[科普中国]-气体电离

物理过程

通常，气体的原子或分子都是不带电的。当α射线β射线通过物质时，这些粒子所带电荷与气体分子中的核外电子间将产生库仑作用力(吸引或排斥)，当气体分子与带电粒子距离很近时，相互作用很强，以致有可能使气体分子的一个核外电子被拉出来，离开原来的分子而独立运动，原来是中性的气体分子成为一个带负电的电子和一个带正电的正离子，这种现象叫做气体的电离。因为辐射粒子射入气体后将前进一段路程，在它经过的途径上将会发生一系列的电离现象，产生了很多电子-正离子对，直到辐射粒子能量逐渐消耗到低于气体分子的电离电位时，电离作用才告结束。图2.30示意地绘出了辐射粒子通过气体时产生的一些物理过程：形成电子和正离子(以及负离子)；原子或分子被激发，退激时可能发生闪烁现象；辐射粒子被散射，改变运动方向等。被电离出来的电子与其他中性分子碰撞时可能和中性分子结合，成为负离子，但这种机会是相当少的，因此气体电离后主要是产生电子与正离子。1

电离剂一般情况下气体是不导电的。如放在空气中的用绝缘架支着的带电体，电荷消失得很慢；拉开电路上的闸刀开关，电路就中断了电流，这些都说明空气是不导电的。

气体之所以能够导电，是因为在某些外加条件下，它发生了电离。所以它就变成了导体。

使气体电离的一切外加因素都叫做电离剂。

如果气体中存在着一定的强电场，则气体中的离子(正常情况下，气体中也有极少量的离子存在。)在电场力的作用下，动能不断加大，这些离子与其他质点碰撞而产生新的离子，新离子又与其他中性分子碰撞，同样又能产生新离子，因此使离子的数目急剧的增加，气体就变成了导体。这种使气体电离的过程叫做碰撞电离。2

在电离剂的作用下，气体分子失去电子而变成正离子。自由电子又和一个或几个中性的分子结合成负离子。这样电离了的气体中，就存在着正负离子和电子三种自由电荷。2

当电离剂去掉时，这三种自由电荷就要相互中和而成为不导电的中性分子，所以气体导电是暂时性的。

常见电离形式气体电离常见的形式有：碰撞电离、光电离、热电离以及电极表面发射。供给电子逸出金属电极表面所需能量的方法有：加热阴极的热电子发射，具有高能量质点碰撞引起的二次电子发射，用短波长射线照射阴极表面的光电子辐射以及由强电场引起的自由电子发射。总之，气体放电中电极表面电子发射的发生主要由正离子碰撞阴极和短波长照射阴极引起的。3