Fotoniionisaatio

Fotoniionisaatio on kvanttifysiikan prosessi, jossa atomi, molekyyli tai ioni menettää elektronin fotonin vaikutuksesta. Fotonin energian on oltava vähintään elektronin ionisaatioenergia Ei. Yleisin muoto on yksifotoniionisaatio: fotonin energia ylittää Ei, ja ylimääräinen energia ilmenee elektronin kineettisenä energiana. Erittäin voimakkaassa säteilyssä tai korkeilla fotonien energioilla voi esiintyä multiphotonionisaatiota, jolloin useita fotoneja absorboidaan samanaikaisesti.

Ionisaatiokross-sectionti σ(ν) kuvaa todennäköisyyttä ionisaatiolle fotonin energian funktiona; se riippuu tarkasteltavasta järjestelmästä sekä elektronin tilasta. Kun Eγ ≥ Ei, elektronin poistuminen on mahdollinen; cross-sectionin arvo ja sen muoto riippuvat atomista tai molekyylista. Usein ionisaation jälkeen voi seurata sekundaarisia prosesseja, kuten Auger-vapautuma, jossa toinen elektroni poistuu ilman uutta fotonia. Molekyylit voivat ionisoitua myös fragmentoitumalla, jolloin syntyy useampia ioneja ja fragmentteja.

Fotoniionisaatiolla on keskeinen rooli sekä laboratoriossa että astrofysiikassa. Astronomiassa se vaikuttaa kaasun ionisointiasteisiin H II -alueilla sekä intergalaktisessa ja galaktisessa ympäristössä, ja se muokkaa spektrien rakennetta sekä kaasun lämpötilaa. Ilmakehässä ja ionosfäärissä auringon UV-säteily aiheuttaa fotoniionisaatiota, mikä vaikuttaa kemialliseen koostumukseen ja sähköisiin ominaisuuksiin. Laboratoriossa fotoniionisaatiota mitataan ja mallinnetaan sekä synkrotronilaitteilla että teoreettisilla menetelmillä, kuten R-matrix -lähestymistavoilla.