Ионизация молекул газов

При ионизации молекул газа происходит образование положительного иона и свободного электрона. Ионизация может происходить при взаимодействии атома или молекулы с материальной частицей или квантом излучения, обладающими достаточной энергией.

Для ионизации газов на практике обычно применяют у-, 0- или a-излучение.

Ионизирующая способность тех или иных частиц или квантов излучения может быть охарактеризована эффективностью ионизации е, под которой обычно понимают число положительных ионов, образуемых ионизирующей частицей или квантом излучения на пути в 1 см при температуре газа 0° С и давлении 1 мм рт. ст. Определеннее производят обычно при низких давлениях, затем пересчитывают, приводя величину 8 к Р = 1 мм рт. ст. для
удобства сравнения экспериментальных данных. На рис. 1. 1 изображены кривые эффективности ионизации различных газов электронами с энергией до 600 эв 2. Из рисунка видно, что эффективность ионизации увеличивается при увеличении энергии электронов от потенциала ионизации до ускоряющего напряжения 100—150 в. При энергии электронов более 150 эв эффективность ионизации уменьшается, так как электроны приобретают большие скорости и вероятность столкновения электрона с молекулой газа снижается.

Общее число ионов N, образованное п_е электронами, может быть определено по формуле

Нагреваемая ловушка, то это непосредственно не влияет на показания манометра.

Уравнения (1. 20) несправедливы для состояния газа, при котором длина свободного пробега значительно меньше диаметра соединительного отверстия. В этом случае условием равновесия в вакуумной системе является равенство давлений:    = Р₂,

Вследствие которого на основании уравнения состояния газа (1. 5) области вакуумной системы с различной температурой должны иметь различные молекулярные концентрации:

где I — длина траектории электрона в см.

Эффективность ионизации можно заменить величиной сечения ионизации о по уравнению

Если определять число ионов и электронов путем измерения создаваемых ими токов, то

Ионизации всегда сопутствует явление возбуждения атомов или молекул, заключающееся в том, что вырванный электрон не покидает атом, а попадает на одну из устойчивых орбит. При этом энергия Д1Г выделяется в виде излучения. Согласно квантовой теории, это излучение имеет частоту

Величина АIV может принимать любое значение из некоторого дискретного ряда, каждое из которых соответствует определенной частоте излучения. Потенциал ионизации газа соответствует наибольшей возможной частоте излучения атома v_n

В табл. 5 приведены потенциалы и энергии ионизации некоторых атомов и ионов и соответствующие длины волн Л_га1п, определяемые максимальной частотой излучения v₀. Потенциалы ионизации большинства атомов составляют около 10 в, а соответствующая им максимальная частота излучения лежит в ультрафиолетовой области спектра.

Ионизация газа путем соударения возможна лишь в том случае, если ионизирующие частицы приобретают на длине своего свободного пробега достаточную скорость, соответствующую энергии ионизации. При давлении 10“² мм pm. ctn. L_e = 1 см, поэтому для ионизации, например паров ртути, требуется электрическое поле напряженностью 10 в!см.

Приборы для измерения малых давлений в вакуумной технике называются манометрами или вакуумметрами. Они обычно состоят из двух частей — манометрического преобразователя и измерительной установки. Все многочисленные приборы для измерения малых давлений, получившие в настоящее время широкое распространение, могут быть разбиты на две группы: одна из них основана на абсолютных, другая — на относительных методах измерения.

К первой группе относятся все приборы, измеряющие давление непосредственно как силу, воздействующую на единицу поверхности измерительного элемента. Градуировочные характеристики таких приборов, как правило, могут быть рассчитаны с достаточной точностью и не нуждаются в сличении с показаниями образцовых приборов. Работа абсолютных манометров не зависит от рода газа, заполняющего измерительный объем. К таким приборам относятся поршневые, деформационные, жидкостные и компрессионные манометры. Нижний предел измеряемых давлений ограничивается величинами порядка 10~³-4-10^-8 мм рт. ст.