Перезарядка ионов

Перезарядка ионов происходит по следующей схеме:

${\displaystyle I^{+}+B^{\circ }\Rightarrow I^{\circ }+B^{+}}$,

где ${\displaystyle I^{+}}$ — положительный ион, ${\displaystyle B^{\circ }}$ — нейтральный атом или молекула, ${\displaystyle I^{\circ }}$ — нейтральный ион, ${\displaystyle B^{+}}$ — ионизированный атом (молекула) после взаимодействия с положительным ионом.

Если суммарная энергия системы «ион — атом (молекула)» после взаимодействия остаётся неизменной, то такую систему называют резонансной. Часто такой системой является «положительный ион — атом» того же вещества, что и положительный ион.

Одним из параметров, описывающих процесс перезарядки ионов, является эффективное сечение перезарядки ${\displaystyle \sigma }$, которое, в свою очередь, зависит от природы взаимодействующих частиц, их относительной скорости относительно друг друга, а также параметра Месси:

${\displaystyle \xi =a{\frac {\Delta {\mathcal {E}}}{\hbar v}}}$,

где ${\displaystyle a}$ — расстояние, сравнимое с размером атома (молекулы), ${\displaystyle \Delta {\mathcal {E}}}$ — изменение внутренней энергии системы взаимодействующих частиц, ${\displaystyle \hbar }$ — постоянная Планка, ${\displaystyle v}$ — относительная скорость частиц.

Параметр Месси в случае резонансной симметричной перезарядки ионов равен 0, а сечение перезарядки ${\displaystyle \sigma }$ увеличивается.

При нерезонансной перезарядке сечение перезарядки ${\displaystyle \sigma }$ обладает максимумом при значении параметра Месси, близком к 1.

При значениях параметра Месси ${\displaystyle \xi \ll 1}$ поведение и величина сечения перезарядки ${\displaystyle \sigma }$ ведёт себя также, как и в случае симметричной резонансной перезарядки ионов, а в случае параметра Месси ${\displaystyle \xi \gg 1}$ эффективное сечение экспоненциально уменьшается вместе с относительной скоростью частиц ${\displaystyle v}$.

Существуют случаи, когда резонансная перезарядка ионов происходит с образованием атома в возбуждённом состоянии, причём с образованием ионов с с двумя электронами (в электроотрицательных газах), а также на поверхности металлов, где ион становится нейтральным, получая необходимы для этого электрон из металла.

Перезарядка ионов наблюдается в ионизированной плазме при высоких температурах, при столкновениях пучков атомов в ускорителях, при бомбардировках пучками атомов плазмы из того же вещества, что и атомы этих пучков, при электрических разрядах в плазме и др^[1][2].