Penning-Ionisation

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Die Penning-Ionisation (auch Penning-Effekt genannt) ist eine spezielle Form der Chemoionisation, das heißt einer Übertragung von Anregungsenergie bei Teilchenzusammenstößen. Der Effekt ist nach dem niederländischen Physiker Frans Michel Penning benannt, der ihn im Jahr 1927 beschrieb.[1]

Mechanismus[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Treten in einem Gasgemisch angeregte Atome einer Teilchensorte auf, deren Anregungsenergie größer ist als die Ionisierungsenergie der zweiten Teilchensorte , dann kann bei einem Zusammenstoß die Anregungsenergie von derart auf M übertragen werden, dass ionisiert wird. Der Mechanismus ist noch nicht völlig aufgedeckt. Eine Erklärung wäre jedoch die Bildung einer Zwischenstufe:[2]

Diese Zwischenstufe muss nicht immer zerfallen, es sind auch Ionisationen der folgenden Art möglich:

Daneben kann die Oberflächen-Penning Ionisation an Gas-Festkörper-Grenzflächen beobachtet werden. Der Mechanismus dahinter ist der der Augerabregung (Auger Deexcitation):[3]

Anwendung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In der Praxis wird der Effekt bei Gasentladungslampen genutzt. Dabei ist die Lampe mit einem sogenannten Penning-Gemisch gefüllt, um die Betriebsspannungen (z. B. die Zündspannung) zu reduzieren. Ein häufig genutztes Penning-Gemisch ist zum Beispiel eine Mischung von 98 bis 99,5 % Neon mit 0,5–2 % Argon. Neon hat eine Anregungsenergie von ca. 16,6 eV, Argon eine Ionisierungsenergie von 15,8 eV. Die Mischung ist leichter zu ionisieren als Neon oder Argon alleine, da die Ionisierungsbilanz der Entladung durch die zusätzliche Ausnutzung von Anregungsenergie verbessert wird.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. F. M. Penning: Über Ionisation durch metastabile Atome. In: Die Naturwissenschaften. Band 15, Nr. 40, 1927, S. 818–818, doi:10.1007/BF01505431.
  2. Manfred von Ardenne (Hrsg.): Effekte der Physik und ihre Anwendungen. Harri Deutsch Verlag, 2005, ISBN 3-8171-1682-9, S. 264 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  3. Metastable Impact Electron Spectroscopy. TU Clausthal, abgerufen am 22. September 2017.