Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

atomare kollisioner

Oprindelig forfatter ToAn Seneste forfatter Redaktionen

atomare kollisioner, sammenstød mellem et atom eller en ion og elektroner, fotoner, atomer eller ioner; herved foregår der fysiske og i visse tilfælde kemiske processer, hvis beskrivelse og forståelse kan sammenfattes i studiet af atomare kollisioner. Meget nært relateret hertil — og ofte også omfattet af samme betegnelse — er de stødprocesser, hvori molekyler eller molekylioner indgår.

I store dele af verdensrummet, hvor der findes frie atomer, ioner eller molekyler som fx i Jordens, Solens samt de øvrige planeters og stjerners atmosfærer eller i det interstellare rum, er atomare stødprocesser meget betydningsfulde. Fx bestemmes formen på solspektret i det synlige område, et emne af fundamental betydning for alt liv på Jorden, af fotoners kollisioner med negative brintioner på Solens overflade. De astrofysiske og atmosfærefysiske stødprocesser kan i nogle tilfælde udforskes fra Jorden, nemlig når processen er ledsaget af lysudsendelse (fx nordlys) eller anden elektromagnetisk stråling, der kan trænge igennem Jordens atmosfære, eller de kan studeres ved hjælp af udstyr, der opsendes med balloner, raketter eller rumfartøjer.

På Jorden er atomare kollisioner betydningsfulde inden for mange grene af naturvidenskab og teknologi. Som eksempler kan nævnes stødprocesser i gasser, der udnyttes til frembringelse af elektriske lyskilder og gaslasere, eller stødprocesser på overflader og i faste stoffer, hvorved det er muligt at opnå informationer om de geometriske strukturer eller om den kemiske sammensætning af disse materialer. Ved hjælp af acceleratorer, der frembringer energirige elektroner, fotoner eller ioner, er det også muligt via atomare kollisioner at modificere de mekaniske, kemiske eller elektroniske egenskaber hos faste stoffer, hvilket har bidraget til udvikling af nye eller forbedrede materialer. Atomare kollisioner, der finder sted i levende væv, udnyttes fx inden for strålebehandling og til at frembringe mutationer hos planter. Kollisionsprocesser mellem ioner indtager en central rolle inden for fusionsforskningen, som tilstræber en energiproduktion gennem sammensmeltning af atomare ioner.

Annonce

Atomare kollisioner kan inddeles i elastiske kollisioner, for hvilke det gælder, at den totale kinetiske energi af de kolliderende atomer er den samme før og efter kollisionen, samt uelastiske kollisioner, i hvilke en del af den kinetiske energi anvendes til at excitere eller ionisere de kolliderende atomer.

Elastiske kollisioner

Tanken om at udlede luftarternes egenskaber fra atomernes eller molekylernes bevægelse blev endeligt udformet i den kinetiske gasteori i midten af 1800-t. Atomer og molekyler i en luftart bevæger sig ved stuetemperatur med hastigheder svarende til en gennemsnitlig kinetisk energi på under 1/50 af, hvad der kræves for at excitere et atom fra dets grundtilstand. De elastiske kollisioner, som luftartens atomer tager del i, resulterer i en ændring af bevægelsesretningerne samt en overførsel af energi mellem de kolliderende atomer. Sandsynligheden for, at en given stødproces vil finde sted, udtrykkes ved et reaktionstværsnit, der opgives som et areal. Sådanne tværsnit bestemmer en lang række egenskaber hos luftarterne såsom middelvejlængde mellem to kollisioner, diffusion, gnidning og varmeledningsevne.

Uelastiske kollisioner

Når energien af de kolliderende atomer øges, aftager den relative sandsynlighed for elastiske kollisioner, og tværsnittet for uelastiske kollisioner, i hvilke én eller begge de kolliderende partnere bliver exciteret eller ioniseret, dominerer. Lige siden E. Rutherford i begyndelsen af 1900-t. anvendte kollisioner mellem atomare partikler til at udforske atomer (se atom), har uelastiske kollisioner indtaget en central rolle i udredningen af atomets og atomkernens struktur. Ved stød mellem atomer og elektroner efterviste J. Franck og G. Hertz således kvantiseringen af atomets energiniveauer, som forudsagt i Niels Bohrs atomteori. Excitationen af atomer som følge af uelastiske stødprocesser med elektroner er den dominerende proces for lysudladning i gasser, der nyttiggøres i fx elektriske lamper. Excitation er også den dominerende mekanisme for energiafsættelse for ladede partikler, der passerer igennem stof, en mekanisme, der udnyttes til detektion af ladede partikler. En meget betydningsfuld gruppe af uelastiske atomare kollisioner udgøres af de reaktive kollisioner, som danner grundlaget for væsentlige dele af kemien, og hvorved projektilatomet og objektatomet efter stødet udgør et molekyle. Reaktive kollisioner sker fx under forbrændingsprocesser.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Torkild Andersen: atomare kollisioner i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 10. december 2019 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=41610