Elektronenstoßionisation

ElektronenstoßIonisation ist ein Ionisationsprozess, bei dem ein energiereicher Elektron auf ein Atom oder Molekül trifft und eines oder mehrere Bindungselektronen aus dem Ziel herausbringt. Das Endprodukt ist ein positiv geladenes Ion sowie der gestreute Nachelektron und ggf. weitere Sekundärelektronen.

Der Mechanismus läuft durch eine Begegnung zweier Teilchen: Das einfallende Elektron überträgt einen Teil seiner Energie auf das Ziel, und liegt die Energie über der ersten Ionisierungsenergie, wird mindestens ein Elektron aus dem Ziel entfernt. Bei Molekülen treten oft weitere Fragmentierungen auf, wodurch eine Vielzahl von Ionen und Fragmentionen entstehen. Die Wahrscheinlichkeit dieses Prozesses wird durch den Ionisationsquerschnitt beschrieben, der von der Energie des einfallenden Elektrons und der Struktur des Ziels abhängt.

Die für die Ionisation erforderliche Energie entspricht der ersten Ionisierungsenergie des Zielteilchens, variiert also stark je nach Element oder Molekül. Beispielsweise beträgt die Ionisierungsenergie von Wasserstoff 13,6 eV. Ionisationsquerschnitte lassen sich mit Modellen wie Binary-Encounter-Bethe (BEB) oder Binary-Encounter-Approximation (BEA) beschreiben, insbesondere bei höheren Energien, wo Bethe-Theorie relevant wird.

Anwendungen finden sich in der Massenspektrometrie, wo Elektronenstoßionisation typischerweise mit energien von etwa 70 eV betrieben wird, um Moleküle stark zu ionisieren und charakteristische Fragmentierungsmuster zu erzeugen, die Aufschluss über Struktur und Masse geben.

In Festkörpern und Halbleitern führt die Stoßionisation zur Erzeugung von Elektron-Hole-Paaren und kann als Mechanismus in Strahlungsschäden auftreten. Theoretisch dient sie neben anderen Ionisationsprozessen der Beschreibung von Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Materie in Analytik, Plasmen und Festkörpern.