Перезарядка ионов

Перезаря́дка ионов

Процесс взаимодействия положительных Ионов с нейтральными атомами (молекулами) или поверхностью твёрдого тела, сопровождающийся обменом электронами между взаимодействующими частицами. (Часто нестрого называется П. и. и аналогичные взаимодействия отрицательных ионов.) П. и. в газах и жидкостях происходит по схеме А⁺ + B⁰ → A⁰ + В⁺ (верхние индексы соответствуют заряду частицы). Если П. и. не сопровождается изменением внутренней энергии системы взаимодействующих частиц, она называется резонансной. Таким процессом является, например, обмен электроном между атомарным ионом и атомом того же элемента (или же между молекулярным ионом и молекулой того же вещества). Вероятность П. и. (характеризуемая её эффективным поперечным сечением (См. Эффективное поперечное сечение)) определяется родом частиц А и В и скоростью их относительного движения; она зависит от параметра aΔE/hυ (а — размер ионизуемой частицы, ΔЕ — изменение внутренней энергии, h — Планка постоянная, v — относительная скорость частиц). При уменьшении v сечение П. и. сильно уменьшается для нерезонансной П. и. (когда aΔE/hυ >> 1) и монотонно возрастает для резонансной. Типичный пример — перезарядка протонов на атомарном и молекулярном водороде (рис.). Процессы П. и. могут играть существенную роль в энергетическом балансе горячей плазмы (См. Плазма).

Возможна также резонансная П. и. с образованием нейтрального атома (молекулы) не в основном, а в возбуждённом состоянии, когда электрон захватывается на один из свободных верхних уровней энергии (См. Уровни энергии) (см. Атом, Молекула).

П. и. вблизи поверхности металла (при захвате ионом электрона из металла) происходит аналогично П. и. в газах. Особый вид П. и.— захват двух электронов с образованием отрицательного иона — возможен для положительных атомарных или молекулярных ионов электроотрицательных газов (см. Сродство к электрону, Электроотрицательность).

Основную роль в механизме П. и. играет Туннельный эффект. П. и. широко используется в различных вариантах активной и пассивной диагностики плазмы (См. Диагностика плазмы). См. также Ионизация, Столкновения атомные.

Лит.: Месси Г., Бархоп Е., Электронные и атомные столкновения, пер. с англ., М., 1958; 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.

Эффективные сечения σ перезарядки ионов водорода (протонов) в атомном (резонансная перезарядка) и молекулярном (нерезонансная перезарядка) водороде: v — относительная скорость сталкивающихся частиц.