सुरंग आयनीकरण

सुरंग आयनीकरण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें एक परमाणु (या एक अणु) में इलेक्ट्रॉन संभावित अवरोध से गुजरते हैं और परमाणु (या अणु) से बच जाते हैं। एक तीव्र विद्युत क्षेत्र में परमाणु (अणु) की संभावित बाधा अत्यधिक विकृत होती है। इसलिए जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनों को गुजरने वाले अवरोध की लंबाई घटती जाती है इलेक्ट्रॉन परमाणु की क्षमता से अधिक आसानी से बच सकते हैं। सुरंग आयोनाइजेशन एक क्वांटम मैकेनिकल घटना है क्योंकि मौलिक छवि में एक इलेक्ट्रॉन में परमाणु की संभावित बाधा को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा नहीं होती है।

जब परमाणु डीसी बाहरी क्षेत्र में होता है तो कूलम्ब संभावित बाधा कम हो जाती है और इलेक्ट्रॉन में संभावित बाधा के माध्यम से सुरंग बनाने की गैर-शून्य संभावना बढ़ जाती है। एक वैकल्पिक विद्युत क्षेत्र के स्थिति में क्षेत्र की आधी अवधि के बाद विद्युत क्षेत्र की दिशा विपरीत हो जाती है। आयनित इलेक्ट्रॉन अपने मूल आयन में वापस आ सकता है। इलेक्ट्रॉन परमाणु नाभिक (नाभिक) के साथ पुनर्संयोजन कर सकता है और इसकी गतिज ऊर्जा प्रकाश (उच्च हार्मोनिक पीढ़ी) के रूप में जारी की जाती है। यदि पुनर्संयोजन नहीं होता है, तो उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों और मूल परमाणु (अणु) के बीच टकराव से आगे आयनीकरण आगे बढ़ सकता है। इस प्रक्रिया को गैर-अनुक्रमिक आयनीकरण के रूप में जाना जाता है।

डीसी सुरंग आयनीकरण

एक इलेक्ट्रोस्टैटिक (डीसी) क्षेत्र में एक हाइड्रोजन परमाणु की जमीनी अवस्था से सुरंग आयनीकरण को लेव लैंडौ द्वारा योजनाबद्ध रूप से हल किया गया था, परवलयिक निर्देशांक का उपयोग करना यह एक सरलीकृत भौतिक प्रणाली प्रदान करता है जिसने इसे प्रयुक्त बाहरी क्षेत्र पर आयनीकरण दर की उचित घातीय निर्भरता दी जब $E<<E_{a}$, इस प्रणाली के लिए आयनीकरण दर द्वारा दिया गया है:

$w=4\omega _{a}{\frac {E_{a}}{\left|E\right|}}\exp \left[-{\frac {2}{3}}{\frac {E_{a}}{\left|E\right|}}\right]$

लैंडौ ने इसे परमाणु इकाइयों में व्यक्त किया जहां $m=e=\hbar =1$ SI इकाइयों में पिछले मापदंडों को इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

$E_{a}={\frac {m^{2}e^{5}}{(4\pi \epsilon _{0})^{3}\hbar ^{4}}}$,

$\omega _{a}={\frac {me^{4}}{(4\pi \epsilon _{0})^{2}\hbar ^{3}}}$.

आयनीकरण दर बाहरी मौलिक मोड़ के माध्यम से कुल संभाव्यता वर्तमान है। यह डब्ल्यूकेबी सन्निकटन का उपयोग करते हुए जमीनी अवस्था हाइड्रोजन तरंग क्रिया से मेल खाने के लिए पाया जाता है चूँकि दबा हुआ कूलम्ब संभावित अवरोध है ।

ऊपर दिए गए आयनीकरण दर के लिए एक और अधिक शारीरिक रूप से सार्थक रूप प्राप्त किया जा सकता है यह देखते हुए कि बोह्र त्रिज्या और हाइड्रोजन परमाणु आयनीकरण ऊर्जा द्वारा दिया जाता है

$a_{0}={\frac {4\pi \epsilon _{0}\hbar ^{2}}{me^{2}}}$,

$E_{ion}=R_{H}={\frac {me^{4}}{8\epsilon _{0}^{2}h^{2}}}$,

जहाँ $R_{H}\approx \mathrm {13.6\,eV}$ रिडबर्ग नियतांक है। फिर पैरामीटर $E_{a}$ और $\omega _{a}$ रूप में लिखा जा सकता है

$E_{a}={\frac {2R_{H}}{ea_{0}}}$, $\omega _{a}={\frac {2R_{H}}{\hbar }}$.

जिससे कुल आयनीकरण दर को फिर से लिखा जा सकता है

$w=8{\frac {R_{H}}{\hbar }}{\frac {2R_{H}/a_{0}}{\left|eE\right|}}\exp \left[-{\frac {4}{3}}{\frac {R_{H}/a_{0}}{\left|eE\right|}}\right]$.

आयनीकरण दर के लिए यह फॉर्म $w$ जोर देता है कि आयनीकरण के लिए आवश्यक विशेषता विद्युत क्षेत्र $E_{a}={\frac {2E_{ion}}{ea_{0}}}$अनुपात के समानुपाती है इलेक्ट्रॉन की कक्षीय $E_{ion}$ के विशिष्ट आकार के लिए आयनीकरण ऊर्जा $a_{0}$ इस प्रकार, कम आयनीकरण ऊर्जा वाले परमाणु (जैसे क्षार धातु) उच्च प्रिंसिपल क्वांटम संख्या $n$ (अथार्त आवर्त सारणी के नीचे) वाले ऑर्बिटल्स पर कब्जा करने वाले इलेक्ट्रॉनों के साथ डीसी क्षेत्र के तहत सबसे आसानी से आयनित होते हैं। इसके अतिरिक्त , एक हाइड्रोजेनिक परमाणु के लिए, इस विशिष्ट आयनीकरण क्षेत्र का स्केलिंग $Z^{3}$के रूप में होता है, जहां $Z$ परमाणु आवेश होता है। यह स्केलिंग उत्पन्न होती है क्योंकि आयनीकरण ऊर्जा $\propto Z^{2}$ और कक्षीय त्रिज्या $\propto Z^{-1}$के रूप में स्केल करती है। हाइड्रोजन ऑर्बिटल्स से सुरंग के लिए अधिक सटीक और सामान्य सूत्र भी प्राप्त किए जा सकते हैं।

संदर्भ के एक अनुभवजन्य बिंदु के रूप में, सामान्य हाइड्रोजन परमाणु के लिए विशेषता विद्युत क्षेत्र $E_{a}$लगभग $51\mathrm {\frac {Volt}{Angstrom}}$