Ионный циклотронный резонанс

Ионный циклотронный резонанс — явление, связанное с движением ионов в магнитном поле . Он используется для ускорения ионов в циклотроне и для измерения массы ионизированного аналита в масс-спектрометрии , особенно с масс-спектрометрами ионного циклотронного резонанса с преобразованием Фурье . Его также можно использовать для отслеживания кинетики химических реакций в разбавленной газовой смеси, если в них участвуют заряженные вещества.

Определение резонансной частоты

Ион в статическом и однородном магнитном поле будет двигаться по кругу за счет силы Лоренца . Угловая частота этого циклотронного движения для данной напряженности магнитного поля B определяется выражением

${\displaystyle \omega =2\pi f={\frac {zeB}{m}},}$

где z — количество положительных или отрицательных зарядов иона, e — элементарный заряд , а m — масса иона. ^[1] Таким образом, сигнал электрического возбуждения, имеющий частоту f , будет резонировать с ионами, имеющими отношение массы к заряду m/z, определяемое выражением

${\displaystyle {\frac {m}{z}}={\frac {eB}{2\pi f}}.}$

На круговое движение может накладываться равномерное осевое движение, приводящее к образованию спирали , или равномерное движение, перпендикулярное полю (например, при наличии электрического или гравитационного поля), приводящее к образованию циклоиды .

Ионно-циклотронный резонансный нагрев

Нагрев ионным циклотронным резонансом (или ICRH) — это метод, в котором для нагрева плазмы используются электромагнитные волны с частотами, соответствующими ионной циклотронной частоте . ^[2] Ионы в плазме поглощают электромагнитное излучение и в результате этого увеличивают кинетическую энергию . Этот метод обычно используется при нагреве плазмы токамаков . ^{[3] [4] [5] [6]}

В солнечном ветре

8 марта 2013 года НАСА опубликовало статью, согласно которой ионные циклотронные волны были идентифицированы его космическим кораблем-зондом под названием WIND как основная причина нагрева солнечного ветра , когда он поднимается от поверхности Солнца. До этого открытия было неясно, почему частицы солнечного ветра нагреваются, а не охлаждаются, удаляясь от поверхности Солнца. ^[7]

Смотрите также

• Циклотронный резонанс
• Электронный циклотронный резонанс

Рекомендации

1. В единицах СИ элементарный заряд e имеет значение 1,602×10 ^-19 Кл , массу иона m часто приводят в единой атомной единице массы или дальтоне: 1  u = 1  Да ≈ 1,660539040(20) ×  10 ^-27.  кг, магнитное поле B измеряется в теслах , а угловая частота ω измеряется в радианах в секунду.
2. _ www.ipp.mpg.de. _ Проверено 19 июня 2020 г.
3. Старт, DFH; Жакино, Дж.; Берго, В.; Бхатнагар, вице-президент; Коттрелл, Джорджия; Клемент, С.; Эрикссон, LG; Фасоли, А. ; Гондалекар, А.; Гормезано, К.; Гроссхёг, Г. (1998). «DT Fusion с ионно-циклотронным резонансным нагревом в токамаке JET». Письма о физических отзывах . 80 (21): 4681–4684. Бибкод : 1998PhRvL..80.4681S. doi : 10.1103/PhysRevLett.80.4681.
4. Бекуле, М.; Колас, Л.; Пекуль, С.; Ганн, Дж.; Гендри, доктор философии; Бекуле, А.; Эро, С. (2002). «Крайовая конвекция плотности плазмы при ионно-циклотронном резонансном нагреве на Торе Супра». Физика плазмы . 9 (6): 2619–2632. Бибкод : 2002PhPl....9.2619B. дои : 10.1063/1.1472501. ISSN  1070-664X.
5. Рейнке, ML; Хатчинсон, Айдахо; Райс, Дж. Э.; Ховард, Северная Каролина; Бадер, А; Вукич, С; Лин, Ю; Пейс, округ Колумбия; Хаббард, А; Хьюз, JW; Подпалый, Ю (2012). «Полоидальное изменение плотности примеси с высоким Z из-за нагрева циклотронным резонансом ионов меньшинства водорода на Alcator C-Mod». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 54 (4): 045004. Бибкод : 2012PPCF...54d5004R. дои : 10.1088/0741-3335/54/4/045004. hdl : 1721.1/84058 . ISSN  0741-3335. S2CID  6053900.
6. Ван Эстер, Д.; Лерш, Э.; Рагона, Р.; Мессиан, А.; Ваутерс, Т. (2019). «Сценарии ионно-циклотронного резонансного нагрева для DEMO». Термоядерная реакция . 59 (10): 106051. Бибкод : 2019NucFu..59j6051V. дои : 10.1088/1741-4326/ab318b. hdl : 10138/324306 . ISSN  0029-5515. S2CID  199118064.
7. «Обнаружен источник энергии солнечного ветра - наука НАСА» . science.nasa.gov . Проверено 20 января 2014 г.