Перезарядка ионов

Перезарядка 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) определяется родом частиц А и В и скоростью их относительного движения; она зависит от параметра aDE/hu (а — размер ионизуемой частицы, DЕ — изменение внутренней энергии, h — Планка постоянная, v — относительная скорость частиц). При уменьшении v сечение П. и. сильно уменьшается для нерезонансной П. и. (когда aDE/hu >> 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.

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