Ionisierungsprozesse

Ionisierungsprozesse bezeichnen die Abläufe, bei denen ein Atom oder Molekül Elektronen verliert und dadurch positiv geladene Ionen bildet. Sie verändern die Ladungszustände, Reaktivitäten und Spektren von Stoffen und treten in Gasen, Plasmen, bei starken Feldern oder in Strahlung auf. Die Ionisierung erfordert entweder Energie aus der Umwelt oder wird durch energetische Kollisionen, Felder oder Photonen induziert. In thermischen Systemen bestimmt die Ionisationswahrscheinlichkeit zusammen mit dem thermischen Gleichgewicht oft die Ionenzusammensetzung über die Saha-Gleichung; in Nichtgleichgewichts-Systemen läuft die Balance aus Ionisierung und Rekombination über Zeit.

Zu den zentralen Mechanismen gehören die Photoionisierung, bei der Photonen mit Energie größer als die Ionisationsenergie eines Elements ein Elektron herausschlagen; und die Elektronenstoßionisierung, bei der eine schnelle Elektronen- oder Teilchenkollision ein Elektron entfernt. Weiterhin erfolgt Ionisierung durch starke äußere Felder (Feldionisierung oder Tunnel-Ionisierung), insbesondere in intensiven Laserfeldern, sowie durch Folgeprozesse wie den Auger-Effekt, bei dem nach innerer Shell-Vakanz ein weiterer Elektron ausgerissen wird. In einigen Fällen kann Energieübertragung zwischen metastabilen Zuständen oder durch Penning-Ionisierung eine Rolle spielen.

Mess- und Rechenkonzepte umfassen Querschnitte und Ratenkoeffizienten, die je nach Energie oder Feldstärke variieren. In der Praxis werden Ionisierungsprozesse in der Plasmaphysik, Astrophysik, Massenspektrometrie und Strahlenbiologie untersucht und genutzt, etwa zur Herstellung von Ionenstrahlen, zur Diagnose von Plasmen oder zur Interpretation von Spektrallinien. Die Ionisation bildet damit eine grundsätzliche, vielfach koordinierte Dimension bei der Beschreibung von Materie unter energetischer Anregung.