Ионизация полем (полевая ионизация, автоионизация). РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Ионизация полем (полевая ионизация, автоионизация) - процесс ионизации атомов и молекул газа в сильных электрич. полях. Связанный в атоме электрон можно представить себе находящимся в потенц. яме (рис. 1, а). При включении электрич. поля напряжённостью Е к нач. потенц. энергии электрона V₀(x), находящегося в точке х, добавляется потенц. энергия еЕх, где е - заряд электрона. Вследствие этого потенц. яма становится асимметричной - с одной её стороны образуется потенц. барьер конечной ширины

Рис. 1. Диаграммы потенциальной энергии электрона в свободном пространстве без поля (а) и при наличии поля (б).

x₁x₂ (рис. 1, б), сквозь к-рый электрон может "просочиться", т. е. будет иметь место туннельный эффект и будет возможна ионизация с нижнего (основного) уровня атома. Вероятность W(V, E) туннелирования электрона сквозь потенц. барьер определяется ф-лой:

где V(x)=V₀(x)+eEx и E - соответственно потенц. и полная энергия электрона, m - его масса. Вероятность туннелирования W(V, E) резко увеличивается при уменьшении площади барьера над прямой х₁х₂. Это происходит при увеличении напряжённости поля Е или при повышении энергии электрона в атоме E к.- л. др. способами (напр., при туннелировании электронов с возбуждённых уровней). Так, вероятность И. п. атома водорода из осн. состояния достигает заметной величины лишь при E~10⁸ В/см, а из возбуждённых состояний - уже при Е~10⁶ В/см. Экспериментально впервые обнаружена именно полевая ионизация возбуждённых атомов: в спектре испускания атомов водорода, находящихся во внеш. электрич. поле напряжённостью ~10⁶ В/см, было обнаружено уменьшение интенсивности линий, связанных с квантовыми переходами электронов из наиболее высоких возбуждённых состояний в основное. Явление было объяснено тем, что И. п. возбуждённых атомов становится более вероятным процессом, чем их излучательный переход в основное состояние, и свечение этих линий затухает. Наиб, полно исследована И. п. вблизи поверхности металла, т. к. она используется в полевом ионном микроскопе для получения увеличенного изображения поверхности (см. Ионный проектор).

Рис. 2. Диаграмма потенциальной энергии электрона в сильном электрическом поле у поверхности металла.

Вероятность И. п. у поверхности металла оказывается значительно большей, чем в свободном пространстве при той же напряжённости поля, что обусловлено действием сил "изображения", снижающих потенц. барьер (см. Шоттки эффект ).Однако И. п. возможна лишь в том случае, когда расстояние атома от поверхности превышает нек-рое критич. расстояние x_кр. Это связано с тем, что при обычных темп-pax для осуществления туннельного перехода электрона в металл необходимо, чтобы осн. уровень энергии электрона в атоме был поднят электрич. полем хотя бы до уровня Ферми (см. Ферми-энергия)в металле (рис. 2). Если атом приблизится к поверхности на x<x_кр, то уровень энергии электрона в атоме окажется ниже уровня Ферми в металле и W резко уменьшится. С др. стороны, удаление атома от поверхности металла при x>x_кр также приводит к резкому уменьшению W. Поэтому И. п. практически имеет место в пределах некоторой области вблизи x_кp. В рабочем режиме полевого ионного микроскопа полуширина этой зоны составляет 0,02- 0,04 нм. Явление И. п. применяется также при создании ионных источников для масс-спектрометров .Достоинством таких источников является отсутствие в них накалённых электродов, а также то, что в них удаётся избежать диссоциации анализируемых молекул. Кроме того, с помощью таких ионных источников можно наблюдать специфич. хим. реакции, происходящие лишь в сильных электрич. полях.

Литература по ионизации полем (полевой ионизации, автоионизации)

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.