Warto przeczytać

Jonizacja to zjawisko, w wyniku którego obojętny atom lub cząsteczka zamienia się w jon. Mówiąc o gazach, dla uproszczenia, ograniczymy się tu do rozważań dotyczących pojedynczych atomów, w których jonizacja może na przykład nastąpić w wyniku wybicia jednego z elektronów. Powstaje wtedy jon dodatni (kationKationkation) i wolny elektron. Aby jednak do tego doszło, energia przekazana atomowi musi wystarczyć do przezwyciężenia przyciągania elektrycznego pomiędzy ujemnym elektronem a dodatnim jądrem atomowym. Najmniejsza wartość tej energii nosi nazwę energii jonizacji i jest charakterystyczna dla danego pierwiastka.

JonizacjaJonizacjaJonizacja atomów gazu zachodzi w wyniku ich zderzenia z „jakimiś” obiektami lub wskutek działania silnego pola elektrycznego (zob. materiał pt. Wpływ natężenia pola elektrycznego na jonizację gazów). Obiektami, które mogą się zderzyć z atomami gazu są inne atomy tego samego gazu lub cząstki jądrowego promieniowania jonizującego: alfaPromieniowanie alfaalfa ($\alpha$), betaPromieniowanie betabeta ($\beta$) i gammaPromieniowanie gammagamma ($\gamma$). Jeżeli nastąpi wiele takich zdarzeń, gaz zaczyna przewodzić prąd elektryczny.

Istnieje kilka czynników, które wpływają na jonizację gazów, czyli na to, ile atomów zostanie zjonizowanych przez pojedynczą cząstkę promieniowania jonizującego.

Jest oczywiste, że taka cząstka musi posiać energię kinetyczną równą co najmniej energii jonizacjiEnergia jonizacjienergii jonizacji atomu. Jeśli jednak jej energia jest o wiele większa od energii jonizacji pojedynczego atomu, wówczas, wskutek kolejnych zderzeń, może dojść do jonizacji wielu atomów.

Interesujące jest to, że przy bardzo dużych prędkościach cząstek wpadających w obszar gazu, liczba jonizowanych atomów jest mniejsza niż obserwowana w zakresie ich umiarkowanych prędkości. Obrazowo można powiedzieć, że cząstki jonizujące tak szybko przelatują w pobliżu atomów, że „nie nadążają” z ich jonizacją. W rzeczywistości, aby wyjaśnić tę nietrywialną obserwację trzeba uciec się do teorii kwantowych, czego tutaj robić nie będziemy.

RdN1JEsUGQrPx

Rys. 1. Rysunek przedstawia poglądowo, jak absorbowane są trzy rodzaje promieniowania jonizującego: alfa, beta, gamma. Po lewej zaznaczono dwie cząstki alfa i beta w postaci korpuskuł i promieniowanie gamma w postaci linii falowych. Przed cząstkami pionowo ustawiono trzy przeszkody: kartkę papieru, cienką płytę aluminium i grubą płytę ołowianą. Promieniowanie alfa zatrzymuje się na kartce papieru, promieniowanie beta przechodzi przez papier, ale zatrzymuje je płyta aluminiowa, a promieniowanie gamma przechodzi przez wszystkie trzy przeszkody. Za ołowianą płytą jest tylko jedna linia falowa, co oznacza osłabienie natężenia tego promieniowania.

Promieniowanie jonizujące ma różną przenikliwość (zob. Rys. 1). Wynika to miedzy innymi z różnych „rozmiarów” poszczególnych cząstek promieniowania. Łatwo domyśleć się, że wielkość cząstki wpadającej w obszar gazu ma wpływ na liczbę zderzeń z atomami: im większa cząstka tym większe prawdopodobieństwo zderzenia. Oczywiście, prawdopodobieństwo to rośnie także wraz ze wzrostem liczby atomów gazu przypadającej na jednostkę objętości.

Zjawisko jonizacji gazów, które skutkuje zwiększeniem zdolności przewodzenia przez nie prądu elektrycznego, wykorzystano w praktyce w wielu urządzeniach. Na przykład, trudno byłoby wykryć i badać promieniowanie gamma lub różne cząstki elementarne gdyby nie fakt, że powodują one jonizację powietrza i innych gazów. Buduje się więc tzw. komory jonizacyjneKomora jonizacyjnakomory jonizacyjne, w których jony i elektrony wytworzone wskutek zderzeń z badanymi cząstkami docierają do elektrod pod napięciem. Badania odbywają się poprzez pomiar prądu jonizacyjnego (komora prądowa) lub zliczanie oddzielnych impulsów (komora impulsowa, na przykład licznik Geigera‑MülleraLicznik Geigera‑Mülleralicznik Geigera‑Müllera).

Słowniczek