det er? Dette er en samling molekyler som er forbundet med hverandre gjennom hydrogenbindinger. Målt i hertz (Hz). For ulike typer vann er det som følger:
- ved vannforsyningen - 106;
- for regnvann - 119;
- for våren - 122;
- for destillert - 118;
- ved brønnen - 105;
- for mineral - 94;
- for ionisert - 48.
Det er de mindre klyngestørrelsene som lar ionisert vann effektivt trenge inn i dehydrert vev i menneskekroppen. I tillegg har den svært lav overflatespenning.
Fordelene med ionisert vann
Når det gjelder ioniseringsfunksjonen, er vann som har gjennomgått denne prosessen like nyttig som luft. Det kan til og med kalles levende vann, og i sin essens er det en naturlig biostimulant. Takket være det aktiveres alle prosesser i kroppen, noe som fører til forbedret appetitt, metabolisme og generelt velvære.
I tillegg kan følgende fordelaktige egenskaper til ionisert levende vann fremheves:
- Fremmer raskere tilheling av sår.
- Har en gunstig effekt på huden, mykgjør den.
- Glatter ut rynker.
- Løser problemet med flass og forbedrer hårets utseende.
Kroppen vår gjennomgår konstant metabolisme, som et resultat av at gamle (døde) celler blir til avfall. Og utfallet av stoffskiftet er surt avfall, som kroppen vår kvitter seg med gjennom vannlating og svette.
Men hva er ionisering og hvordan kan alt dette forholde seg til helse? Faktum er at glødende rusk også kan være fast (kolesterol, fettsyrer, nyrestein og så videre). Over tid hoper det seg opp i kroppen vår, noe som fører til aldring og ulike sykdommer. Vann, som er preget av en liten klyngestørrelse (ionisert), hjelper til med å kvitte seg med unødvendig rusk. Tross alt, jo mindre surt avfall det er i kroppen, jo langsommere blir aldringsprosessen.
Samtidig er slikt vann ikke en kur mot alle sykdommer. Ikke desto mindre vil dens regelmessige bruk bidra til å forynge kroppen og øke immuniteten.
Hårpleie
Håret vårt trenger også kvalitetspleie og beskyttelse. Nesten alle kvinner rundt om i verden bruker litt tid foran speilet for å få orden på håret.
Ovenfor diskuterte vi eksempler på hvordan ionisering har en gunstig effekt på menneskekroppen, og styrker dens immunitet. Nå er det turen til å ionisere håret. Noen produsenter av skjønnhetsprodukter har allerede innsett hva som er hva, og nå er markedet fylt med mange hårfønere med ionisering. Hva gjør denne nye funksjonen?
Som du nå kan forstå, er det ikke bare positive, men også negative partikler, og førstnevnte har en dårlig effekt på menneskekroppen. Dette er spesielt merkbart på håret. Som et eksempel: akkumulering av positive ioner fører til deres elektrifisering, sterk fluffing, og de blir uregjerlige.
Negative partikler har en gunstig effekt: håret blir håndterbart og bedre fuktet på grunn av jevn fordeling av fuktighet. De får også glans og glatthet. Med andre ord er en slik prosess, eller rettere sagt graden av ionisering, et stort pluss for enhver person.