Обмен зарядов

Перезарядка (или столкновение с перезарядкой ) — это процесс, в котором нейтральный атом или молекула сталкивается с ионом , в результате чего нейтральный атом приобретает заряд иона. Реакция обычно выражается как

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

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

Теория

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

Приложения

Зарядообменная спектроскопия

Спектроскопия перезарядки (сокращенно CES или CXS) — это метод, обычно используемый 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 традиционной оптической диагностики. Чтобы решить эту проблему, в 1970-х годах был разработан метод, который включает в себя инжекцию пучка нейтральных атомов, таких как водород или дейтерий, в плазму. Этот процесс приводит к ионизации водородных атомов и возбуждению ионов посредством перезарядки, что представлено реакцией:

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

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

Затем оптические волокна стратегически располагаются так, чтобы создать « хорды » — линии обзора, вдоль которых проводятся измерения. Эти хорды проходят через области как с нейтральным лучом, так и без него. Вычитая сигналы из этих двух хорд, можно получить излучения, не генерируемые нейтральным лучом. Это позволяет определять свойства иона, такие как его температура и плотность.

Этот метод также можно расширить, включив в него несколько хорд для построения пространственных профилей плазмы, таких как ее тороидальное и полоидальное вращение. Это дает представление о том, как ионы проводят тепло и переносят импульс внутри плазмы.

Спектроскопию перезарядки часто называют спектроскопией перезарядной рекомбинации, которая сокращается как CXRS. или ЦЭР.

См. также

• Захват электрона

Дальнейшее чтение

• Брансден, Б.Х. (1972). «Теория перезарядки» . Отчеты о прогрессе в физике . 35 (3): 949–1005. дои : 10.1088/0034-4885/35/3/301 . S2CID   250908886 .