Рекомбинация ионов

Рекомбинация ‒ процесс, обратный ионизации, т.е. процесс образования нейтральных молекул при столкновении ионов противоположных знаков.

При ионизации газа может происходить объемная ионизация, которая осуществляется в виде равномерного распределения капелек по всему объему (например, ионизация g-лучами) или колонная ионизация вдоль пути движения тяжелых частиц. Могут также протекать обратные процессы – объемная или колонная рекомбинация.

Объемная рекомбинация ‒ количество рекомбинирующих за единицу времени в единице объема пар ионов пропорционально концентрации ионов каждого знака.

Пусть n₁ и n₂ ‒ число положительных и отрицательных ионов в 1 см³;

q ‒ число пар ионов, образующихся вновь за счет ионизации за 1 с в 1 см³. Тогда:

, (2.5)

где a ‒ коэффициент рекомбинации, определяющий вероятность рекомбинации для данного газа при постоянных температуре и давлении.

Если n₁ = n₂ = n (а это справедливо в большинстве случаев, n₁ не равно n₂ только в специальных условиях, изменяющих концентрацию ионов одного знака), то:

, (2..6)

Исследуем два частичных решения этого уравнения.

1) Стационарное состояние , т.е. число образующихся ионов равно числу рекомбинирующих ионов. Оно наступает через длительный промежуток времени.

q=an²; n=. (2.7)

Это уравнение дает возможность вычислить плотность ионизации (концентрации ионов) при наступлении стационарного состояния в зависимости от интенсивности излучения (q) и от свойств газа (a); или наоборот: на основании измерений плотности ионизации судить об интенсивности излучения.

2) Рекомбинация после однократной кратковременной ионизации:

q=0, тогда , (2.8)

при t = 0, n = n₀ и ; ;

n_o ‒ n = a·t∙n·n_o; n_o = n + a·t·n·n_o; (2.9)

n_o = n(1 + n_o·a·t); (2.10)

. (2.11)

Это уравнение определяет закон убывания концентрации ионов во времени после кратковременной однократной ионизации (или после удавления источника ионизации). Из этого уравнения следует, что концентрация ионов уменьшается в 2 раза, т.е. n = 1/2n_o за время t _½ = 1/ a×n_o.

Коэффициент рекомбинации зависит от рода газа и от давления.

Приведем таблицу значений a для некоторых газов при 0 ^°С и р = 1 атм.

Таблица 2.4 ‒ Значения коэффициентов рекомбинации различных газов

Газ	Воздух	СО2	Н2	О2	Ar	CO
Коэффициент рекомбинации, a×10^‒6	1,66	1,7	1,45	1,6	1,2	0,85

В области давлений, близких к атмосферному, коэффициент рекомбинации пропорционален давлению, при высоких давлениях рост a замедляется.

Дата добавления: 2014-01-14