Techniklexikon

Photoionisation

Atom- und Molekülphysik, bezeichnet die Ionisation eines Atoms oder Moleküls durch Absorption elektromagnetischer Strahlung. Hierbei absorbiert das neutrale Teilchen ein oder mehrere Photonen aus einem Strahlungsfeld, wobei die Energie über die Ionisationsgrenze angehoben wird.

Der Prozess ist schematisch in der Abbildung dargestellt. Ein Atom oder Molekül befindet sich in einem gebundenen Zustand  und absorbiert ein Photon der Energie . Die Wellenlänge des Photons ergibt sich aus der Beziehung , wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. Ist diese Energie grösser als die Ionisationsenergie E_ion des Teilchens, so findet Ionisation statt. Die Überschussenergie  wird dabei als kinetische Energie der Ionisationsbruchstücke freigesetzt. Für das Element mit der kleinsten Ionisationsenergie, Cäsium, (E_ion = 3,89 eV) muss das Photon eine Wellenlänge von 318 nm oder kleiner haben. Photoionisation durch Absorption eines Photons findet also im Spektralbereich des Ultravioletten oder von Röntgenstrahlung statt. In Lichtfeldern sehr hoher Strahlungsintensität, die z.B. mit gepulsten Lasern erzeugt werden können, spielt ausserdem die Multiphotonenionisation, d.h. die Ionisation durch Absorption mehrerer Photonen eine Rolle.

Erste Experimente zur Ionisation durch elektromagnetische Strahlung wurden bereits Ende des 19. Jh. z.B. durch Hertz 1887 durchgeführt. Die Deutung des Photoeffekts mit Hilfe der Lichtquantenhypothese gelang Einstein 1905. Noch heute spielt die Photoionisation eine bedeutende Rolle z.B. in der Atomphysik bei der Untersuchung von Energieverschiebungen atomarer Zustände unter dem Einfluss intensiver Lichtfelder (Bildspektrometer).

Photoionisation: Prinzip der Photoionisation.