空气电离-放射电离

人工产生空气离子有两个基本途径:放射电离和电晕电离。

放射电离也称同位素电离,是利用放射性同位素发出的射线使空气电离,产生正负离子对,中和带电体上的静电。

放射性同位素的种类有很多,从它们的原子核中发出的有α、β、γ等射线。其中,α射线是高速α粒子流,它的电荷数是2,质量数是4,实际上是氦原子核,从放射性物质中射出时有很大的动能,速度可达光速的1/10。β射线是高速的电子流,从放射性物质中射出时速度很大,可达到光速的99%。γ射线不带电,是能量很高的电磁波,波长很短,在真空中的速度与光速一样快。α射线的电离能力很强,一个α离子在空气中每厘米长度上能产生1万个离子对,但是它的穿透能力不强,在空气中只能穿透2.5-8.6cm,一层普通的复印纸即可吸收它。所以能够利用大量的射线源,提高电子效果。但是,不存在单纯放射α射线而不伴随γ射线的放射性同位素。γ射线的电离作用很强,但穿透能力很强,当照射剂量超过人体允许剂量时,对人体有伤害。β射线的质量和电荷处于α和γ射线之间,能产生密度相当高的离子,容易选取单纯发出β射线、半衰期长的放射性同位素,实用性高。β射线的穿透力为中等,10mm厚度的普通塑料板即可屏蔽射线,容易减少对操作者的影响。但是,当β射线照射物质时,会产生二次发射,放射出X射线。X射线很难屏蔽,对体有害。

止前,常使用的同位素是钋(Po)-210和镭(Ra)-226,主要发出α射线。α粒子与空气分子碰撞后会将电子撞离出去3mm远,气体分子失去电子成为正离子。游离的电子很快被中性的气体分子捕获,形成负离子,如下图(Po-210同位素放射出α射线使中性分子电离的示意图)所示。

α射线离子发生器产生的正、负离子数量总是相等的(每个被撞击出电子的分子形成一个正离子,捕获电子的分子形成一个负离子),这意味着离子发生器的平衡度为0V,可以将工作区内任何物体的静电消除到0V,有利于静电控制。α射线离子消除器可以应用到易燃易爆等危险场所,也可应用到需要精确平衡度控制的环境中。但α射线离子消除器的处理成本相对昂贵, 需要每年更换同位素源。虽然,α射线离子发生器已经安全使用了许多年,但它们仍然是政府管控的产品,而且任何放射性物质都会引起人们的恐慌,因而,α射线的离子化产品不像电晕电离的离子化产品一样得到广泛应用。


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