Photoionisationsraten

Photoionisationsraten bezeichnen die mittlere Anzahl an Ionisierungsereignissen pro Zeit und pro Teilchen, die durch absorbierte Photonen verursacht wird. In der Astro- und Plasmaphysik werden sie oft mit dem Symbol Gamma gestanden, speziell für eine bestimmte Ionisationsstufe eines Elements.

Für ein Ion X^i mit Grenzenergie ν0 (entsprechend dem Ionisationspotenzial) lässt sich die Rate allgemein als Gamma_i = ∫_{ν0}^{∞} (4π Jν / hν) σ_i(ν) dν ausdrücken. Hier steht Jν für die spektrale Strahlungsintensität des umgebenden Feldes, h ist Plancksches Wirkungsquantum und σ_i(ν) der Photoionisationsquerschnitt des betreffenden Ions. Die Boundaries und das Spektrum des Strahlungsfeldes bestimmen maßgeblich, wie stark eine Region ionisiert wird. In der Praxis können räumliche Variation und Absorption durch den Medium selbst die Rate Gamma_i zu Gamma_i(r, t) machen.

Zentrale Einflussfaktoren sind das Spektrum der Strahlungsquelle (Sterne, Quasare, kosmischer Hintergrund), der Photonenenergiebereich über der Schwelle, der Absorptionsquerschnitt und die räumliche Dichte des Mediums. Querschnittsdaten und Spektralverteilungen werden aus experimentellen Messungen oder theoretischen Modellen bezogen.

Anwendungen finden sich in H II-Regionen, der interstellaren und intergalaktischen Materie sowie bei der kosmischen Reionisierung. In vielen Modellen wird die Photoionisationsrate mit Rekombinationsraten kombiniert, um Ionisationszustände im Gleichgewicht oder in der Zeitentwicklung zu beschreiben.