ПОВЕРХНОСТНАЯ ИОНИЗАЦИЯ

         Взаимодействие частиц с поверхностями отображают кривыми типа показанной на рис. 1. Переход с кривой для нейтральных частиц А на кривую для ионов А⁺ на расстоянии х → ∞ от поверхности соответствует ионизации (См.Ионизация) частицы с переводом освободившегося электрона в твёрдое тело. Требуемая для этого энергия равна e (V—φ); V — Ионизационный потенциал частицы, еφ — Работа выхода тела, е — заряд электрона. Выражение α через эти величины приводит к Ленгмюра — Саха уравнению (См. Ленгмюра - Саха уравнение), причём для положительной П. и. (l_i+ — l₀) = e (V —φ), а для отрицательной П. и. (l_i- — l₀) = е (φ—S), где eS — энергия сродства к электрону (См. Сродство к электрону) частицы. П. и. наиболее эффективна (α велико) для частиц с l_i < l₀ или φ > V и S > φ; α для них уменьшается с ростом Т. При обратных неравенствах П. и. усиливается с возрастанием Т (рис. 2). l_i и l₀ зависят от N — обычно l_i растет, а l₀ падает с увеличением N. Если при Т > Т₀ соблюдается условие эффективной П. и. (l_i < l₀ и ν_i >> ν₀), то при Т = Т₀ знак (l₀ — l_i) меняется, а α начинает скачкообразно падать до малых значений. Т₀ называется температурным порогом П. и.

         Внешнее электрическое поле Е, ускоряющее ионы с поверхности, снижает величину l_i. При E < 10⁷ в/см это снижение Δl = е -4(E должно быть выражено в в/см). Соответственно растет α. Если l_i < l₀ и ν_I > ν₀, Е при стационарной П. и. уменьшает N и T₀. Так, T₀ для атомов Cs на W с 1000 К при Е = 10⁴ в/см снижается до 300 °K при Е = 10⁷ в/см. Это даёт основание рассматривать явления десорбции и испарения ионов электрическим полем при низких Т как П. и. Современная экспериментальная техника позволяет наблюдать П. и. частиц с V ≤ 10 в и S ≥ 0.6 в. С помощью электрического поля эти пределы могут быть существенно расширены.

         Приведённые выше закономерности П. и. справедливы (подтверждены опытом) для однородных поверхностей. Однако на практике чаще приходится иметь дело с неоднородными поверхностями. на которых l₀, l_i, φ и N неодинаковы на различных участках. В таких случаях указанные зависимости α от Т и Е сохраняются для некоторых усреднённых значений l₀, l_i и φ.

         П. и. широко используется в ионных источниках (См. Ионный источник) различного назначения, в чувствительных детекторах частиц, для компенсации объёмного заряда электронов в термоэлектронных преобразователях (См. Термоэлектронный преобразователь), перспективна для создания плазменных двигателей (См. Плазменные двигатели), а также лежит в основе многих методов изучения физико-химических характеристик поверхностей твёрдых тел и взаимодействующих с ними частиц.

         Лит.: Зандберг Э. Я., Ионов Н. И., Поверхностная ионизация, М,, 1969.

         Н. И. Ионов.

        

        Рис. 1. Потенциальные кривые взаимодействия систем поверхность твёрдого тела — нейтральная частица (А) и поверхность — положительный ион (А⁺); х — удаление от поверхности; U(x) — энергия связи частицы с поверхностью. Расстояние х_р соответствует равновесному состоянию частицы у поверхности, а глубины «потенциальных ям» l_i и l₀ равны теплотам десорбции иона и нейтральной частицы соответственно. Разность l_i—l₀ в данном случае равна разности энергии ионизации eV нейтральной частицы (V — её ионизационный потенциал, е — заряд электрона) и работы выхода поверхности eφ.

        

        Рис. 2. Характерные зависимости степени поверхностной ионизации α в стационарных процессах от температуры T: 1 — для случая, когда теплота десорбции иона l_i, меньше теплоты десорбции нейтральной частицы l₀; 2 — в случае, когда l_i>l₀. T₀ — температурный порог поверхностной ионизации.