ionisaatiotasapainoon

Ionisaatiotasapaino on tila, jossa kaasussa ionisoitumisen ja uudelleen yhdistymisen prosessit ovat tasapainossa ja eri ionisoitumistasojen populaatiot pysyvät ajan kuluessa vakaana. Käytännössä tämä tarkoittaa, että ionien poistuminen elektroneja vastaan sekä elektronien takaisin liittyminen tapahtuvat yhtä nopeasti vastakkaisiin suuntiin kuin ennen, jolloin tilan suureet määräytyvät ympäristön olosuhteiden mukaan.

Käytännössä ionisaatiotasapainoa voidaan tarkastella eri konteksteissa. Paikallisessa termisessä tasapainossa (LTE) kaasun tilat noudattavat lämpötilan määräämiä populaatioita, ja seuraavan ionisointiaskeleen suhde edelliseen voidaan arvioida tilastollisesti sekä energiamääreihin liittyvän aineiston perusteella. Yhtälöiden avulla, erityisesti Saha-yhtälöllä, voidaan kuvata seuraavan ionisointiaskeleen ja current electron densityn välistä riippuvuutta lämpötilan funktiona. Tämä lähestymistapa pätee usein tiheisiin ja kuumiin plasmoihin, kuten osin tähtien atmosfäärissä.

Toinen näkyvä tilanne on fotioitopohjainen tasapaino, jossa ionisaatioon vaikuttaa säteilykenttä. Tällöin fotiointi ja recombination määräävät populaatiot, ja sitä esiintyy erityisesti H II -alueissa ja galaksien säteilykentissä.

Ionisaatiotasapainoa käytetään, kun halutaan tulkita spektroskopian signaaleja, arvioida kaasun lämpötilaa ja elektronitiheyttä sekä johtaa alkuaineiden abundanssien määrityksiä. Rajoitteita ovat kuitenkin dynamiikka ja ei-LTE-olosuhteet, joissa ympäristö muuttuu nopeasti ja tilat poikkeavat tasapainosta. Tällöin osoittautuvat aikasidonnainen ionisaatio ja ei-lTE-mallit.