Atom jest elektrycznie obojętny. A jony?

Skoro atom jest elektrycznie obojętny, to oderwanie elektronu można w przybliżeniu potraktować jak oderwanie ujemnego ładunku elementarnego (elektronu) od obiektu naładowanego elementarnym ładunkiem dodatnim (od jednokrotnego jonu). Oderwanie drugiego elektronu – w tym samym przybliżeniu – polega na oddzieleniu ładunku elementarnego od podwójnego ładunku elementarnego przeciwnego znaku. Ten drugi proces wymaga większej energii. Analogiczne rozumowanie prowadzi do wniosku, że kolejne procesy jonizacji polegające na odrywaniu elektronów od coraz silniej naładowanych jonów, wymagają więc coraz większej energii.

Połącz równaniem NIndeks dolny e_e z NIndeks dolny j_j oraz NIndeks dolny d_d.

Liczba swobodnych elektronów związana jest z obecnością jonów: na każdy jon jednokrotny przypada jeden swobodny elektron, a na każdy jon dwukrotny - dwa swobodne elektrony: NIndeks dolny e_e = NIndeks dolny j_j + 2·NIndeks dolny d  Indeks dolny koniec_d 

Na wszystkich trzech wykresach widać, że NIndeks dolny e_e ≥ NIndeks dolny j_j, co jest zgodne z powyższym równaniem. W stanach równowagowych, na przykład na wykresie „I = 20 cząstek/sekundę”, można odczytać (w przybliżeniu) NIndeks dolny e_e = 5000, NIndeks dolny j_j = 3000 oraz NIndeks dolny d_d = 1000, co zgadza się z powyższym związkiem.

Liczebność swobodnych elektronów może być większa od 10.000, czyli od początkowej liczby atomów. Na przykład, gdyby NIndeks dolny j_j = 4000, NIndeks dolny d_d = 3500 (wtedy NIndeks dolny a_a = 2500), to NIndeks dolny e_e = 11.000. Taką sytuację obserwujemy na wykresie zależności od natężenia wiązki w okolicach I = 150 cząstek/sekundę.

Przeanalizuj specyficzny obszar wykresu, o którym mowa w ostatniej scence filmu.

W tym obszarze liczebność jednokrotnych jonów osiąga lokalne maksimum – przestaje rosnąć a zaczyna maleć. Jedną z przyczyn jest malejąca liczba atomów, z których te jony powstają. Drugą przyczyną jest właśnie wzrost natężenia wiązki, która sprzyja kolejnej jonizacji tych jonów. Jej prawdopodobieństwo staje się na tyle duże w porównaniu z prawdopodobieństwem jonizacji atomu, że po uwzględnieniu procesów rekombinacji, następuje spadek liczby jonów jednokrotnych. W efekcie dalszy wzrost natężenia wiązki sprzyja produkcji jonów dwukrotnych.

Tak więc uzyskanie praktycznie stuprocentowej zawartości jonów jednokrotnych w próbce jest niemożliwe, niezależnie od natężenia wiązki jonizującej.