* Данный текст распознан в автоматическом режиме, поэтому может содержать ошибки

315 ИОНЫ 316 э н е р г и и и л и б ы с т р ы х ч а с т и ц . В с л е д с т в и е этого г а з о ­ в ы е И . н е и г р а ю т заметной р о л и в о с н о в н ы х п р о ц е с с а х х и м и ч . т е х н о л о г и и . О д н а к о в с в я з и со в с е в о з р а с т а ю ­ щ е й р о л ь ю р а д и а ц и о н н ы х я в л е н и й , в п е р в у ю очередь в я д е р н о й технике, с повышением интереса к новым технич. использованиям электроразрядной плазмы и с бурным развитием работ, касающихся верхних с л о е в атмосферы, в п о с л е д н и е г о д ы р е з к о в о з р о с интерес к изучению химии И. в газах. 1. Э л е м е н т а р н ы е п р о ц е с с ы о б р а з о в а н и я и о и о в в г а ­ зах. О б р а з о в а н и е и о н о в п р и у д а р е э л е к т р о н а о м о л е к у л у (см. т а к ж е Иони­ зации потенциал). Если энергия электрона равна э н е р г и и и о н и з а ц и и м о л е к у л ы и л и п р е в ы ш а е т ее, то при ударе электрона о молекулу с определенной вероятностью образуется положительный молеку­ л я р н ы й И. С повышением энергии электрона вероят­ ность ионизации растет, вначале линейно с энергией, д о с т и г а я м а к с и м у м а в о б л а с т и э н е р г и й , соответствую­ щ и х 3—5 п о т е н ц и а л а м и о н и з а ц и и . Н а р я д у с п р о ц е с ­ сами ионизации при ударе электрона о молекулу про­ исходят процессы диссоциативной ионизации, н а п р . . СН - f е 4 П р и с т о л к н о в е н и и э л е к т р о н о в со м н о г и м и м о л е к у ­ л а м и с о п р е д е л е н н о й в е р о я т н о с т ь ю о б р а з у ю т с я и от­ р и ц а т е л ь н ы е И . ; п р и этом т а к ж е в о з м о ж н а недиссо­ циативная и диссоциативная ионизация. Примерами соответствующих процессов я в л я ю т с я : S F 4- е SFIT СС1 4- е - > СС1 4- С1СО 4-е - + С + - Ь О - + е 6 4 3 СН+ - f Н - f 2е Такой процесс становится возможным, когда энергия э л е к т р о н а достигает соответствующего порога. Т а к , в п р и в е д е н н о м в ы ш е п р и м е р е этот п о р о г ( н а з ы в а е т с я потенциалом появления иона С Н ) равен сумме D ( С Н — Н) + J (СН ), где J — энергия ионизации радикала, D — энергия диссоциации. В з а в и с и м о с т и от с т р у к т у р ы и э н е р г е т и к и м о л е ­ к у л ы соотношение между вероятностями различных путей диссоциативной ионизации бывает весьма р а з ­ л и ч н ы м . К о г д а э н е р г и я э л е к т р о н а д о с т и г а е т 70— 100 эв, это с о о т н о ш е н и е у ж е п е р е с т а е т з а м е т н о м е ­ няться с энергией электронов. В табл. 1 представ­ лены относительные вероятности образования различ­ ных И. п р и бомбардировке электронами с энергией 70 эв. З а 100 п р и н я т а м а к с и м а л ь н а я в е р о я т н о с т ь обра­ зования И . Можно видеть, что в случае наиболее распространенных двухатомных молекул ионизация в основном н е с о п р о в о ж д а е т с я д и с с о ц и а ц и е й ; с л а б о диссоциируют при ионизации ароматич. молекулы; молекулы насыщенных углеводородов, напротив, пре+ 3 3 3 терпевают Таблица 1. Молекула N СО 2 в основном диссоциативную ионизацию. ионов Относительные вероятности образования Ионы и вероятности нх образования N + (100), N+ (4,3) СО+(100), С+<4,7), 0+ (1,7) С Н + ( 1 0 0 ) , C H H - ( 6 5 ) , С Н + ( 6 2 ) , С Н + (11,7), C + (3,7), С Н + (6,3), С Н + (3,5) С Н + (12,3), C H + ( 1 0 0 ) , С Н + ( 2 7 , 3 ) , С Н + (12,5), С Н + (44,2), С Н + (37,1) C H + (100), С Н + (14), С Н + (19), С Н + (14) 2 2 4 2 2 2 2 s г 4 1 0 S 7 3 5 3 3 2 5 8 3 E E е 5 4 4 3 3 сн в 4 4 н-С Ню Се Не Вероятность процесса ионизации количественно обычно в ы р а ж а е т с я в е л и ч и н о й с е ч е н и я иони­ зации, принятой при описании столкновения л ю б ы х ч а с т и ц . Этот т е р м и н о б о з н а ч а е т э ф ф е к т и в н у ю площадь поперечного сечения молекулы, в к-рую д о л ж е н п о п а с т ь э л е к т р о н , чтобы п р о ц е с с и о н и з а ц и и произошел. Д л я процессов ионизации электронами с э н е р г и е й 100—300 эв сечение и о н и з а ц и и имеет в е л и ­ ч и н ы в п р е д е л а х Ю * — 1 0 ~ см и обычно п р о п о р ­ ц и о н а л ь н о г е о м е т р и ч . р а з м е р а м м о л е к у л . З н а я сече­ ние ионизации с, можно рассчитать количество ионов N образующихся в слое газа толщиной d в резуль­ тате прохождения через него N электронов: - 1 1 4 2 it e JVj = andN e В этой ф о р м у л е п — к о н ц е н т р а ц и я молекул в газе. Молекулярные отрицательные И. образуются в р е з у л ь т а т е з а х в а т а э л е к т р о н а . П р и этом в ы д е л я е т с я э н е р г и я , р а в н а я в е л и ч и н е сродства м о л е к у л ы к электрону. В том случае, если энергия, передан­ н а я отрицательному И. в результате присоединения электрона к молекуле, выделится в виде энергии излучения и л и (при ионизации в газе с повышен­ н ы м давлением) будет п е р е д а н а д р у г о й м о л е к у л е при столкновении с ней, молекулярный отрицатель­ н ы й И . будет с т а б и л ь н ы м . Е с л и ж е т а к и е с т а б и л и з и ­ р у ю щ и е и о н п р о ц е с с ы н е у с п е ю т п р о и з о й т и , то он распадется либо на нейтральный и отрицательно заря­ жённый осколок, либо на исходные частицы — моле­ кулу и электрон. У нек-рых молекул энергия, выделяющаяся при присоединении электрона, переходит во внутреннюю энергию образующегося отрицательного И . , к-рый п р и этом остается с т а б и л ь н ы м . О д н а к о т а к о й п е р е х о д э н е р г и и м о ж е т п р о х о д и т ь т о л ь к о в т о м с л у ч а е , если энергия электронов, сталкивающихся с молекулой, имеет строго о п р е д е л е н н о е з н а ч е н и е . П р и с т о л к н о в е ­ нии электронов с другой энергией молекулярные о т р и ц а т е л ь н ы е И . п р а к т и ч е с к и н е о б р а з у ю т с я . Опи­ санные процессы образования отрицательных И. н а з . р е з о н а н с н ы м и . О б р а з о в а н и е о т р и ц а т е л ь н ы х И. и с п о л ь ­ з у е т с я , н а п р . , д л я у с т а н о в л е н и я ш к а л ы абсолют­ ных значений энергий электронов при исследова­ н и я х методом э л е к т р о н н о г о у д а р а . Ч а щ е всего п р и этом и с п о л ь з у е т с я и о н и з а ц и я э л е к т р о н а м и моле­ к у л S F . О б р а з о в а н и е и о н о в SFg м а к с и м а л ь н о в том с л у ч а е , е с л и э н е р г и я э л е к т р о н о в р а в н а 0 ± 0,01 эв. Отрицательные И. могут образовываться также в ре­ зультате диссоциации возбужденных электронным ударом молекул на положительный и отрицательный осколки. Ф о т о и о н и з а ц и я . Когда энергия кванта света п р е в о с х о д и т э н е р г и ю и о н и з а ц и и атома и л и м о л е к у л ы , в з а и м о д е й с т в и е к в а н т а света с н е й т р а л ь н о й ч а с т и ц е й с о п р е д е л е н н ы м сечением п р и в о д и т к о б р а ­ зованию И. Дальнейшее увеличение энергии кванта может приводить к диссоциативной ионизации моле­ к у л ы . З а в и с и м о с т ь эффективного с е ч е н и я фотоиони­ з а ц и и от э н е р г и и к в а н т о в о т л и ч а е т с я от соответствую­ щей зависимости в случае ионизации электронным у д а р о м . К в а н т света с м а к с и м а л ь н о й в е р о я т н о с т ь ю и о н и з и р у е т атом (а в о м н о г и х с л у ч а я х и м о л е к у л у ) , к о г д а его э н е р г и я р а в н а э н е р г и и и о н и з а ц и и и л и н е м н о г о (на О Д — 1 эв) п р е в о с х о д и т ее. Эта осо­ бенность ионизации квантами света позволяет точно определять сами потенциалы ионизации мо­ лекул. И о н и з а ц и я п р и с о у д а р е н и я х ней­ т р а л ь н ы х ч а с т и ц . И о н и з а ц и я в этом с л у ч а е может происходить, если относительная энергия дви­ ж е н и я ч а с т и ц п р е в о с х о д и т э н е р г и ю и о н и з а ц и и . Счи­ т а л о с ь , что в е р о я т н о с т ь и о н и з а ц и и будет т о л ь к о очень медленно р а с т и с у в е л и ч е н и е м к и н е т и ч . э н е р г и и частиц, достигая максимума п р и энергии, на несколь­ ко порядков превосходящей пороговую энергию иони­ зации. Однако эксперименты последнего времени п о к а з ы в а ю т , ч т о , по-видимому, в о м н о г и х с л у ч а я х сечение и о н и з а ц и и растет с э н е р г и е й г о р а з д о быстрее, достигая величины порядка 10~ —10~ см п р и э н е р г и и , в 3—100 р а з п р е в о с х о д я щ е й п о р о г о в о е з н а 6 17 1е 2