ionisaatiokertoimet

Ionisaatiokertoimet ovat fysiikan suureita, jotka kuvaavat ionisaation todennäköisyyttä tai nopeutta, kun hiukkanen tai säteily törmää kohdeatomiin tai -molekyyleihin. Niitä käytetään laajasti plasma- ja kaasufysiikassa, astrofysikaalisissa sovelluksissa sekä säteilyturvallisuudessa. Termi voi viitata useaan läheisesti liittyvään suureeseen: törmäyksen ionisaatiotodennäköisyyteen sekä ionisaatiolle tapahtuvan reaktioverkon nopeuteen tilassa tai aineessa.

Kun puhutaan ionisaatiokertoimista törmäyksessä, keskeinen käsite on ionisaatiokoko (cross section). Elektroni- tai fotonitörmäyksessä ionisaatiokertoimen kaltainen suure kuvaa sitä, millä todennäköisyydellä ionisaatio tapahtuu tietyn törmäykseen johtaneen energian tai fotonienergian alaisena. Elektronivaaikutteisessa ionisaatiossa käytetään usein ionisaatiokertoimen funktiota sigma_I(E), joka riippuu incidentin energian E ja kohdeatomin rakenteesta. Yleisiä mallinnusvaihtoehtoja ovat Lotzin käyrä elektronin energian riippuvuudelle sekä Bethein kaava korkeaenergian alueella. Valossa ionisaatiossa käytetään photoionization cross section sigma_ph(ν) ja kynnyksen energia; energian ylittäessä ionisaatio on mahdollinen ja ristiriitaisia resonansseja voi esiintyä.

Ionisaatiokerroin plasmaprosesseissa, usein merkitty alfa, on reaktiokoko, joka kuvaa ioniparien syntyminen tietyn matkan aikana tai per pituusyksikkö. Alfa riippuu sähköisestä kentästä ja kaasunolosuhteista (esimerkiksi E/N), kaasun koostumuksesta sekä lämpötilasta. Tätä suuretta käytetään Townsendin purkauksessa ja kaasufaasin ionisaation mallintamisessa.

Mittaukset ja laskenta perustuvat sekä kokeellisiin menetelmiin (esimerkiksi törmäyskokeisiin ja massaspektrometriaan) että teoreettisiin malleihin (ab initio- ja semi-empiriaanimallit). Taulukot ja tietokannat kootaan usein akkreditoitujen kokeiden ja laskennallisten arvojen pohjalta, ja ne ovat keskeisiä muun muassa astrofyysisten ja teknisten sovellusten malleissa.