ionisationsraten

Die Ionisationsraten bezeichnen die Häufigkeit, mit der Atome oder Moleküle in einem Gas oder Plasma in den Ionisationszustand übergehen. Sie geben an, wie viele Ionisierungsvorgänge pro Zeiteinheit stattfinden. Je nach Kontext kann die Rate pro Teilchen (units s^-1) oder pro Volumen (units s^-1 cm^-3) angegeben werden.

Es gibt verschiedene Ursachen für die Ionisation. Die bedeutendsten Prozesse sind die Photoionisation durch elektromagnetische Strahlung, insbesondere UV- und Röntgenstrahlung; die Kollisionsionisation durch freie Elektronen oder andere Ionen; Stoßionisation durch schnelle Teilchen; sowie Ionisation durch kosmische Strahlung in astrophysikalischen Umgebungen. In vielen Anwendungen wird die Gesamt-Ionisationsrate als Summe der einzelnen Prozessraten ausgedrückt: Γ_X = Γ_ph + Γ_ci + Γ_cr + …, wobei Γ_X die Ionisationsrate pro Teilchen des Elements X bezeichnet.

Zur Berechnung der Ionisationsraten werden oft Querschnitte und Intensitäten verwendet. Für die Photoionisation gilt beispielsweise Γ_ph ∝ ∫ (4πJν/hν) σX(ν) dν, wobei Jν das spektrale Strahlungsfeld, σX die Ionisationsquerschnitte und ν die Frequenz ist. Die kollisionsbedingte Rate per Volumen ergibt sich meist als R_ion,vol = n_e n_X k_ci(T), wobei k_ci eine Temperaturabhängigkeit hat.

Ionisationsraten sind zentrale Größen in der Modellierung von H II-Regionen, der interstellaren und intergalaktischen Materie, Planetaren Atmosphären sowie in Laborplasmen. Sie bestimmen das Gleichgewicht zwischen Ionisation und Rekombination und damit die chemische und thermische Entwicklung der Systeme.