आयनीकरण

"Ionisation" redirects here. For the musical composition, see Ionisation (Varèse).

File:Aurora in Abisko near Torneträsk.jpg

The solar wind moving through the magnetosphere alters the movements of charged particles in the Earth's thermosphere or exosphere, and the resulting ionization of these particles causes them to emit light of varying colour, thus forming auroras near the polar regions.

आयनीकरण (या आयनीकरण) वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा एक परमाणु या एक अणु, अक्सर अन्य रासायनिक परिवर्तनों के संयोजन के साथ, इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त या खो कर एक नकारात्मक या सकारात्मक विद्युत आवेश प्राप्त करता है। परिणामी विद्युत आवेशित परमाणु या अणु को आयन कहा जाता है। उप-परमाणु कणों के साथ टकराव, अन्य परमाणुओं, अणुओं और आयनों के साथ टकराव या विद्युत चुम्बकीय विकिरण के साथ बातचीत के बाद आयनीकरण एक इलेक्ट्रॉन के नुकसान का परिणाम हो सकता है। हेटेरोलिटिक बॉन्ड क्लीवेज और हेटेरोलिटिक प्रतिस्थापन प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप आयन जोड़े बन सकते हैं। आयनीकरण आंतरिक रूपांतरण प्रक्रिया द्वारा रेडियोधर्मी क्षय के माध्यम से हो सकता है, जिसमें एक उत्तेजित नाभिक अपनी ऊर्जा को आंतरिक खोल इलेक्ट्रॉन में से एक में स्थानांतरित कर देता है जिससे इसे बाहर निकाल दिया जाता है।

उपयोग करता है

गैस आयनीकरण के हर दिन के उदाहरण हैं जैसे कि एक फ्लोरोसेंट लैंप या अन्य विद्युत डिस्चार्ज लैंप के भीतर। इसका उपयोग गीजर-मुलर काउंटर या आयनीकरण कक्ष जैसे विकिरण डिटेक्टरों में भी किया जाता है। मौलिक विज्ञान (जैसे, मास स्पेक्ट्रोमेट्री) और उद्योग (जैसे, विकिरण चिकित्सा) में विभिन्न प्रकार के उपकरणों में आयनीकरण प्रक्रिया का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

आयनों का उत्पादन

File:Electron avalanche.gif

दो इलेक्ट्रोड के बीच निर्मित विद्युत क्षेत्र में हिमस्खलन प्रभाव। मूल आयनीकरण घटना एक इलेक्ट्रॉन को मुक्त करती है, और प्रत्येक बाद की टक्कर एक और इलेक्ट्रॉन को मुक्त करती है, इसलिए प्रत्येक टक्कर से दो इलेक्ट्रॉन निकलते हैं: आयनीकरण इलेक्ट्रॉन और मुक्त इलेक्ट्रॉन।

नकारात्मक रूप से आवेशित आयन तब उत्पन्न होते हैं जब एक मुक्त इलेक्ट्रॉन एक परमाणु से टकराता है और बाद में किसी भी अतिरिक्त ऊर्जा को छोड़ते हुए विद्युत संभावित अवरोध के अंदर फंस जाता है। प्रक्रिया को इलेक्ट्रॉन कैप्चर आयनीकरण के रूप में जाना जाता है।

आवेशित कणों (जैसे आयन, इलेक्ट्रॉन या पॉज़िट्रॉन) या फोटॉन के साथ टकराव में एक बाध्य इलेक्ट्रॉन को ऊर्जा की मात्रा स्थानांतरित करके सकारात्मक रूप से आवेशित आयन उत्पन्न होते हैं। आवश्यक ऊर्जा की दहलीज राशि को आयनीकरण क्षमता के रूप में जाना जाता है। इस तरह के टकरावों का अध्ययन कुछ शरीर प्रणाली | फ्यू-बॉडी प्रॉब्लम के संबंध में मूलभूत महत्व का है, जो भौतिकी में प्रमुख अनसुलझी समस्याओं में से एक है। कीनेमेटिकली पूर्ण प्रयोग, यानी ऐसे प्रयोग जिनमें सभी टकराव के अंशों (बिखरे हुए प्रक्षेप्य, पीछे हटने वाले लक्ष्य-आयन, और उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन) का पूर्ण संवेग सदिश निर्धारित किया जाता है, ने हाल के वर्षों में कुछ-शरीर की समस्या की सैद्धांतिक समझ में प्रमुख प्रगति में योगदान दिया है।

स्थिरोष्म आयनीकरण

एडियाबेटिक आयनीकरण आयनीकरण का एक रूप है जिसमें एक इलेक्ट्रॉन को उसकी सबसे कम ऊर्जा अवस्था में एक परमाणु या अणु से हटा दिया जाता है या उसकी सबसे कम ऊर्जा अवस्था में आयन बनाने के लिए जोड़ा जाता है। टाउनसेंड डिस्चार्ज आयन प्रभाव के कारण सकारात्मक आयनों और मुक्त इलेक्ट्रॉनों के निर्माण का एक अच्छा उदाहरण है। यह एक गैसीय माध्यम में पर्याप्त उच्च विद्युत क्षेत्र वाले क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों को शामिल करने वाली एक कैस्केड प्रतिक्रिया है जिसे आयनित किया जा सकता है, जैसे हवा। एक मूल आयनीकरण घटना के बाद, जैसे कि आयनकारी विकिरण के कारण, सकारात्मक आयन कैथोड की ओर बहता है, जबकि मुक्त इलेक्ट्रॉन डिवाइस के एनोड की ओर बहता है। यदि विद्युत क्षेत्र काफी मजबूत है, तो मुक्त इलेक्ट्रॉन एक और इलेक्ट्रॉन को मुक्त करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करता है जब यह अगले अणु के साथ टकराता है। दो मुक्त इलेक्ट्रॉन तब एनोड की ओर यात्रा करते हैं और विद्युत क्षेत्र से पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं जिससे अगली टक्कर होने पर प्रभाव आयनीकरण होता है; और इसी तरह। यह प्रभावी रूप से इलेक्ट्रॉन उत्पादन की एक श्रृंखला प्रतिक्रिया है, और हिमस्खलन को बनाए रखने के लिए टकरावों के बीच पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करने वाले मुक्त इलेक्ट्रॉनों पर निर्भर है। आयनीकरण दक्षता उपयोग किए गए इलेक्ट्रॉनों या फोटॉनों की संख्या के लिए गठित आयनों की संख्या का अनुपात है।

परमाणुओं की आयनीकरण ऊर्जा

तटस्थ तत्वों की आयनीकरण ऊर्जा (104 से आगे की भविष्यवाणी)

परमाणुओं की आयनीकरण ऊर्जा में प्रवृत्ति का उपयोग अक्सर परमाणु संख्या के संबंध में परमाणुओं के आवधिक व्यवहार को प्रदर्शित करने के लिए किया जाता है, जैसा कि मेंडेलीव की तालिका में परमाणुओं को क्रमबद्ध करके संक्षेपित किया गया है। तरंग कार्यों या आयनीकरण प्रक्रिया के विवरण में जाए बिना परमाणु कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों के क्रम को स्थापित करने और समझने के लिए यह एक महत्वपूर्ण उपकरण है। एक उदाहरण दाईं ओर की आकृति में प्रस्तुत किया गया है। दुर्लभ गैस परमाणुओं के बाद आयनीकरण क्षमता में आवधिक अचानक कमी, उदाहरण के लिए, क्षार धातुओं में एक नए खोल के उभरने का संकेत देती है। इसके अलावा, आयनीकरण ऊर्जा भूखंड में स्थानीय अधिकतम, एक पंक्ति में बाएं से दाएं की ओर बढ़ते हुए, s, p, d और f उप-कोशों के संकेत हैं।

== आयनीकरण == का अर्ध-शास्त्रीय विवरण शास्त्रीय भौतिकी और परमाणु का बोहर मॉडल गुणात्मक रूप से फोटोकरण और टक्कर-मध्यस्थ आयनीकरण की व्याख्या कर सकता है। इन मामलों में, आयनीकरण प्रक्रिया के दौरान, इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा उस संभावित अवरोध के ऊर्जा अंतर से अधिक हो जाती है जिसे वह पार करने की कोशिश कर रहा है। अर्ध-शास्त्रीय विवरण, हालांकि, सुरंग आयनीकरण का वर्णन नहीं कर सकता क्योंकि इस प्रक्रिया में शास्त्रीय रूप से निषिद्ध संभावित अवरोध के माध्यम से इलेक्ट्रॉन का मार्ग शामिल है।

आयनीकरण का क्वांटम यांत्रिक विवरण

पर्याप्त रूप से मजबूत लेजर दालों के साथ परमाणुओं और अणुओं की परस्पर क्रिया आयनीकरण को एकल या गुणा आवेशित आयनों की ओर ले जाती है। आयनीकरण दर, यानी इकाई समय में आयनीकरण की संभावना, केवल क्वांटम यांत्रिकी का उपयोग करके गणना की जा सकती है। सामान्य तौर पर, विश्लेषणात्मक समाधान उपलब्ध नहीं होते हैं, और प्रबंधनीय संख्यात्मक गणनाओं के लिए आवश्यक सन्निकटन सटीक पर्याप्त परिणाम प्रदान नहीं करते हैं। हालांकि, जब लेजर की तीव्रता पर्याप्त रूप से अधिक होती है, तो परमाणु या अणु की विस्तृत संरचना को नजरअंदाज किया जा सकता है और आयनीकरण दर के लिए विश्लेषणात्मक समाधान संभव है।

सुरंग आयनीकरण

एक परमाणु और एक समान लेजर क्षेत्र की संयुक्त क्षमता। दूरियों पर r < r₀, दूरी पर रहते हुए, लेज़र की क्षमता की उपेक्षा की जा सकती है r > r₀ लेजर क्षेत्र की क्षमता की तुलना में कूलम्ब क्षमता नगण्य है। पर अवरोध के नीचे से इलेक्ट्रॉन निकलता है r = R_c. E_i परमाणु की आयनीकरण क्षमता है।

सुरंग आयनीकरण क्वांटम टनलिंग के कारण आयनीकरण है। शास्त्रीय आयनीकरण में, एक इलेक्ट्रॉन के पास इसे संभावित बाधा के ऊपर बनाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होनी चाहिए, लेकिन क्वांटम टनलिंग इलेक्ट्रॉन को इलेक्ट्रॉन की तरंग प्रकृति के कारण सभी तरह से जाने के बजाय संभावित अवरोध से गुजरने की अनुमति देता है। बैरियर के माध्यम से एक इलेक्ट्रॉन के टनलिंग की संभावना संभावित बैरियर की चौड़ाई के साथ तेजी से कम हो जाती है। इसलिए, एक उच्च ऊर्जा वाला एक इलेक्ट्रॉन इसे संभावित बाधा को और बढ़ा सकता है, जिससे सुरंग के माध्यम से बहुत पतली बाधा बन जाती है और इस प्रकार, ऐसा करने का एक बड़ा मौका मिलता है। व्यवहार में, सुरंग आयनीकरण तब देखा जा सकता है जब परमाणु या अणु निकट-अवरक्त मजबूत लेजर दालों के साथ परस्पर क्रिया कर रहा हो। इस प्रक्रिया को एक प्रक्रिया के रूप में समझा जा सकता है जिसके द्वारा एक बाध्य इलेक्ट्रॉन, लेजर क्षेत्र से एक से अधिक फोटॉन के अवशोषण के माध्यम से आयनित होता है। इस तस्वीर को आम तौर पर मल्टीफोटोन आयनीकरण (एमपीआई) के रूप में जाना जाता है।

क्लेडीश एमपीआई प्रक्रिया को परमाणु की जमीनी स्थिति से वोल्कोव राज्यों में इलेक्ट्रॉन के संक्रमण के रूप में तैयार किया। इस मॉडल में लेज़र क्षेत्र द्वारा जमीनी अवस्था के क्षोभ को उपेक्षित किया जाता है और आयनीकरण संभावना का निर्धारण करने में परमाणु संरचना के विवरण को ध्यान में नहीं रखा जाता है। क्लेडीश के मॉडल के साथ बड़ी कठिनाई इलेक्ट्रॉन की अंतिम अवस्था पर कूलम्ब इंटरेक्शन के प्रभावों की उपेक्षा थी। जैसा कि चित्र से देखा गया है, नाभिक से बड़ी दूरी पर लेजर की क्षमता की तुलना में कूलम्ब क्षेत्र परिमाण में बहुत छोटा नहीं है। यह नाभिक के पास के क्षेत्रों में लेजर की क्षमता की उपेक्षा करके किए गए सन्निकटन के विपरीत है। पेरेलोमोव एट अल। बड़ी आंतरिक दूरी पर कूलम्ब इंटरैक्शन शामिल है। उनका मॉडल (जिसे हम पीपीटी मॉडल कहते हैं) शॉर्ट रेंज पोटेंशियल के लिए तैयार किया गया था और इसमें क्वैसी-क्लासिकल एक्शन में फर्स्ट ऑर्डर करेक्शन के जरिए लॉन्ग रेंज कूलम्ब इंटरेक्शन का प्रभाव शामिल है। लारोचेल एट अल। सैद्धांतिक रूप से अनुमानित आयन बनाम तीव्रता वक्रों की तुलना दुर्लभ गैस परमाणुओं की एक टीआई के साथ बातचीत: प्रयोगात्मक माप के साथ नीलम लेजर से की गई है। उन्होंने दिखाया है कि पीपीटी मॉडल द्वारा भविष्यवाणी की गई कुल आयनीकरण दर क्लेडीश पैरामीटर के मध्यवर्ती शासन में सभी दुर्लभ गैसों के लिए प्रायोगिक आयन पैदावार के लिए बहुत अच्छी तरह से फिट होती है।

आयनीकरण क्षमता वाले परमाणु पर MPI की दर $E_{i}$ आवृत्ति के साथ एक रैखिक ध्रुवीकृत लेजर में $\omega$ द्वारा दिया गया है

$W_{PPT}=\left|C_{n^{*}l^{*}}\right|^{2}{\sqrt {\frac {6}{\pi }}}f_{lm}E_{i}\left({\frac {2}{F}}\left(2E_{i}\right)^{\frac {3}{2}}\right)^{2n^{*}-|m|-{\frac {3}{2}}}\left(1+\gamma ^{2}\right)^{\left|{\frac {m}{2}}\right|+{\frac {3}{4}}}A_{m}(\omega ,\gamma )e^{-{\frac {2}{F}}\left(2E_{i}\right)^{\frac {3}{2}}g\left(\gamma \right)}$

कहाँ

• $\gamma ={\frac {\omega {\sqrt {2E_{i}}}}{F}}$ क्लेडीश का रुद्धोष्मता पैरामीटर है,
• $n^{*}={\frac {\sqrt {2E_{i}}}{Z^{2}}}$,
• $F$ लेजर का शिखर विद्युत क्षेत्र है और
• $l^{*}=n^{*}-1$.

गुणांक $f_{lm}$, $g(\gamma )$ और $C_{n^{*}l^{*}}$ द्वारा दिए गए हैं

${\begin{aligned}f_{lm}&={\frac {(2l+1)(l+|m|)!}{2^{m}|m|!(l-|m|)!}}\\g(\gamma )&={\frac {3}{2\gamma }}\left(1+{\frac {1}{2\gamma ^{2}}}\sinh ^{-1}(\gamma )-{\frac {\sqrt {1+\gamma ^{2}}}{2\gamma }}\right)\\|C_{n^{*}l^{*}}|^{2}&={\frac {2^{2n^{*}}}{n^{*}\Gamma (n^{*}+l^{*}+1)\Gamma (n^{*}-l^{*})}}\end{aligned}}$

गुणांक $A_{m}(\omega ,\gamma )$ द्वारा दिया गया है

$A_{m}(\omega ,\gamma )={\frac {4}{3\pi }}{\frac {1}{|m|!}}{\frac {\gamma ^{2}}{1+\gamma ^{2}}}\sum _{n>v}^{\infty }e^{-(n-v)\alpha (\gamma )}w_{m}\left({\sqrt {{\frac {2\gamma }{\sqrt {1+\gamma ^{2}}}}(n-v)}}\right)$

कहाँ

${\begin{aligned}w_{m}(x)&=e^{-x^{2}}\int _{0}^{x}(x^{2}-y^{2})^{m}e^{y^{2}}\,dy\\\alpha (\gamma )&=2\left(\sinh ^{-1}(\gamma )-{\frac {\gamma }{\sqrt {1+\gamma ^{2}}}}\right)\\v&={\frac {E_{i}}{\omega }}\left(1+{\frac {2}{\gamma ^{2}}}\right)\end{aligned}}$

अर्ध-स्थैतिक सुरंग आयनीकरण

अर्ध-स्थैतिक टनलिंग (QST) आयनीकरण है जिसकी दर का ADK मॉडल द्वारा संतोषजनक ढंग से अनुमान लगाया जा सकता है, यानी पीपीटी मॉडल की सीमा कब $\gamma$ शून्य के करीब पहुंच जाता है। QST की दर किसके द्वारा दी गई है

$W_{ADK}=\left|C_{n^{*}l^{*}}\right|^{2}{\sqrt {\frac {6}{\pi }}}f_{lm}E_{i}\left({\frac {2}{F}}\left(2E_{i}\right)^{\frac {3}{2}}\right)^{2n^{*}-|m|-{\frac {3}{2}}}e^{-{\frac {2}{3F}}\left(2E_{i}\right)^{\frac {3}{2}}}$

इसकी तुलना में $W_{PPT}$ n पर योग की अनुपस्थिति, जो अलग-अलग थ्रेसहोल्ड आयनीकरण (एटीआई) चोटियों का प्रतिनिधित्व करती है, उल्लेखनीय है।

आयनीकरण दर के लिए मजबूत क्षेत्र सन्निकटन

पीपीटी की गणना ई-गेज में की जाती है, जिसका अर्थ है कि लेजर क्षेत्र को विद्युत चुम्बकीय तरंगों के रूप में लिया जाता है। आयनीकरण दर की गणना ए-गेज में भी की जा सकती है, जो प्रकाश की कण प्रकृति (आयनीकरण के दौरान कई फोटॉनों को अवशोषित करना) पर जोर देती है। यह उपागम क्रेनोव मॉडल द्वारा अपनाया गया था फैसल के पहले के कार्यों के आधार पर और रीस। परिणामी दर द्वारा दिया गया है

$W_{KRA}=\sum _{n=N}^{\infty }2\pi \omega ^{2}p\left(n-n_{\mathrm {osc} }\right)^{2}\int \mathrm {d} \Omega \left|FT\left(I_{KAR}\Psi \left(\mathbf {r} \right)\right)\right|^{2}J_{n}^{2}\left(n_{f},{\frac {n_{\mathrm {osc} }}{2}}\right)$

कहाँ:

• $n_{i}=E_{i}/\omega ,$
• $n_{\mathrm {osc} }=U_{p}/\omega$ साथ $U_{p}$ पॉन्डेरोमोटिव ऊर्जा होने के नाते,
• $N=[n_{i}+n_{\mathrm {osc} }]$ परमाणु को आयनित करने के लिए आवश्यक फोटोन की न्यूनतम संख्या है,
• $J_{n}(u,v)$ दोहरा बेसेल फलन है,
• $p={\sqrt {2\omega (n-n_{\mathrm {osc} }-n_{i})}},$ *${\textstyle n_{f}=2{\sqrt {n_{\mathrm {osc} }/\omega }}p\cos(\theta )}$ साथ $\theta$ इलेक्ट्रॉन के संवेग, p, और लेज़र के विद्युत क्षेत्र, F के बीच का कोण,
• एफटी त्रि-आयामी फूरियर रूपांतरण है, और
• $I_{KAR}=\left({\frac {2Z^{2}}{n^{2}Fr}}\right)^{n}$ SFA मॉडल में कूलम्ब सुधार शामिल है।

परमाणु स्थिरीकरण/जनसंख्या फंसाना

परमाणुओं के एमपीआई की दर की गणना में केवल सातत्य राज्यों में संक्रमण पर विचार किया जाता है। इस तरह का सन्निकटन तब तक स्वीकार्य है जब तक कि जमीनी अवस्था और कुछ उत्तेजित अवस्थाओं के बीच कोई मल्टीफ़ोटोन अनुनाद न हो। हालांकि, स्पंदित लेजर के साथ बातचीत की वास्तविक स्थिति में, लेजर तीव्रता के विकास के दौरान, जमीन के अलग-अलग स्टार्क शिफ्ट और उत्साहित राज्यों के कारण संभावना है कि कुछ उत्साहित राज्य जमीनी स्थिति के साथ मल्टीफ़ोटोन अनुनाद में जाते हैं। कपड़े पहने हुए परमाणु चित्र के भीतर, जमीनी राज्य ने कपड़े पहने $m$ फोटॉन और गुंजयमान अवस्था अनुनाद तीव्रता पर एक टाले हुए क्रॉसिंग से गुजरती हैं $I_{r}$. न्यूनतम दूरी, $V_{m}$, टाले गए क्रॉसिंग पर सामान्यीकृत रबी आवृत्ति के समानुपाती होता है, $\Gamma (t)=\Gamma _{m}I(t)^{m/2}$ दो राज्यों को जोड़ना। स्टोरी एट अल। के अनुसार, जमीनी अवस्था में रहने की संभावना, $P_{g}$, द्वारा दिया गया है

$P_{g}=\exp \left(-{\frac {2\pi W_{m}^{2}}{\mathrm {d} W/\mathrm {d} t}}\right)$

कहाँ $W$ दो पोशाक वाले राज्यों के बीच समय-निर्भर ऊर्जा अंतर है। एक छोटी नाड़ी के साथ बातचीत में, यदि नाड़ी के बढ़ते या गिरने वाले हिस्से में गतिशील अनुनाद पहुंच जाता है, तो जनसंख्या व्यावहारिक रूप से जमीनी अवस्था में रहती है और मल्टीफ़ोटो प्रतिध्वनि के प्रभाव की उपेक्षा की जा सकती है। हालाँकि, यदि राज्य नाड़ी के चरम पर प्रतिध्वनित होते हैं, जहाँ $\mathrm {d} W/\mathrm {d} t=0$, तब उत्तेजित अवस्था आबाद होती है। आबाद होने के बाद, चूंकि उत्तेजित अवस्था की आयनीकरण क्षमता कम होती है, इसलिए यह उम्मीद की जाती है कि इलेक्ट्रॉन तुरंत आयनित हो जाएगा।

1992 में, डी बोअर और मुलर दिखाया गया है कि छोटे लेजर दालों के अधीन Xe परमाणु अत्यधिक उत्तेजित अवस्थाओं 4f, 5f और 6f में जीवित रह सकते हैं। माना जाता है कि लेजर पल्स के बढ़ते हिस्से के दौरान क्षेत्र के साथ मल्टीफ़ोटोन अनुनाद में स्तरों के गतिशील स्टार्क बदलाव से इन राज्यों को उत्साहित किया गया था। लेज़र स्पंद के बाद के विकास ने इन अवस्थाओं को पूरी तरह से आयनित नहीं किया और कुछ अत्यधिक उत्तेजित परमाणुओं को पीछे छोड़ दिया। हम इस घटना को जनसंख्या फँसाने के रूप में संदर्भित करेंगे।

File:Lambda type population trapping.png

लैम्ब्डा टाइप जनसंख्या ट्रैपिंग की योजनाबद्ध प्रस्तुति। जी परमाणु की जमीनी अवस्था है। 1 और 2 दो पतित उत्तेजित अवस्थाएँ हैं। मल्टीफोटोन प्रतिध्वनि के कारण जनसंख्या को राज्यों में स्थानांतरित करने के बाद, इन राज्यों को सातत्य सी के माध्यम से जोड़ा जाता है और जनसंख्या इन राज्यों के सुपरपोजिशन में फंस जाती है।

हम सैद्धांतिक गणना का उल्लेख करते हैं कि अधूरा आयनीकरण तब होता है जब आयनीकरण हानि के साथ एक सामान्य स्तर में समानांतर गुंजयमान उत्तेजना होती है। हम Xe के 6f जैसे राज्य पर विचार करते हैं जिसमें लेजर बैंडविड्थ की सीमा में 7 अर्ध-विकृत स्तर होते हैं। सातत्य के साथ ये स्तर एक लैम्ब्डा प्रणाली का निर्माण करते हैं। लैम्ब्डा टाइप ट्रैपिंग का तंत्र योजनाबद्ध रूप से चित्र में प्रस्तुत किया गया है। नाड़ी के बढ़ते हिस्से में (ए) उत्तेजित अवस्था (दो पतित स्तर 1 और 2 के साथ) जमीनी अवस्था के साथ मल्टीफ़ोटोन प्रतिध्वनि में नहीं होती है। इलेक्ट्रॉन को निरंतरता के साथ मल्टीफ़ोटोन युग्मन के माध्यम से आयनित किया जाता है। जैसे ही नाड़ी की तीव्रता उत्तेजित अवस्था में बढ़ जाती है और स्टार्क शिफ्ट के कारण निरंतरता को ऊर्जा में स्थानांतरित कर दिया जाता है। नाड़ी के चरम पर (बी) उत्तेजित अवस्थाएँ जमीनी अवस्था के साथ मल्टीफ़ोटोन प्रतिध्वनि में चली जाती हैं। जैसे-जैसे तीव्रता कम होने लगती है (सी), दो राज्य सातत्य के माध्यम से युग्मित हो जाते हैं और जनसंख्या दो राज्यों के एक सुसंगत सुपरपोजिशन में फंस जाती है। उसी नाड़ी की बाद की कार्रवाई के तहत, लैम्ब्डा प्रणाली के संक्रमण आयामों में हस्तक्षेप के कारण, क्षेत्र पूरी तरह से आबादी को आयनित नहीं कर सकता है और आबादी का एक अंश अर्ध पतित स्तरों के सुसंगत सुपरपोजिशन में फंस जाएगा। इस स्पष्टीकरण के अनुसार उच्च कोणीय गति वाले राज्य - अधिक उप-स्तरों के साथ - जनसंख्या को फंसाने की उच्च संभावना होगी। सामान्य तौर पर ट्रैपिंग की ताकत निरंतरता के माध्यम से अर्ध-पतित स्तरों के बीच दो फोटॉन युग्मन की ताकत से निर्धारित की जाएगी। 1996 में, बहुत स्थिर लेजर का उपयोग करके और बढ़ती तीव्रता के साथ फोकल क्षेत्र के विस्तार के मास्किंग प्रभाव को कम करके, तलेबपोर एट अल। Xe, Kr और Ar के एकल आवेशित आयनों के वक्रों पर संरचनाओं का अवलोकन किया। इन संरचनाओं को मजबूत लेजर क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन फंसाने के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था। टी. मोरीशिता और सी. डी. लिन द्वारा आबादी को फंसाने का एक अधिक स्पष्ट प्रदर्शन रिपोर्ट किया गया है।

गैर अनुक्रमिक एकाधिक आयनीकरण

तीव्र लेजर क्षेत्रों के संपर्क में आने वाले परमाणुओं के गैर-अनुक्रमिक आयनीकरण (NSI) की घटना 1983 से कई सैद्धांतिक और प्रायोगिक अध्ययनों का विषय रही है। अग्रणी कार्य Xe पर घुटने की संरचना के अवलोकन के साथ शुरू हुआ।^{L'Huillier et al द्वारा 2+} आयन सिग्नल बनाम तीव्रता वक्र। प्रायोगिक दृष्टिकोण से, एनएस डबल आयनीकरण उन प्रक्रियाओं को संदर्भित करता है जो किसी तरह एकल आवेशित आयन की संतृप्ति तीव्रता के नीचे तीव्रता पर एक बड़े कारक द्वारा दोहरे आवेशित आयनों के उत्पादन की दर को बढ़ाते हैं। दूसरी ओर, कई लोग NSI को एक ऐसी प्रक्रिया के रूप में परिभाषित करना पसंद करते हैं जिसके द्वारा दो इलेक्ट्रॉनों को लगभग एक साथ आयनित किया जाता है। इस परिभाषा का अर्थ है कि अनुक्रमिक चैनल के अलावा $A+L->A^{+}+L->A^{++}$ एक और चैनल है $A+L->A^{++}$ जो कम तीव्रता पर दोगुने आवेशित आयनों के उत्पादन में मुख्य योगदान है। ऑगस्ट एट अल द्वारा 1 माइक्रोमीटर लेजर के साथ बातचीत करते हुए आर्गन में ट्रिपल एनएसआई का पहला अवलोकन रिपोर्ट किया गया था। बाद में, सभी दुर्लभ गैस परमाणुओं के NSI का व्यवस्थित रूप से अध्ययन करते हुए, Xe का चौगुना NSI देखा गया। इस अध्ययन का सबसे महत्वपूर्ण निष्कर्ष एनएसआई की दर के बीच किसी भी चार्ज राज्य और सुरंग आयनीकरण की दर (एडीके सूत्र द्वारा भविष्यवाणी की गई) के बीच निम्नलिखित संबंध का अवलोकन पिछले चार्ज राज्यों में था;

$W_{NS}(A^{n+})=\sum _{i=1}^{n-1}\alpha _{n}\left(\lambda \right)W_{ADK}\left(A^{i+}\right)$

कहाँ $W_{ADK}\left(A^{i+}\right)$ i'th चार्ज स्टेट और के लिए अर्ध-स्थैतिक टनलिंग की दर है $\alpha _{n}(\lambda )$ कुछ स्थिरांक हैं जो लेज़र की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करते हैं (लेकिन पल्स अवधि पर नहीं)।

गैर-अनुक्रमिक आयनीकरण की व्याख्या करने के लिए दो मॉडल प्रस्तावित किए गए हैं; शेक-ऑफ मॉडल और इलेक्ट्रॉन री-स्कैटरिंग मॉडल। शेक-ऑफ (SO) मॉडल, सबसे पहले Fittinghoff et al. द्वारा प्रस्तावित किया गया था। एक्स किरणों और इलेक्ट्रॉन प्रोजेक्टाइल द्वारा परमाणुओं के आयनीकरण के क्षेत्र से अपनाया जाता है जहां एसओ प्रक्रिया परमाणुओं के कई आयनीकरण के लिए जिम्मेदार प्रमुख तंत्रों में से एक है। एसओ मॉडल एनएस प्रक्रिया को एक तंत्र के रूप में वर्णित करता है जहां लेजर क्षेत्र द्वारा एक इलेक्ट्रॉन को आयनित किया जाता है और इस इलेक्ट्रॉन का प्रस्थान इतनी तेजी से होता है कि शेष इलेक्ट्रॉनों के पास खुद को नई ऊर्जा अवस्थाओं में समायोजित करने के लिए पर्याप्त समय नहीं होता है। इसलिए, एक निश्चित संभावना है कि, पहले इलेक्ट्रॉन के आयनीकरण के बाद, एक दूसरा इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा (शेक-अप) या यहां तक ​​​​कि आयनित (शेक-ऑफ) वाले राज्यों में उत्साहित होता है। हमें यह उल्लेख करना चाहिए कि अब तक SO मॉडल के आधार पर कोई मात्रात्मक गणना नहीं की गई है, और मॉडल अभी भी गुणात्मक है।

इलेक्ट्रॉन पुनर्प्रकीर्णन मॉडल स्वतंत्र रूप से कुचीव द्वारा विकसित किया गया था, मचान एट अल, कर्कुम, बेकर और फैसल और फैसल और बेकर। कॉर्कम के संस्करण से मॉडल की प्रमुख विशेषताओं को आसानी से समझा जा सकता है। कॉर्कम का मॉडल एनएस आयनीकरण को एक प्रक्रिया के रूप में वर्णित करता है जिससे एक इलेक्ट्रॉन सुरंग आयनित होता है। इलेक्ट्रॉन फिर लेजर क्षेत्र के साथ इंटरैक्ट करता है जहां इसे परमाणु कोर से दूर त्वरित किया जाता है। यदि इलेक्ट्रॉन को क्षेत्र के एक उपयुक्त चरण में आयनित किया गया है, तो यह आधा चक्र बाद में शेष आयन की स्थिति से गुजरेगा, जहां यह इलेक्ट्रॉन के प्रभाव से एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन को मुक्त कर सकता है। इलेक्ट्रॉन का केवल आधा समय उपयुक्त चरण के साथ छोड़ा जाता है और दूसरा आधा कभी भी परमाणु कोर में वापस नहीं आता है। लौटने वाले इलेक्ट्रॉन की अधिकतम गतिज ऊर्जा पॉन्डेरोमोटिव क्षमता का 3.17 गुना हो सकती है ($U_{p}$) लेजर का। कॉर्कम का मॉडल न्यूनतम तीव्रता पर कट-ऑफ सीमा रखता है ($U_{p}$ तीव्रता के समानुपाती होता है) जहां पुन: प्रकीर्णन के कारण आयनीकरण हो सकता है।

पुन: बिखराव तंत्र के माध्यम से एक परमाणु में दोहरे आयनीकरण की प्रक्रिया के लिए फेनमैन आरेख

कुचीव के संस्करण (कुचीव का मॉडल) में पुन: बिखरने वाला मॉडल क्वांटम मैकेनिकल है। मॉडल का मूल विचार चित्र ए में फेनमैन आरेखों द्वारा चित्रित किया गया है। पहले दोनों इलेक्ट्रॉन एक परमाणु की जमीनी अवस्था में होते हैं। ए और बी चिह्नित रेखाएं संबंधित परमाणु अवस्थाओं का वर्णन करती हैं। तब इलेक्ट्रॉन a आयनित होता है। आयनीकरण प्रक्रिया की शुरुआत एक ढलान वाली धराशायी रेखा के साथ प्रतिच्छेदन द्वारा दिखाई जाती है। जहां एमपीआई होता है। लेजर क्षेत्र में आयनित इलेक्ट्रॉन का प्रसार, जिसके दौरान यह अन्य फोटोन (एटीआई) को अवशोषित करता है, पूर्ण मोटी रेखा द्वारा दिखाया गया है। मूल परमाणु आयन के साथ इस इलेक्ट्रॉन की टक्कर को एक ऊर्ध्वाधर बिंदीदार रेखा द्वारा दिखाया गया है जो इलेक्ट्रॉनों के बीच कूलम्ब इंटरैक्शन का प्रतिनिधित्व करता है। सी के साथ चिह्नित राज्य एक असतत या सातत्य अवस्था में आयन उत्तेजना का वर्णन करता है। चित्रा बी विनिमय प्रक्रिया का वर्णन करता है। कुचीव का मॉडल, कॉर्कम के मॉडल के विपरीत, एनएस आयनीकरण की घटना के लिए किसी भी सीमा की तीव्रता का अनुमान नहीं लगाता है।

Kuciev ने आयनित इलेक्ट्रॉन की गतिशीलता पर कूलम्ब प्रभाव को शामिल नहीं किया। इसके परिणामस्वरूप दोहरे आयनीकरण दर को एक बड़े कारक द्वारा कम करके आंका गया। जाहिर है, बेकर और फैसल (जो भावना में कुचीव के मॉडल के बराबर है) के दृष्टिकोण में, यह कमी मौजूद नहीं है। वास्तव में, उनका मॉडल अधिक सटीक है और कुचीव द्वारा किए गए अनुमानों की बड़ी संख्या से ग्रस्त नहीं है। उनकी गणना के परिणाम वॉकर एट अल के प्रायोगिक परिणामों के साथ पूरी तरह फिट हैं। बेकर और फैसल अपने मॉडल का उपयोग करके दुर्लभ गैस परमाणुओं के कई NSI पर प्रायोगिक परिणामों को फिट करने में सक्षम हैं। नतीजतन, एनएसआई प्रक्रिया की घटना के लिए इलेक्ट्रॉन पुन: बिखराव को मुख्य तंत्र के रूप में लिया जा सकता है।

आंतरिक-संयोजी इलेक्ट्रॉनों का बहुप्रकाशीय आयनीकरण और बहुपरमाणुक अणुओं का विखंडन

मजबूत लेजर क्षेत्रों में बहुपरमाणुक अणुओं के विखंडन के लिए आंतरिक वैलेंस इलेक्ट्रॉनों का आयनीकरण जिम्मेदार है। एक गुणात्मक मॉडल के अनुसार अणुओं का पृथक्करण तीन-चरण तंत्र के माध्यम से होता है:

• अणु के आंतरिक कक्षाओं से इलेक्ट्रॉनों का एमपीआई जिसके परिणामस्वरूप एक उत्तेजित इलेक्ट्रॉनिक राज्य के आरओ-कंपन स्तरों में एक आणविक आयन होता है;
• निम्न इलेक्ट्रॉनिक स्थिति के उच्च-स्तर वाले रो-कंपन स्तरों के लिए तेजी से विकिरण रहित संक्रमण; और
• विभिन्न विखंडन चैनलों के माध्यम से आयन के बाद के विभिन्न टुकड़ों में पृथक्करण।

शॉर्ट पल्स प्रेरित आणविक विखंडन का उपयोग उच्च प्रदर्शन द्रव्यमान स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए आयन स्रोत के रूप में किया जा सकता है। शॉर्ट पल्स आधारित स्रोत द्वारा प्रदान की गई चयनात्मकता पारंपरिक इलेक्ट्रॉन आयनीकरण आधारित स्रोतों का उपयोग करते समय अपेक्षा से बेहतर होती है, विशेष रूप से जब ऑप्टिकल आइसोमर्स की पहचान की आवश्यकता होती है।

क्रेमर्स-हेनबर्गर फ्रेम और आयनीकरण चरण प्रभाव

तथाकथित क्रेमर्स-हेनेबर्गर (के-एच) फ्रेम में परमाणु के मजबूत क्षेत्र आयनीकरण का अध्ययन इस निष्कर्ष की ओर जाता है कि आयनीकरण दक्षता दृढ़ता से आयनीकरण नाड़ी के अस्थायी विवरण पर निर्भर करती है, लेकिन जरूरी नहीं कि क्षेत्र की ताकत और परमाणु में पंप किए गए आयनकारी नाड़ी की कुल ऊर्जा पर। क्रेमर्स-हेन्नेबर्गर फ्रेम हार्मोनिक लेजर पल्स के प्रभाव में मुक्त इलेक्ट्रॉन के साथ चलने वाला गैर-इंटरशियल फ्रेम है। हार्मोनिक लेजर क्षेत्र में एक आयाम में इलेक्ट्रॉन के लिए न्यूटन समीकरणों का मुक्त इलेक्ट्रॉन समाधान

${\frac {\mathrm {d} ^{2}x}{\mathrm {d} t^{2}}}=F\sin(\omega t)$

हार्मोनिक भी होगा

$x(t)=-{\frac {F}{\omega ^{2}}}\sin(\omega t)=-a\sin(\omega t)$

इस इलेक्ट्रॉन के साथ आने वाला फ्रेम समन्वय परिवर्तन द्वारा प्राप्त किया जाएगा

$x\to x+a\sin(\omega t)$

जबकि अतिरिक्त कूलम्ब क्षमता होगी

$V(x)=-{\frac {1}{\left|x+a\sin(\omega t)\right|}}$

उस क्षमता का पूर्ण चक्र समय-औसत जो है

$V_{AV}=-{\frac {1}{2\left|x+{\frac {a}{\sqrt {2}}}\right|}}-{\frac {1}{2\left|x-{\frac {a}{\sqrt {2}}}\right|}}$

का सम कार्य होगा $x$ और इसलिए अधिकतम होने पर $x=0$ जबकि उस प्रारंभिक स्थिति के लिए समाधान होगा $x(t)=0$ के-एच में और इसलिए यह प्रयोगशाला फ्रेम में मुक्त इलेक्ट्रॉन समाधान के समान होगा। दूसरी ओर इलेक्ट्रॉन वेग को क्षेत्र की ताकत और इलेक्ट्रॉन की स्थिति दोनों में स्थानांतरित कर दिया जाता है:

${\frac {\mathrm {d} x}{\mathrm {d} t}}=-{\frac {F}{\omega }}\cos(\omega t)$

इसलिए, तरंगिका दालों पर विचार करना और आयनीकरण को लंबाई 2r (या तीन आयामों में गोलाकार क्षेत्र से) के रेखा खंड से पूर्ण पलायन के रूप में परिभाषित करना, समय के बाद शास्त्रीय मॉडल में पूर्ण आयनीकरण होता है $r/(a\omega )$ या कोई आयनीकरण बिल्कुल नहीं निर्भर करता है यदि हार्मोनिक क्षेत्र तरंगिका शून्य न्यूनतम या अधिकतम वेग पर कट जाती है।

हदबंदी - भेद

एक पदार्थ अनिवार्य रूप से आयनों का उत्पादन किए बिना पृथक्करण (रसायन विज्ञान) कर सकता है। एक उदाहरण के रूप में, टेबल शुगर के अणु पानी में अलग हो जाते हैं (चीनी घुल जाती है) लेकिन बरकरार तटस्थ संस्थाओं के रूप में मौजूद होती है। एक अन्य सूक्ष्म घटना सोडियम क्लोराइड (टेबल सॉल्ट) का सोडियम और क्लोरीन आयनों में पृथक्करण है। यद्यपि यह आयनीकरण के मामले के रूप में प्रतीत हो सकता है, वास्तव में क्रिस्टल जाली के भीतर आयन पहले से मौजूद हैं। जब नमक का वियोजन होता है, तो इसके संघटक आयन बस पानी के अणुओं से घिरे होते हैं और उनके प्रभाव दिखाई देते हैं (जैसे समाधान इलेक्ट्रोलाइटिक हो जाता है)। हालाँकि, इलेक्ट्रॉनों का कोई स्थानांतरण या विस्थापन नहीं होता है।

यह भी देखें

• दहलीज से ऊपर आयनीकरण
• आयनीकरण कक्ष - गैसीय आयनीकरण का पता लगाने के लिए उपकरण, आयनीकरण विकिरण माप में उपयोग किया जाता है
• आयन स्रोत
• फोटोकरण
• थर्मल आयनीकरण
• इलेक्ट्रॉन आयनीकरण
• रासायनिक आयनीकरण
• टाउनसेंड हिमस्खलन - लागू विद्युत क्षेत्र के साथ गैस में होने वाली आयनीकरण की श्रृंखला प्रतिक्रिया

टेबल

Phase transitions of matter ()

To From	Solid	Liquid	Gas	Plasma
Solid		Melting	Sublimation
Liquid	Freezing		Vaporization
Gas	Deposition	Condensation		Ionization
Plasma			Recombination

बाहरी संबंध

• The dictionary definition of आयनीकरण at Wiktionary