التأين

التأين (أو التأين على وجه التحديد في بريطانيا وأيرلندا وأستراليا ونيوزيلندا) هو العملية التي تكتسب بها الذرة أو الجزيء شحنة سالبة أو موجبة عن طريق اكتساب أو فقدان الإلكترونات ، وغالبًا ما يكون ذلك بالتزامن مع تغيرات كيميائية أخرى. تسمى الذرة أو الجزيء المشحون كهربائيًا الناتج أيونًا . يمكن أن ينتج التأين عن فقدان إلكترون بعد الاصطدامات مع الجسيمات دون الذرية ، أو الاصطدامات مع ذرات أخرى وجزيئات وإلكترونات وبوزيترونات ^[1] وبروتونات ومضادات بروتونات [ 2 ^] وأيونات، ^{[3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]} أو من خلال التفاعل مع الإشعاع الكهرومغناطيسي . يمكن أن تؤدي انقسام الرابطة غير المتجانسة وتفاعلات الاستبدال غير المتجانسة إلى تكوين أزواج أيونات. يمكن أن يحدث التأين من خلال الاضمحلال الإشعاعي من خلال عملية التحويل الداخلي ، حيث تنقل النواة المثارة طاقتها إلى أحد إلكترونات الغلاف الداخلي مما يتسبب في إخراجها.

تحدث أمثلة يومية لتأين الغاز داخل مصباح فلورسنت أو مصابيح تفريغ كهربائي أخرى . كما يتم استخدامه في أجهزة الكشف عن الإشعاع مثل عداد جايجر-مولر أو غرفة التأين . تُستخدم عملية التأين على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من المعدات في العلوم الأساسية (على سبيل المثال، مطيافية الكتلة ) وفي العلاج الطبي (على سبيل المثال، العلاج الإشعاعي ). كما تُستخدم على نطاق واسع لتنقية الهواء، على الرغم من أن الدراسات أظهرت تأثيرات ضارة لهذا التطبيق. ^{[10] [11]}

يتم إنتاج الأيونات المشحونة سلبًا ^[12] عندما يصطدم إلكترون حر بذرة ثم يتم حبسه داخل حاجز الجهد الكهربائي، مما يؤدي إلى إطلاق أي طاقة زائدة. تُعرف هذه العملية باسم تأين التقاط الإلكترون .

يتم إنتاج الأيونات المشحونة إيجابيا عن طريق نقل كمية من الطاقة إلى إلكترون مرتبط في تصادم مع جسيمات مشحونة (مثل الأيونات أو الإلكترونات أو البوزيترونات) أو مع الفوتونات. تُعرف كمية العتبة للطاقة المطلوبة بإمكانية التأين . إن دراسة مثل هذه التصادمات لها أهمية أساسية فيما يتعلق بمشكلة الأجسام القليلة ، وهي واحدة من المشكلات الرئيسية التي لم يتم حلها في الفيزياء. ساهمت التجارب الكاملة حركيًا ، ^[13] أي التجارب التي يتم فيها تحديد متجه الزخم الكامل لجميع شظايا الاصطدام (القذيفة المتناثرة، والأيون المستهدف المرتد، والإلكترون المقذوف)، في تحقيق تقدم كبير في الفهم النظري لمشكلة الأجسام القليلة في السنوات الأخيرة.

التأين الأديباتي هو شكل من أشكال التأين حيث يتم إزالة إلكترون من ذرة أو جزيء في أدنى حالة طاقة له أو إضافته إلى هذه الذرة أو الجزيء لتكوين أيون في أدنى حالة طاقة له. ^[14]

يعتبر تفريغ تاونسند مثالاً جيدًا على تكوين الأيونات الموجبة والإلكترونات الحرة بسبب تأثير الأيونات. إنه تفاعل متتالي يتضمن إلكترونات في منطقة ذات مجال كهربائي مرتفع بدرجة كافية في وسط غازي يمكن تأينه، مثل الهواء . بعد حدث التأين الأصلي، بسبب الإشعاع المؤين، ينجرف الأيون الموجب نحو الكاثود ، بينما ينجرف الإلكترون الحر نحو الأنود للجهاز . إذا كان المجال الكهربائي قويًا بدرجة كافية، يكتسب الإلكترون الحر طاقة كافية لتحرير إلكترون آخر عندما يصطدم بعد ذلك بجزيء آخر. ثم ينتقل الإلكترونان الحران نحو الأنود ويكتسبان طاقة كافية من المجال الكهربائي للتسبب في تأين التأثير عندما تحدث الاصطدامات التالية؛ وهكذا. هذا هو في الواقع تفاعل متسلسل لتوليد الإلكترونات، ويعتمد على اكتساب الإلكترونات الحرة طاقة كافية بين الاصطدامات لدعم الانهيار. ^[15]

كفاءة التأين هي نسبة عدد الأيونات المتكونة إلى عدد الإلكترونات أو الفوتونات المستخدمة. ^{[16] [17]}

غالبًا ما يستخدم الاتجاه في طاقة التأين للذرات لإظهار السلوك الدوري للذرات فيما يتعلق بالعدد الذري، كما يلخصه ترتيب الذرات في جدول مندليف . هذه أداة قيمة لتأسيس وفهم ترتيب الإلكترونات في المدارات الذرية دون الخوض في تفاصيل الدوال الموجية أو عملية التأين. يتم تقديم مثال في الشكل الموجود على اليمين. يشير الانخفاض المفاجئ الدوري في جهد التأين بعد ذرات الغاز النادرة، على سبيل المثال، إلى ظهور غلاف جديد في المعادن القلوية . بالإضافة إلى ذلك، فإن القيم القصوى المحلية في رسم طاقة التأين، والتي تتحرك من اليسار إلى اليمين على التوالي، تشير إلى الغلافات الفرعية s وp وd وf.

يمكن للفيزياء الكلاسيكية ونموذج بور للذرة أن يفسرا بشكل نوعي التأين الضوئي والتأين بوساطة التصادم. في هذه الحالات، أثناء عملية التأين، تتجاوز طاقة الإلكترون فرق الطاقة بين حاجز الجهد الذي يحاول عبوره. ومع ذلك، لا يمكن للوصف الكلاسيكي أن يصف التأين النفقي لأن العملية تنطوي على مرور الإلكترون عبر حاجز جهد محظور كلاسيكيًا.

يؤدي تفاعل الذرات والجزيئات مع نبضات الليزر القوية بدرجة كافية أو مع الجسيمات المشحونة الأخرى إلى التأين لأيونات مشحونة مفردة أو مضاعفة. يمكن حساب معدل التأين، أي احتمال التأين في وحدة الزمن، باستخدام ميكانيكا الكم . (تتوفر أيضًا طرق كلاسيكية، مثل طريقة مونت كارلو للمسار الكلاسيكي (CTMC) ^{[18] [19]} ، لكنها غير مقبولة بشكل عام وغالبًا ما تنتقدها المجتمعات.) توجد طريقتان ميكانيكيتان كميتان، طرق مضطربة وغير مضطربة مثل طرق القناة المقترنة المعتمدة على الوقت أو طرق الاقتران الوثيق المستقلة عن الوقت ^[20] حيث يتم توسيع دالة الموجة في مجموعة أساسية محدودة. تتوفر خيارات عديدة مثل B-splines ^[21] أو حزم موجة كولومب. ^{[22] [23]} طريقة أخرى غير مضطربة هي حل معادلة شرودنجر المقابلة عدديًا بالكامل على شبكة. ^[24]

بشكل عام، لا تتوفر الحلول التحليلية، ولا توفر التقريبات المطلوبة للحسابات العددية القابلة للإدارة نتائج دقيقة بدرجة كافية. ومع ذلك، عندما تكون شدة الليزر عالية بدرجة كافية، يمكن تجاهل البنية التفصيلية للذرة أو الجزيء ويصبح الحل التحليلي لمعدل التأين ممكنًا.

التأين النفقي هو تأين ناتج عن النفق الكمي . في التأين الكلاسيكي، يجب أن يكون للإلكترون طاقة كافية ليتمكن من عبور حاجز الجهد، لكن النفق الكمي يسمح للإلكترون بالمرور عبر حاجز الجهد ببساطة بدلاً من المرور عبره بالكامل بسبب الطبيعة الموجية للإلكترون. تنخفض احتمالية عبور الإلكترون للحاجز بشكل كبير مع اتساع حاجز الجهد. لذلك، يمكن للإلكترون ذي الطاقة الأعلى أن يصعد إلى أعلى حاجز الجهد، تاركًا حاجزًا أرق بكثير ليعبر من خلاله وبالتالي فرصة أكبر للقيام بذلك. في الممارسة العملية، يمكن ملاحظة التأين النفقي عندما تتفاعل الذرة أو الجزيء مع نبضات الليزر القوية القريبة من الأشعة تحت الحمراء. يمكن فهم هذه العملية على أنها عملية يتم من خلالها تأين الإلكترون المحدود، من خلال امتصاص أكثر من فوتون واحد من مجال الليزر. تُعرف هذه الصورة عمومًا باسم التأين متعدد الفوتونات (MPI).

قام كيلديش ^[25] بوضع نموذج لعملية MPI باعتبارها انتقالًا للإلكترون من الحالة الأساسية للذرة إلى حالات فولكوف. ^[26] في هذا النموذج، يتم إهمال اضطراب الحالة الأساسية بواسطة مجال الليزر ولا يتم أخذ تفاصيل البنية الذرية في الاعتبار في تحديد احتمال التأين. كانت الصعوبة الرئيسية في نموذج كيلديش هي إهماله لتأثيرات تفاعل كولومب على الحالة النهائية للإلكترون. وكما هو ملاحظ من الشكل، فإن مجال كولومب ليس صغيرًا جدًا في المقدار مقارنة بإمكانات الليزر على مسافات أكبر من النواة. وهذا على النقيض من التقريب الذي تم إجراؤه عن طريق إهمال إمكانات الليزر في المناطق القريبة من النواة. أدرج بيرلوموف وآخرون ^{[27] [28]} تفاعل كولومب على مسافات بينية أكبر. تم اشتقاق نموذجهم (الذي نسميه نموذج PPT) لإمكانات المدى القصير ويتضمن تأثير تفاعل كولومب طويل المدى من خلال التصحيح من الدرجة الأولى في الفعل شبه الكلاسيكي. قام Larochelle et al. ^[29] بمقارنة منحنى الأيونات مقابل الشدة المتوقع نظريًا لذرات الغازات النادرة المتفاعلة مع ليزر Ti:Sapphire مع القياس التجريبي. لقد أظهروا أن معدل التأين الكلي المتوقع بواسطة نموذج PPT يتناسب بشكل جيد جدًا مع العائدات الأيونية التجريبية لجميع الغازات النادرة في النظام الوسيط لمعامل Keldysh.

معدل MPI على الذرة ذات جهد التأين في الليزر المستقطب خطيًا مع التردد يعطى بواسطة ${\displaystyle E_{i}}$${\displaystyle \omega }$

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

أين

• ${\displaystyle \gamma ={\frac {\omega {\sqrt {2E_{i}}}}{F}}}$هو معامل كيلديش،
• ${\displaystyle n^{*}={\frac {\sqrt {2E_{i}}}{Z^{2}}}}$,
• ${\displaystyle F}$هو ذروة المجال الكهربائي لليزر و
• ${\displaystyle l^{*}=n^{*}-1}$.

المعاملات و يتم إعطاؤها بواسطة${\displaystyle f_{lm}}$${\displaystyle g(\gamma )}$${\displaystyle C_{n^{*}l^{*}}}$

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

يتم إعطاء المعامل بواسطة${\displaystyle A_{m}(\omega ,\gamma )}$

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

أين

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

النفق شبه الثابت (QST) هو التأين الذي يمكن التنبؤ بمعدله بشكل مرضٍ من خلال نموذج ADK، ^[30] أي حد نموذج PPT عندما يقترب من الصفر. ^[31] يتم إعطاء معدل QST بواسطة ${\displaystyle \gamma }$

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

وبالمقارنة مع غياب الجمع على n، والتي تمثل قمم مختلفة من التأين فوق العتبة (ATI)، فإن هذا أمر ملحوظ. ${\displaystyle W_{PPT}}$

تتم حسابات PPT في مقياس E ، مما يعني أن مجال الليزر يؤخذ كموجات كهرومغناطيسية. يمكن أيضًا حساب معدل التأين في مقياس A ، والذي يؤكد على الطبيعة الجسيمية للضوء (امتصاص فوتونات متعددة أثناء التأين). تم تبني هذا النهج بواسطة نموذج كرينوف ^[32] بناءً على الأعمال السابقة لفيصل ^[33] وريس. ^[34] يتم إعطاء المعدل الناتج بواسطة

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

أين:

• ${\displaystyle n_{i}=E_{i}/\omega ,}$
• ${\displaystyle n_{\mathrm {osc} }=U_{p}/\omega }$مع كونها طاقة حركية هائلة،${\displaystyle U_{p}}$
• ${\displaystyle N=[n_{i}+n_{\mathrm {osc} }]}$هو الحد الأدنى لعدد الفوتونات اللازمة لتأين الذرة،
• ${\displaystyle J_{n}(u,v)}$هي دالة بيسل المزدوجة،
• ${\displaystyle p={\sqrt {2\omega (n-n_{\mathrm {osc} }-n_{i})}},}$
• ${\textstyle n_{f}=2{\sqrt {n_{\mathrm {osc} }/\omega }}p\cos(\theta )}$مع الزاوية بين زخم الإلكترون، p ، والمجال الكهربائي لليزر، F ،${\displaystyle \theta }$
• FT هو تحويل فورييه ثلاثي الأبعاد، و
• ${\displaystyle I_{KAR}=\left({\frac {2Z^{2}}{n^{2}Fr}}\right)^{n}}$يتضمن تصحيح كولومب في نموذج SFA.

عند حساب معدل MPI للذرات، يتم النظر فقط في التحولات إلى حالات الاستمرارية. مثل هذا التقريب مقبول طالما لا يوجد رنين متعدد الفوتونات بين الحالة الأساسية وبعض الحالات المثارة. ومع ذلك، في الموقف الحقيقي للتفاعل مع الليزر النبضي، أثناء تطور شدة الليزر، بسبب تحول ستارك المختلف للحالة الأساسية والمثارة، هناك احتمال أن تدخل بعض الحالات المثارة في رنين متعدد الفوتونات مع الحالة الأساسية. داخل صورة الذرة الملبسة، تخضع الحالة الأساسية الملبسة بالفوتونات والحالة الرنانة لتقاطع متجنب عند شدة الرنين . المسافة الدنيا، ، عند التقاطع المتجنب تتناسب مع تردد رابي المعمم، مما يربط بين الحالتين. وفقًا لـ Story et al.، ^[35] فإن احتمال البقاء في الحالة الأساسية، ، يُعطى بواسطة ${\displaystyle m}$${\displaystyle I_{r}}$${\displaystyle V_{m}}$${\displaystyle \Gamma (t)=\Gamma _{m}I(t)^{m/2}}$${\displaystyle P_{g}}$

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

حيث هو فرق الطاقة المعتمد على الوقت بين الحالتين الملبستين. في التفاعل مع نبضة قصيرة، إذا تم الوصول إلى الرنين الديناميكي في الجزء الصاعد أو الهابط من النبضة، فإن السكان يظلون عمليًا في الحالة الأساسية ويمكن إهمال تأثير الرنينات متعددة الفوتونات. ومع ذلك، إذا انتقلت الحالات إلى الرنين عند ذروة النبضة، حيث ، فإن الحالة المثارة تمتلئ. بعد أن يتم ملؤها، نظرًا لأن جهد التأين للحالة المثارة صغير، فمن المتوقع أن يتأين الإلكترون على الفور. ${\displaystyle W}$${\displaystyle \mathrm {d} W/\mathrm {d} t=0}$

في عام 1992، أظهر دي بور ومولر ^[36] أن ذرات الزينون المعرضة لنبضات ليزر قصيرة يمكن أن تبقى على قيد الحياة في الحالات شديدة الإثارة 4f و5f و6f. وكان يُعتقد أن هذه الحالات قد أثيرت من خلال التحول الديناميكي لمستويات ستارك إلى رنين متعدد الفوتونات مع المجال أثناء الجزء الصاعد من نبضة الليزر. ولم يؤد التطور اللاحق لنبضة الليزر إلى تأين هذه الحالات تمامًا، تاركًا وراءه بعض الذرات شديدة الإثارة. وسوف نشير إلى هذه الظاهرة باسم "احتجاز السكان".

نذكر الحساب النظري الذي يقول بأن التأين غير المكتمل يحدث كلما كان هناك إثارة رنينية متوازية في مستوى مشترك مع فقدان التأين. ^[37] نعتبر حالة مثل 6f من Xe والتي تتكون من 7 مستويات شبه متدهورة في نطاق عرض النطاق الترددي لليزر. تشكل هذه المستويات جنبًا إلى جنب مع المتصل نظام لامدا. يتم تقديم آلية احتجاز نوع لامدا تخطيطيًا في الشكل. في الجزء الصاعد من النبضة (أ) لا تكون الحالة المثارة (مع مستويين متدهورين 1 و 2) في رنين متعدد الفوتون مع الحالة الأرضية. يتم تأين الإلكترون من خلال اقتران متعدد الفوتون مع المتصل. مع زيادة شدة النبضة، يتم تحويل الحالة المثارة والمتصل في الطاقة بسبب تحول ستارك. في ذروة النبضة (ب) تدخل الحالات المثارة في رنين متعدد الفوتون مع الحالة الأرضية. مع بدء انخفاض الكثافة (ج)، يتم ربط الحالتين من خلال الاستمرارية ويتم حبس السكان في تراكب متماسك للحالتين. تحت تأثير لاحق لنفس النبضة، بسبب التداخل في سعات انتقال نظام لامدا، لا يمكن للمجال تأين السكان تمامًا وسيتم حبس جزء من السكان في تراكب متماسك للمستويات شبه المتدهورة. وفقًا لهذا التفسير، فإن الحالات ذات الزخم الزاوي الأعلى - مع المزيد من المستويات الفرعية - سيكون لها احتمال أعلى لحبس السكان. بشكل عام، سيتم تحديد قوة الحبس من خلال قوة اقتران الفوتونين بين المستويات شبه المتدهورة عبر الاستمرارية. في عام 1996، باستخدام ليزر مستقر للغاية ومن خلال تقليل تأثيرات الإخفاء لتوسع المنطقة البؤرية مع زيادة الكثافة، لاحظ Talebpour et al. ^[38] هياكل على منحنيات الأيونات المشحونة منفردة من Xe و Kr و Ar. وقد نُسبت هذه الهياكل إلى حبس الإلكترون في مجال الليزر القوي. وقد تم الإبلاغ عن عرض أكثر وضوحًا لفخ السكان بواسطة T. Morishita و CD Lin . ^[39]

كانت ظاهرة التأين غير المتسلسل (NSI) للذرات المعرضة لحقول الليزر المكثفة موضوعًا للعديد من الدراسات النظرية والتجريبية منذ عام 1983. بدأ العمل الرائد بملاحظة بنية "الركبة" على منحنى إشارة أيون Xe ²⁺ مقابل الكثافة بواسطة L'Huillier et al. ^[40] من وجهة نظر تجريبية، يشير التأين المزدوج NS إلى العمليات التي تعزز بطريقة ما معدل إنتاج الأيونات المشحونة مزدوجة بعامل ضخم عند كثافات أقل من شدة تشبع الأيون المشحون أحاديًا. من ناحية أخرى، يفضل الكثيرون تعريف NSI كعملية يتم من خلالها تأين إلكترونين في وقت واحد تقريبًا. يشير هذا التعريف إلى أنه بصرف النظر عن القناة المتسلسلة، توجد قناة أخرى تمثل المساهمة الرئيسية في إنتاج أيونات مشحونة مزدوجة عند كثافات أقل. تم الإبلاغ عن أول ملاحظة لـ NSI الثلاثي في ​​الأرجون المتفاعل مع ليزر 1  ميكرومتر بواسطة Augst et al. ^[41] لاحقًا، عند دراسة NSI بشكل منهجي لجميع ذرات الغازات النادرة، لوحظ NSI الرباعي لـ Xe. ^[42] كان الاستنتاج الأكثر أهمية لهذه الدراسة هو ملاحظة العلاقة التالية بين معدل NSI لأي حالة شحن ومعدل التأين النفقي (المتوقع بواسطة صيغة ADK) لحالات الشحن السابقة؛ ${\displaystyle A+L->A^{+}+L->A^{++}}$${\displaystyle A+L->A^{++}}$

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

حيث هو معدل النفق شبه الثابت إلى حالة الشحنة i و هي بعض الثوابت التي تعتمد على طول موجة الليزر (ولكن ليس على مدة النبضة). ${\displaystyle W_{ADK}\left(A^{i+}\right)}$${\displaystyle \alpha _{n}(\lambda )}$

تم اقتراح نموذجين لشرح التأين غير المتسلسل؛ نموذج الهز ونموذج إعادة تشتت الإلكترون. تم اعتماد نموذج الهز (SO)، الذي اقترحه فيتينغهوف وآخرون لأول مرة، ^[43] من مجال تأين الذرات بالأشعة السينية وقذائف الإلكترون حيث تعد عملية الهز واحدة من الآليات الرئيسية المسؤولة عن التأين المتعدد للذرات. يصف نموذج SO عملية NSI كآلية حيث يتم تأين إلكترون واحد بواسطة مجال الليزر ويكون رحيل هذا الإلكترون سريعًا جدًا بحيث لا يتوفر للإلكترونات المتبقية الوقت الكافي للتكيف مع حالات الطاقة الجديدة. لذلك، هناك احتمال معين أنه بعد تأين الإلكترون الأول، يتم إثارة إلكترون ثانٍ إلى حالات ذات طاقة أعلى (هز) أو حتى تأين (هز). يجب أن نذكر أنه حتى الآن، لم يكن هناك حساب كمي يعتمد على نموذج SO، ولا يزال النموذج نوعيًا.

تم تطوير نموذج إعادة تشتت الإلكترون بشكل مستقل بواسطة Kuchiev، ^[44] و Schafer et al ، ^[45] و Corkum، ^[46] و Becker و Faisal ^[47] و Faisal و Becker. ^[48] يمكن فهم السمات الرئيسية للنموذج بسهولة من نسخة Corkum. يصف نموذج Corkum تأين NS كعملية يتم من خلالها تأين الإلكترون عبر النفق. يتفاعل الإلكترون بعد ذلك مع مجال الليزر حيث يتم تسريعه بعيدًا عن النواة النووية. إذا تم تأين الإلكترون في مرحلة مناسبة من المجال، فسوف يمر بموضع الأيون المتبقي بعد نصف دورة، حيث يمكنه تحرير إلكترون إضافي عن طريق تأثير الإلكترون. في نصف الوقت فقط يتم إطلاق الإلكترون في المرحلة المناسبة والنصف الآخر لا يعود أبدًا إلى النواة النووية. أقصى طاقة حركية يمكن أن يمتلكها الإلكترون العائد هي 3.17 ضعف الجهد الدافع ( ) لليزر. يضع نموذج كوركوم حدًا أدنى للكثافة ( يتناسب مع الكثافة) حيث يمكن أن يحدث التأين بسبب إعادة التشتت. ${\displaystyle U_{p}}$${\displaystyle U_{p}}$

نموذج إعادة التشتت في نسخة كوتشييف (نموذج كوتشييف) هو نموذج ميكانيكي كمي. يتم توضيح الفكرة الأساسية للنموذج من خلال مخططات فاينمان في الشكل أ. أولاً، يكون كل من الإلكترونات في الحالة الأساسية للذرة. يصف الخطان المرسومان بـ أ و ب الحالات الذرية المقابلة. ثم يتم تأين الإلكترون أ. يتم توضيح بداية عملية التأين من خلال التقاطع مع خط منقط مائل. حيث يحدث MPI. يظهر انتشار الإلكترون المتأين في مجال الليزر، والذي يمتص خلاله الفوتونات الأخرى (ATI)، من خلال الخط السميك الكامل. يظهر تصادم هذا الإلكترون مع الأيون الذري الأصلي من خلال خط منقط رأسي يمثل تفاعل كولومب بين الإلكترونات. تصف الحالة المحددة بـ ج إثارة الأيون إلى حالة منفصلة أو متصلة. يصف الشكل ب عملية التبادل. على عكس نموذج كوركوم، لا يتنبأ نموذج كوتشييف بأي شدة عتبة لحدوث تأين NS.

لم يدرج كوتشييف تأثيرات كولومب على ديناميكيات الإلكترون المتأين. وقد أدى هذا إلى التقليل من تقدير معدل التأين المزدوج بعامل ضخم. ومن الواضح أن هذا العيب غير موجود في نهج بيكر وفيصل (الذي يعادل نموذج كوتشييف من حيث الروح). في الواقع، نموذجهما أكثر دقة ولا يعاني من العدد الكبير من التقريبات التي أجراها كوتشييف. وتتناسب نتائج حساباتهما تمامًا مع النتائج التجريبية لوولكر وآخرين. ^[49] تمكن بيكر وفيصل ^[50] من ملاءمة النتائج التجريبية على NSI المتعددة لذرات الغاز النادرة باستخدام نموذجهما. ونتيجة لذلك، يمكن اعتبار إعادة تشتت الإلكترون الآلية الرئيسية لحدوث عملية NSI.

إن تأين الإلكترونات الداخلية للتكافؤ هو المسؤول عن تفتيت الجزيئات متعددة الذرات في مجالات الليزر القوية. ووفقًا لنموذج نوعي ^{[51] [52]،} يحدث تفكك الجزيئات من خلال آلية مكونة من ثلاث خطوات:

• MPI للإلكترونات من المدارات الداخلية للجزيء مما يؤدي إلى أيون جزيئي في مستويات اهتزازية لحالة إلكترونية مثارة؛
• الانتقال السريع الخالي من الإشعاع إلى مستويات اهتزازية عالية لحالة إلكترونية أقل؛ و
• التفكك اللاحق للأيون إلى أجزاء مختلفة من خلال قنوات التفتت المختلفة.

يمكن استخدام التفتت الجزيئي الناتج عن النبضات القصيرة كمصدر للأيونات في التحليل الطيفي الكتلي عالي الأداء. إن الانتقائية التي يوفرها مصدر يعتمد على النبضات القصيرة تفوق تلك المتوقعة عند استخدام مصادر التأين الإلكتروني التقليدية، وخاصة عندما يكون التعرف على المتزامرات الضوئية مطلوبًا. ^{[53] [54]}

إطار كرامرز-هينبرجر هو الإطار غير بالقصور الذاتي الذي يتحرك مع الإلكترون الحر تحت تأثير نبضة الليزر التوافقية، والتي يتم الحصول عليها من خلال تطبيق ترجمة على إطار المختبر تساوي حركة جعبة إلكترون كلاسيكي في إطار المختبر. بعبارة أخرى، في إطار كرامرز-هينبرجر يكون الإلكترون الكلاسيكي في حالة سكون. ^[55] بدءًا من إطار المختبر (مقياس السرعة)، يمكننا وصف الإلكترون باستخدام هاملتوني:

${\displaystyle H_{lab}={\frac {1}{2}}(\mathbf {P} +{\frac {1}{c}}\mathbf {A} (t))^{2}+V(r)}$

في التقريب ثنائي القطب، يمكن الحصول على حركة ارتعاش الإلكترون الكلاسيكي في إطار المختبر لحقل تعسفي من الجهد المتجه للحقل الكهرومغناطيسي:

${\displaystyle \mathbf {\alpha } (t)\equiv {\frac {1}{c}}\int _{0}^{t}\mathbf {A} (t')dt'=(\alpha _{0}/E_{0})\mathbf {E} (t)}$

أين الموجة المستوية أحادية اللون. ${\displaystyle \alpha _{0}\equiv E_{0}\omega ^{-2}}$

من خلال تطبيق تحويل على إطار المختبر يساوي حركة الجعبة، ننتقل إلى إطار "التذبذب" أو "كرامرز-هينبرجر"، حيث يكون الإلكترون الكلاسيكي في حالة سكون. ومن خلال تحويل عامل الطور للراحة، نحصل على هاملتوني "مترجم في الفضاء"، وهو مكافئ وحدويًا لهاملتوني إطار المختبر، والذي يحتوي على الإمكانات الأصلية المتمركزة حول نقطة التذبذب : ${\displaystyle \mathbf {\alpha } (t)}$${\displaystyle -\mathbf {\alpha } (t)}$

${\displaystyle H_{KH}={\frac {1}{2}}\mathbf {P} ^{2}+V(\mathbf {r} +\mathbf {\alpha } (t))}$

تكمن فائدة إطار KH في حقيقة أنه في هذا الإطار يمكن تقليل تفاعل الليزر والذرة إلى شكل طاقة كامنة متذبذبة، حيث تكون المعلمات الطبيعية التي تصف ديناميكيات الإلكترون هي و (تسمى أحيانًا "سعة الرحلة"، والتي تم الحصول عليها من ). ${\displaystyle \omega }$${\displaystyle \alpha _{0}}$${\displaystyle \mathbf {\alpha } (t)}$

من هنا يمكن تطبيق نظرية فلوكيه لحساب الحلول شبه الثابتة لـ TDSE. في نظرية فلوكيه عالية التردد، يتم تقليص أدنى مرتبة في النظام إلى ما يسمى "معادلة البنية"، والتي لها شكل معادلة شرودنجر النموذجية للطاقة والقيمة الذاتية التي تحتوي على "الإمكانات الملبسة" (متوسط ​​الدورة للإمكانات المتذبذبة). يكون تفسير وجود كما يلي: في الإطار المتذبذب، يكون للنواة حركة تذبذبية للمسار ويمكن رؤيتها كإمكانات الشحنة النووية الملطخة على طول مسارها. ${\displaystyle \omega ^{-1}}$${\displaystyle V_{0}(\alpha _{0},\mathbf {r} )}$${\displaystyle V_{0}}$${\displaystyle -\mathbf {\alpha } (t)}$${\displaystyle V_{0}}$

وبالتالي، يتم استخدام إطار KH في الدراسات النظرية لتأين المجال القوي واستقرار الذرة (ظاهرة متوقعة حيث تقل احتمالية تأين الذرة في مجال عالي الكثافة وعالي التردد بالفعل لشدات أعلى من عتبة معينة) بالتزامن مع نظرية فلوكيه عالية التردد. ^[56]

قد تتفكك المادة دون أن تنتج بالضرورة أيونات. على سبيل المثال، تتفكك جزيئات سكر المائدة في الماء (يذوب السكر) ولكنها توجد ككيانات محايدة سليمة. حدث دقيق آخر هو تفكك كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) إلى أيونات الصوديوم والكلور. على الرغم من أنه قد يبدو وكأنه حالة تأين، إلا أن الأيونات موجودة بالفعل داخل الشبكة البلورية. عندما يتفكك الملح، فإن الأيونات المكونة له محاطة ببساطة بجزيئات الماء وتأثيراتها مرئية (على سبيل المثال، يصبح المحلول إلكتروليتيًا ). ومع ذلك، لا يحدث نقل أو إزاحة للإلكترونات.

• التأين فوق العتبة
• التأين الكيميائي
• تأين الإلكترون
• غرفة التأين – جهاز لكشف التأين الغازي، يستخدم في قياسات الإشعاع المؤين
• مصدر الأيونات
• التأين الضوئي
• التأين الحراري
• انهيار تاونسند - التفاعل المتسلسل للتأين الذي يحدث في الغاز مع تطبيق مجال كهربائي عليه

التحولات الطورية للمادة (

• ف
• ت
• هـ

)

ل من	صلب	سائل	الغاز	بلازما
صلب		ذوبان	التسامي
سائل	تجميد		تبخير
الغاز	الترسيب	التكثيف		التأين
بلازما			إعادة التركيب

• تعريف التأين في القاموس على ويكاموس