БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (ИО)

Если разность h n — W относительно невелика, то фотон поглощается в акте И. Фотоны больших энергий (рентгеновские, g-кванты), затрачивая при И. часть энергии D E , изменяют свою частоту на величину Dn = D E/h (см. Комптона эффект ). Такие фотоны, проходя через вещество, могут вызвать большое число актов фотоионизации. Разность D E — W (или h n — W при поглощении фотона) превращается в кинетическую энергию продуктов И., в частности свободных электронов, которые могут совершать вторичные акты И. (уже ударной).

Большой интерес представляет И. лазерным излучением. Его частота, как правило, недостаточна для того, чтобы поглощение одного фотона вызвало И. Однако чрезвычайно высокая плотность потока фотонов в лазерном пучке делает возможной И., обусловленную одновременным поглощением нескольких фотонов (многофотонная И.). Экспериментально в разреженных парах щелочных металлов наблюдалась И. с поглощением 7—9 фотонов. В более плотных газах лазерная И. происходит комбинированным образом. Сначала многофотонная И. освобождает несколько «затравочных» электронов. Они разгоняются полем световой волны, ударно возбуждают атомы, которые затем ионизуются светом, но с поглощением меньшего числа фотонов.

Фотоионизация играет существенную роль, например, в процессах И. верхних слоев атмосферы (см. Ионосфера ), в образовании стримеров при пробое электрическом газа и т. д.

Ионизованные газы и жидкости обладают электропроводностью , что, с одной стороны, лежит в основе разнообразных применений процессов И., а с другой стороны, даёт возможность измерять степень И. этих сред, т. е. отношение концентрации заряженных частиц в них к исходной концентрации нейтральных частиц.

Процессом, обратным И., является рекомбинация ионов и электронов — образование из них нейтральных атомов и молекул. Защищенный от внешних воздействий газ при обычных температурах в результате рекомбинации очень быстро переходит в состояние, в котором степень его И. пренебрежимо мала. Поэтому поддержание заметной И. в газе возможно лишь при действии внешнего ионизатора (потоки частиц, фотонов, нагревание до высокой температуры). При определённой концентрации заряженных частиц ионизованный газ превращается в плазму , резко отличающуюся по своим свойствам от газа нейтральных частиц.

Особенность И. жидких растворов состоит в том, что в них молекулы растворённого вещества распадаются на ионы уже в самом процессе растворения без всякого внешнего ионизатора, за счёт взаимодействия с молекулами растворителя. Взаимодействие между молекулами приводит к самопроизвольной И. и в некоторых чистых жидкостях (вода, спирты, кислоты). Этот дополнительный механизм И. в жидкостях называется электролитической диссоциацией .

2) И. в твёрдом теле — процесс превращения атомов твёрдого тела в заряженные ионы, связанный с переходом электронов из валентной зоны кристалла в зону проводимости (в случае примесных атомов — с потерей или захватом ими электронов). Энергия И. W в твёрдом теле имеет величину порядка ширины запрещенной зоны E ¶(см. Твёрдое тело ). В кристаллах с узкой запрещенной зоной электроны могут приобретать W за счёт энергии тепловых колебаний атомов (термическая И.); при фотоионизации необходимые энергии сообщаются электронам проходящими через твёрдое тело (или поглощаемыми в нём) фотонами. И. происходит также, когда через тело проходит поток заряженных (электроны, протоны) или нейтральных (нейтроны) частиц.

Особый интерес представляет ударная И. в сильном электрическом поле, наложенном на твёрдое тело. В таком поле участвующие в электропроводности электроны в зоне проводимости могут приобрести кинетические энергии большие, чем E ¶, и «выбивать» электроны из валентной зоны, где они не участвуют в электропроводности. При этом в валентной зоне образуются дырки , а в зоне проводимости вместо каждого «быстрого» электрона появляется два «медленных», которые, ускоряясь в поле, могут, в свою очередь, стать «быстрыми» и вызвать И. Вероятность ударной И. возрастает с ростом напряжённости электрического поля. При некоторой критической напряжённости ударная И. приводит к резкому увеличению плотности тока, т. е. к электрическому пробою твёрдого тела.

Лит.: Грановский В. Л., Электрический ток в газе. Установившийся ток, М., 1971; Месси Г., Бархоп Е., Электронные и ионные столкновения, пер. с англ., М., 1958; Энгель А., Ионизованные газы, пер. с англ., М., 1959; Федоренко Н. В., Ионизация при столкновениях ионов с атомами, «Успехи физических наук», 1959, т. 68, в. 3; Атомные и молекулярные процессы, под ред. Д. Бейтса, пер. с англ., М., 1964; Вилесов Ф. И., Фотоионизация газов и паров вакуумным ультрафиолетовым излучением, «Успехи физических наук», 1963, т. 81, в. 4; Райзер Ю. П., Пробой и нагревание газов под действием лазерного луча, там же, 1965, т. 87, в. 1; Физика твёрдого тела, сб. статей, №2, М.—Л., 1959; Вул Б. М., О пробое переходных слоев в полупроводниках, «Журнал технической физики», 1956, т. 26, в, 11; Келдыш Л. В., Кинетическая теория ударной ионизации в полупроводниках, «Журнал экспериментальной и теоретической физики», 1959, т.37, в. 3.

Рис. 1. Ионизация атомов и молекул водорода электронным ударом: 1 — атомы H; 2 — молекулы H 2(экспериментальные кривые).

Рис. 2. Ионизация аргона ионами He+. На оси абсцисс отложена скорость ионизующих частиц. Пунктирные кривые — ионизация аргона электронным ударом.

Иониза'ция пове'рхностная,см. Поверхностная ионизация .

Ионизи'рующие излуче'ния,ионизующие излучения, излучения, взаимодействие которых со средой приводит, в конечном счёте, к ионизации атомов и молекул. К И. и. относятся: электромагнитное излучение, потоки a-частиц, электронов, позитронов, протонов, нейтронов и др. заряженных и нейтральных частиц. Заряженные частицы ионизуют атомы среды непосредственно при столкновениях, если их кинетическая энергия достаточна для ионизации . При прохождении через среду потоков нейтральных частиц (нейтронов) или фотонов (квантов рентгеновского и g-излучений) ионизация обусловлена вторичными заряженными частицами, возникающими в результате взаимодействия первичных частиц со средой.

И. и. играют большую роль в различных физических и химических процессах, в биологии, медицине, сельском хозяйстве и промышленности. Многие химические реакции под влиянием И. и. осуществляются с большей лёгкостью или протекают при значительно меньших температурах и давлениях (см. Радиационная химия ). И. н. применяются для стерилизации, пастеризации и хранения пищевых продуктов, фармацевтических препаратов и т. д. В результате действия И. и. можно получить разнообразные мутации у микроорганизмов и растений (см. Биологическое действие ионизирующих излучений ).