2) при котором частица и соответствующая ей античастица превращаются в фотоны или другие частицы
3) нейтрализации ионов одноименных зарядов в газе
4) образования ионов из нейтральных атомов или молекул, идущий с поглощением теплоты (+)
Ионизация — это образование электрически заряженных частиц из электрически нейтральных атомов или молекул. При удалении электрона формируются положительный ион и свободный электрон; при присоединении электрона могут образовываться отрицательные ионы. Процесс требует подвода энергии, превышающей энергию связи электрона с атомом или молекулой, поэтому в термодинамическом смысле относится к эндотермическим процессам и сопровождается поглощением энергии.
Ионизация может происходить под действием нагревания, электрического поля, фотонов, заряженных частиц и ионизирующего излучения. В газах рентгеновское, гамма- или корпускулярное излучение вызывает образование ионных пар, а количество созданных ионов связано с поглощённой энергией и используется для дозиметрии. В ионизационной камере собранный электрический заряд ионизационного тока служит измерительным сигналом, пропорциональным числу образовавшихся ионных пар.
Нейтрализация ионов противоположных знаков является рекомбинацией, а не ионизацией. Взаимодействие частиц и античастиц с превращением их массы в энергию и другие частицы называется аннигиляцией. Ионы одноимённого заряда не нейтрализуют друг друга, поскольку испытывают электростатическое отталкивание.
| Процесс | Исходные частицы | Результат | Энергетическая характеристика | Пример в медицинской физике |
|---|---|---|---|---|
| Ионизация | Нейтральный атом или молекула | Ион и свободный электрон либо положительный ион и отрицательный ион | Поглощение энергии, превышающей энергию ионизации | Образование ионных пар в воздухе и тканях при прохождении рентгеновского излучения |
| Рекомбинация | Ионы противоположных знаков или ион и электрон | Нейтральный атом или молекула | Обычно сопровождается выделением энергии | Потеря заряда ионными носителями в газовом детекторе |
| Возбуждение | Нейтральный атом или молекула | Частица в более высоком энергетическом состоянии без удаления электрона | Поглощение энергии ниже энергии ионизации | Возбуждение атомов газа с последующим излучением фотонов |
| Аннигиляция | Частица и соответствующая античастица | Фотоны или другие частицы | Превращение энергии покоя и кинетической энергии | Аннигиляция позитрона с электроном в ПЭТ |
| Фотоэлектрический эффект | Фотон и связанный электрон атома | Фотоэлектрон и ионизированный атом | Энергия фотона расходуется на работу выхода и кинетическую энергию электрона | Поглощение рентгеновского фотона в веществе |
| Ударная ионизация | Быстрая заряженная частица и нейтральный атом или молекула | Вторичный электрон и положительный ион | Кинетическая энергия частицы преобразуется в энергию ионизации | Газовое усиление в пропорциональном счётчике |
| Термическая ионизация | Нейтральные частицы при высокой температуре | Ионы и свободные электроны в плазме | Энергия теплового движения превышает энергию связи электрона | Ионизированное состояние плазмы в высокотемпературных установках |
Ионизация лежит в основе действия большинства газовых детекторов и методов радиационной дозиметрии. Для оценки биологического действия излучения учитывают не только число ионных пар, но и пространственное распределение ионизаций в тканях. Высокая локальная плотность ионизации повышает вероятность повреждения ДНК и формирования сложных двойных разрывов. Поэтому различие между ионизацией, возбуждением и рекомбинацией принципиально для интерпретации эффектов ионизирующего излучения.