Обмен зарядами

Обмен зарядом (или столкновение с обменом зарядом ) — это процесс, в котором нейтральный атом или молекула сталкивается с ионом , в результате чего нейтральный атом приобретает заряд иона. ^[1] Реакция обычно выражается как

${\displaystyle {\ce {A+ + B -> A + B+}}}$.

Эта реакция имеет различные диагностические применения, например, в физике плазмы и масс-спектрометрии . ^[2]

Теория

Когда нейтральный атом сталкивается с ионом в газе или плазме , ион может получить электрон от нейтрального атома, поскольку обе электронные оболочки перекрываются в ходе столкновения. Это может быть использовано в различных приложениях.

Приложения

Спектроскопия с обменом зарядом

Спектроскопия с обменом зарядом (сокращенно CES или CXS) — это метод, который обычно используется в диагностике плазмы для анализа высокотемпературной контролируемой термоядерной плазмы. В термоядерной плазме легкие элементы имеют тенденцию полностью ионизироваться во время работы, что затрудняет диагностику их свойств с помощью обычной оптической диагностики. Для решения этой проблемы в 1970-х годах был разработан метод, который включает в себя инжекцию пучка нейтральных атомов, таких как водород или дейтерий, в плазму. ^[3] Этот процесс приводит к ионизации водородных атомов возбуждению ионов посредством обмена зарядом, как представлено реакцией:

${\displaystyle {\ce {{H^{0}}+A^{+q}->{H+}+[A^{+(q-1)}]^{\star }}}}$,

где представляет собой различные возможные заряженные состояния ионов в плазме. ${\displaystyle {\ce {A^{+q}}}}$

Затем оптические волокна стратегически размещаются для создания « хорд », линий визирования, вдоль которых проводятся измерения. Эти хорды проходят через области как с нейтральным лучом, так и без него. Вычитая сигналы из этих двух хорд, можно вывести излучения, не генерируемые нейтральным лучом. Это позволяет определить свойства ионов, такие как их температура и плотность.

Метод также может быть расширен для включения нескольких хорд для построения пространственных профилей плазмы, таких как ее тороидальное и полоидальное вращение. Это дает представление о том, как ионы проводят тепло и транспортируют импульс внутри плазмы. ^[3]

Спектроскопию с обменом зарядом часто называют спектроскопией рекомбинации с обменом зарядом, которая обозначается аббревиатурой CXRS ^[4] или CER. ^[5]

Смотрите также

• Захват электронов

Ссылки

1. Bransden, BH (1972). «Теория обмена зарядами». Reports on Progress in Physics . 35 (3): 949–1005. doi :10.1088/0034-4885/35/3/301. S2CID  250908886.
2. Эйнольф, Ноэль; Мансон, Бернаби (1972). «Масс-спектрометрия с обменом зарядом при высоком давлении». Международный журнал масс-спектрометрии и ионной физики . 9 (2): 141–160. Bibcode : 1972IJMSI...9..141E. doi : 10.1016/0020-7381(72)80040-8. ISSN  0020-7381.
3. Isler, RC (1994). «Обзор спектроскопии зарядового обмена как диагностики плазмы». Plasma Physics and Controlled Fusion . 36 (2): 171–208. Bibcode :1994PPCF...36..171I. doi :10.1088/0741-3335/36/2/001. ISSN  0741-3335. S2CID  250907453.
4. Фонк, Рэймонд Дж. (1985). «Спектроскопия рекомбинации с обменом зарядом как инструмент диагностики плазмы (приглашенный)». Обзор научных приборов . 56 (5): 885–890. Bibcode : 1985RScI...56..885F. doi : 10.1063/1.1138033. ISSN  0034-6748.
5. Chrystal, C.; Burrell, KH; Grierson, BA; Haskey, SR; Groebner, RJ; Kaplan, DH; Briesemeister, A. (2016). "Улучшенная спектроскопия рекомбинации с обменом зарядом на краю в DIII-D". Review of Scientific Instruments . 87 (11): 11E512. Bibcode : 2016RScI...87kE512C. doi : 10.1063/1.4958915. ISSN  0034-6748. OSTI  1350535. PMID  27910369.

Дальнейшее чтение

• Брансден, Б. Х. (1972). «Теория обмена зарядами». Reports on Progress in Physics . 35 (3): 949–1005. doi :10.1088/0034-4885/35/3/301. S2CID  250908886.