ИОНИЗАЦИЯ ГАЗОВ
Спасибо нашим инвесторам из казино онлайн
ИОНИЗАЦИЯ ГАЗОВ
, появление в газе под влиянием разнообразных внешних агентов (рентгеновские лучи, лучи радия, пламя и т. д.) заряженных частиц—молекул и групп молекул, называемых ионами (точнее— газовыми ионами, для отличия от электролитических ионов растворов). Газы вообще являются изоляторами. Помещенные в газе заряженные электричеством предметы длительно удерживают свой заряд. Стоит однако осветить газ рентгеновскими лучами или просто поместить вблизи от заряженного тела пламя, и заряд начинает более или менее быстро спадать, газ становится проводником электричества. Все эти явления электропроводности газов, на первый взгляд представляющиеся весьма сложными, получили простое истолкование с тех пор, как было выяснено, что электропроводность газов подобно электропроводности растворов солей и др. электролитов обусловлена появлением в газе носителей электричества—ионов. Механизм И. г. сводится к следующему. Нейтральные молекулы и атомы содержат одинаковое количество положительного электричества в виде центральных ядер и отрицательного—в виде окружающих эти ядра электронов (см.
Атом).
Под влиянием той или иной причины электрон может быть вырван, и тогда остающаяся молекула приобретает положительный заряд; вырванный электрон в свою очередь не остается свободным, но быстро захватывается нейтральной молекулой, сообщая ей отрицательный заряд. Т. о. появляется пара противоположно заряженных ионов. Обычно однако процесс этим не ограничивается. 1. Каждый образовавшийся молекулярный ион притягивает к себе некоторое количество нейтральных молекул, образуя целый ионный комплекс. 2. Ионы противоположных знаков, сталкиваясь между собой, нейтрализуют друг друга, вследствие чего вновь получаются исходные нейтраль –
ные молекулы (т. н. рекомбинация ионов). Таким образом в стационарных условиях количество ионов в ионизированном газе определяется подвижным равновесием между числом ионов, доставляемых ионизатором, и числом ионов, исчезающих вследствие рекомбинации. Следующ. простой опыт может служить иллюстрацией того, что электропроводность газа обусловлена появлением в нем заряженных носителей электричества. Между двумя металлическими пластинками горит маленькое пламя (рис. 1); над этими пластинками располагается небольшой металлический диск О, заряженный и соединен. с электроскопом. Под действием пламени в воздухе образуется большое количество ионов, которые потоком нагретого воздуха под-Рис – *- нимаются вверх и
быстро разряжают диск. Листочки электроскопа спадают. Стоит однако между пластинками
А
и
В
возбудить достаточно интенсивное электрическое поле, зарядивши одну +, а другую—электричеством, и разряжение диска мгновенно прекращается. Причина в том, что -(-заряженная пластинка притягивает к себе из проходящего потока воздуха все —заряженные ионы, а —заряженная пластинка притягивает все + заряженные ионы. Если же, воспользовавшись аналогично устроенным прибором, мы станем измерять силу тока ионизации в газе между пластинками в зависимости от разности потенциалов между этими пластинками, то
•
получим следующий ° результат. Первона – * чально при малых * разностях потенциа-и лов сила тока возрастает прямо пропорционально разности потенциалов (закон Ома); при увеличении разности потенциалов возрастание силы тока становится более медленным, и наконец устанавливается некоторая постоянная сила тока, которая не зависит от дальнейшего увеличения потенциала. Это—т. н. ток насыщения, установление к-рого объясняется тем, что ионизатор в единицу времени создает ровно столько ионов, сколько их «высасывают» заряженные пластинки. Явление это имеет огромное значение для теории измерений рентгеновских лучей и лучей радиоактивных веществ, т. к. ток насыщения является мерой интенсивности ионизатора. При очень сильных электрических полях сила тока вновь начинает возрастать и притом весьма быстро (рис. 2). Объясняется это тем, что первично возникшие ионы под действием весьма интенсивного электрического поля приобретают такую большую скорость, что они в свою очередь ока –
¥
Ударна енизац
X/
он Haci щення
Потенциал
Рисунок 2. зываются в состоянии при столкновениях разрушать молекулы, создавая новые ионы; последние опять-таки ускоряются электрическим полем и тоже создают новые ионы и т. д. Таким путем образуется та лавина ионов, к-рая обусловливает внезапное сильное увеличение электропроводности газа, за к-рым при дальнейшем увеличении электрического поля может последовать электрический пробой газа; разряд при этом приобретает форму искры. Описанное явление носит название ударной И. Простейший способ получения ударной И. состоит в том, что заряжают острие, напр. соединяя его с полюсом электростатической машины. Электрическое поле вокруг острия чрезвычайно неравномерно, а непосредственно у самого острия изменяется настолько быстро, что электрическая сила, пропорциональная градиенту потенциала, оказывается весьма значительной. Вследствие этого немногочисленные ионы, всегда имеющиеся в воздухе, получают такое ускорение, что они могут возбуждать ударную ионизацию. При этом ионы противоположного знака тотчас поглощаются острием, к-рое т. о. всегда окружено лишь ионами, имеющими заряд одинакового с ним знака. Эти последние отталкиваются от острия и, увлекая за собой вследствие внутреннего трения молекулы воздуха, образуют тот ионный ветер, к-рым пользуются в электромедицине в виде т. н. статического душа. Из свойств ионов следует упомянуть их способность конденсировать на себе пары, а также резко выраженную способность к адсорпции. Воздух, лишенный пыли и ионов, может быть значительно пересыщен парами. Если ионизировать такой воздух, то тотчас происходит конденсация паров; каждый ион служит тем центром, около которого конденсируется капелька. Такая конденсация паров на ионах играет выдающуюся роль в физике атмосферы, где большое количество ионов создается преимущественно ультрафиолетовым излучением солнца.—Адсорпция ионов за последнее время широко используется в промышленности и сан. технике для электрической очистки газов. Если в сосуд, наполненный дымом, внести острие, соединенное с полюсом электростатической машины, то дым сразу оседает. Это объясняется тем, что ионы, в изобилии возникающие на острие в результате ударной ионизации, адсорбируются твердыми частицами дыма; при этом частицы, получившие таким путем противоположные заряды, слипаются, образуя столь значительные комки, что они под действием силы тяжести оседают вниз. Практически однако современным очистительным устройствам придают форму цилиндрического конденсатора; очищаемый газ поступает в трубу, по оси которой натянута тонкая проволока. Между трубой и проволокой создается весьма интенсивное электрическое поле постоянного направления, под влиянием к-рого возникают ударная И. и последующее заряжение взвешенных частиц. Очищение при этом обусловлено не столько образованием комков и их падением вниз, сколько о
саждением заряженных ча – стиц на стенках, к к-рым эти частицы притягиваются.Санит.-гиг. значение подобных устройств совершенно очевидно. Особенно велика их роль на производствах хим. характера. Каким количеством посторонних, в большинстве случаев чрезвычайно вредных ингредиентов насыщают воздух большие производства, можно видеть из следующего примера: одно из самых больших электрических очистительных устройств в мире установлено в Испании на заводе, имеющем дело с обработкой свинца. Очистка газов на этом заводе дает ежедневно 12.000
кг
твердого осадка, к-рый на 90% состоит из свинца.—И. г. применяется в наст, время и в медицине. Например, ионизированным воздухом пользуются при лечении tbc, и результаты, описанные различными авторами, представляют значительный интерес.
Лит.:
Хвольсон О., Курс физики, т. V, гл. X (составл. А. Афанасьевым), Берлин, 1923; Thorn-s о n J. а. Т Ь о m s о n G., Conduction of electricity through gases, Cambridge, 1928; Townsend J., Die Ionisation der Gase (Hndb. d. Radiologie, nrsg. v. E. Marx, B. I, Lpz., 1920). • ■ i 3. Шпольекпй.