törmäysionisaatio

Törmäysionisaatio on plasmapyysinen prosessi, jossa atomi tai ioni menettää yhden elektronin törmäävän hiukkasen vaikutuksesta. Yleisin muoto on elektronin aiheuttama törmäysionisaatio (electron-impact ionization, EII), mutta raskaat hiukkaset kuten protonitkin voivat aiheuttaa ionisaation törmäyksen kautta. Ionisaatio vaatii energian, joka ylittää aineen ensimmäisen ionisaatioenergian.

Mekanismi ja kynnykset: Ionisaatiokynnys vastaa elektronia sitovan energian ylittymistä. Törmäyksen todennäköisyys kuvataan cross-sectionilla σ(E), joka riippuu törmäävän hiukkasen kineettisestä energiasta E. σ(E) kasvaa kynnyksen yläpuolella ja voi saavuttaa maksimin ennen kuin pienenee energian kasvaessa.

Rate coefficients ja plasman tasapaino: Ionisaationopeudet lasketaan usein Maxwellin jakaumasta. Rate coefficient q_i(T_e) kuvaa elektronin lämpötilan vaikutusta, ja ionisaationopeus on yleensä R_ion = n_e n_i q_i(T_e), missä n_e on vapaan elektronin tiheys ja n_i jonkin tilan alkuperäis- tai kohde-ionin tiheys. Näin törmäysionisaatio vaikuttaa plasman ionisointitasapainon sekä sen emissiivisyyden ja spektrin muodostumiseen.

Sovellukset: Törmäysionisaatio on keskeinen tekijä tähtien ja galaktisten plasmoiden ionisaatiossa sekä laboratorio- ja fuusiosovelluksissa. Se toimii yhdessä recombination- ja photoionisaatioprosessien kanssa määrääen plasman tilan ja spektrin. Yksittäisen elektronin poistamiseen tarvittava energia sekä mahdollisuus useamman elektronin poistamiseen (doubly ionization) riippuvat kohteen ionisaatiokyvyistä ja törmäysenergioista.