Перезарядка ионов

Перезаря́дка ио́нов — изменение зарядового состояния положительных ионов при их взаимодействии с атомами или молекулами других веществ или поверхностью твёрдого тела путём обмена электронами.

Физические основы

Перезарядка ионов происходит по следующей схеме:

$I^{+}+B^{\circ }\Rightarrow I^{\circ }+B^{+}$,

где $I^{+}$ — положительный ион, $B^{\circ }$ — нейтральный атом или молекула, $I^{\circ }$ — нейтральный ион, $B^{+}$ — ионизированный атом (молекула) после взаимодействия с положительным ионом.

Если суммарная энергия системы «ион — атом (молекула)» после взаимодействия остаётся неизменной, то такую систему называют резонансной. Часто такой системой является «положительный ион — атом» того же вещества, что и положительный ион.

Одним из параметров, описывающих процесс перезарядки ионов, является эффективное сечение перезарядки $\sigma$, которое, в свою очередь, зависит от природы взаимодействующих частиц, их относительной скорости относительно друг друга, а так же параметра Месси:

$\xi =a{\frac {\Delta {\mathcal {E}}}{\hbar v}}$,

где $a$ — расстояние, сравнимое с размером атома (молекулы), $\Delta {\mathcal {E}}$ — изменение внутренней энергии системы взаимодействующих частиц, $\hbar$ — постоянная Планка, $v$ — относительная скорость частиц.

Параметр Месси в случае резонансной симметричной перезарядки ионов равен 0, а сечение перезарядки $\sigma$ увеличивается.

При нерезонансной перезарядке сечение перезарядки $\sigma$ обладает максимумом при значении параметра Месси, близком к 1.

При значениях параметра Месси $\xi \ll 1$ поведение и величина сечения перезарядки $\sigma$ ведёт себя так же, как и в случае симметричной резонансной перезарядки ионов, а в случае параметра Месси $\xi \gg 1$ эффективное сечение экспоненциально уменьшается вместе с относительной скоростью частиц $v$.

Существуют случаи, когда резонансная перезарядка ионов происходит с образованием атома в возбуждённом состоянии, причём с образованием ионов с с двумя электронами (в электроотрицательных газах), а также на поверхности металлов, где ион становится нейтральным, получая необходимы для этого электрон из металла.

Перезарядка ионов наблюдается в ионизированной плазме при высоких температурах, при столкновениях пучков атомов в ускорителях, при бомбардировках пучками атомов плазмы из того же вещества, что и атомы этих пучков, при электрических разрядах в плазме и др.

Литература

• Мотт Н., Месси Г. Теория атомных столкновений. — Москва : Мир, 1969.

Ссылки

• Намагничивание

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Перезарядка ионов», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Перезарядка_ионов» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».