Деионизация

Фотоионизация

Потенциал ионизации

При ионизации электрону атома сообщается энергия больше энергии самого высокого возбужденного уровня. Эта энергия, достаточная для ионизации, измеряется в эВ, отсюда - название "потенциал". Это не напряжение. В табл. 2. приведены потенциалы ионизации некоторых веществ.

Таблица 2.

Атом	-	Cs	K	Na	Ca	Fe	H	O	Ar	F	Ne	He
Ui	эВ	3,9	4,3	5,11	6,08	7,83	13,5	13,6	15,7	18,6	21,5	24,5

Наличие в столбе дуги паров веществ с низким потенциалом ионизации приводит к уменьшению напряжения на дуге, поэтому в электродных покрытиях используются соединения щелочных металлов, присутствие которых облегчает возбуждение дуги

Это возбуждение атомов и молекул при поглощении ими квантов излучения. Эти кванты появляются в дуге при рекомбинации других сильно возбужденных атомов.

Условие фотоионизации: hn ³ eU_i, где hn - энергия кванта; еU_i, -энергия необходимая для ионизации атома, h = 4,13-10^-15 эВ*с - постоянная Планка ; n- частота кванта; с - скорость света. Для частоты излучения и длины волны имеет место соотношение n = с/l, где l - длина волны. Длина световой волны, способная вызвать ионизацию определяется из условия l_i = hс/(еU_i)) = 12,4*10^-7/(еU_i), м. Чем больше потенциал ионизации элемента, тем меньше требуемая для этого длина волны. Для щелочных металлов еU_i = 4...6 эВ, а длина волны ионизации l_i » 200 нм; для аргона еU_i = 15,7 эВ, l_i =78,5нм.

Для сварочной дуги потенциалы U_i лежат в пределах 4...25 эВ. Поэтому соответствующие длины волн находятся в ультрафиолетовой части спектра. В плотной плазме фотоионизация значительно меньше термической ионизации.

Идет непрерывно в плазме разряда, уравновешивая процесс ионизации. К процессам деионизации относят: рекомбинацию заряженных частиц в нейтральные, захват электронов (прилипание), дрейф проводимости и амбиполярную диффузию (выравнивание концентраций).

Рекомбинация зависит от типа частиц, времени их жизни, размеров ионов, от наличия близко расположенных нейтральных атомов или охлаждающих стенок.

Захват электронов с образованием тяжелых отрицательных ионов может осуществляться атомами металлоидов, которые обладают большим сродством к электрону. Пример такого процесса может быть таким: F + е ® F^-1 + 3,94 эВ , где F - атом фтора.

Диффузия - это движение частиц под действием разности концентраций (парциальных давлений). В плазме дугового разряда подвижность электронов значительно превышает подвижность ионов, поэтому они стекают к аноду, опережая ионы. (По условию квазинейтральности плазмы скорости диффузии ионов и электронов должны быть равны.) Поэтому опережение электронов создает электрическое поле. Это поле тормозит электроны и ускоряет (мало) ионы. Скорости выравниваются до уровня скорости диффузии ионов.

Направленное движение электронов и ионов через газ называется амбиполярной диффузией.