Ionización por calentamiento

Por una temperatura alta solo queremos decir que las partículas en nuestro gas se mueven rápidamente. La velocidad de las partículas está relacionada con la temperatura por la distribución de Maxwell-Boltzmann (aunque tenga en cuenta que esto solo se aplica a temperaturas en las que las velocidades no son relativistas).

De todos modos, una vez que las velocidades de los átomos sean lo suficientemente altas como para que la energía de colisión sea mayor que la energía de ionización, las colisiones comenzarán a ionizar los átomos y terminaremos con un plasma . Obtenga la temperatura lo suficientemente alta y, al menos en principio, podría ionizar completamente los átomos.

En cuanto a lo que les sucede a los núcleos cuando los electrones desaparecen, bueno, no mucho. Rutinariamente generamos haces de átomos completamente ionizados en aceleradores de partículas, aunque no calentándolos. Por lo general, los átomos se ionizan parcialmente, se aceleran y luego pasan a través de una película de carbono. La colisión con el carbono dispersa los electrones, pero debido a que los núcleos son más pesados, pasan directamente y obtenemos un haz de núcleos por el otro lado.

De todos modos, los núcleos simplemente se comportan como grandes partículas cargadas positivamente. Incluso podemos colisionarlos, lo que se hace en el RHIC y el LHC .

Para producir electrones, uno simplemente calienta una pieza de metal y se evaporan. Si quieres un haz de electrones, simplemente colocas una placa cargada positivamente cerca, para atraerlos, y le haces un pequeño agujero; los electrones que atraviesan el agujero constituyen el haz. Tal cañón de electrones es el elemento de partida en un tubo de televisión o un osciloscopio o un acelerador de electrones.$_1$

Entonces, podemos quitar algunos de los electrones del átomo. Es difícil decir si realmente podemos hacer que el átomo esté completamente desnudo, ya que no soy bueno en QM.

Créditos:$_1$Introducción a las partículas elementales-David Griffiths-Pg.No.4-2nd Edition.

¿Podemos usar calor para separar los electrones de su núcleo?

Con el siguiente 'factor de conversión' entre temperatura y energía:

Verás que 1'000'000 Kelvin corresponde a una energía media de unos 86 eV, mucho más que suficiente para ionizar completamente (separar el electrón del núcleo) por ejemplo átomos de Hidrógeno (cuya energía de ionización es de 13,6 eV).

¿Y qué le sucede al núcleo si se le quitan los electrones?

Por ejemplo, la energía de enlace de un núcleo de helio ($^4$He) es de aproximadamente 28'300'000 eV, mucho más grande que los 86 eV, por lo que cuando los núcleos de helio chocan, la energía de colisión no es suficiente para romper el núcleo en la mayoría de los casos.

Por cierto, un televisor de tubo de rayos catódicos utiliza un filamento calentado (similar a una bombilla de luz incandescente cuyo filamento tiene una temperatura típica de 2500 grados centígrados) para "elevar" (algunos) de los electrones de un estado ligado al libre (no ligado). ) y luego los acelera con un voltaje de aproximadamente 10-20 kVoltios. Esto es mucho más efectivo que crear una temperatura de millones de grados.

Es cierto que con una energía de ionización del tungsteno de 7,9 eV con el factor de conversión anterior se calcularía una temperatura de casi 100.000 Kelvin para la ionización. Sin embargo, tenga en cuenta que esta es la temperatura promedio, la variación de energía de los átomos es bastante grande, por lo que algunos electrones ya son despojados de su núcleo a una temperatura más baja y el alto voltaje entre el filamento y la pantalla luego los aleja rápidamente. del filamento.