チャージ交換

電荷交換（または電荷交換衝突）は、中性原子または分子がイオンと衝突し、その結果、中性原子がイオンの電荷を獲得するプロセスです。 ^{[ 1 ]}この反応は通常、次のように表されます。

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

。

この反応はプラズマ物理学や質量分析など、様々な診断用途に応用されています。^{[ 2 ]}

理論

ガスまたはプラズマ中で中性原子がイオンと衝突すると、衝突の過程で両方の電子殻が重なり合うため、イオンは中性原子から電子を獲得することができます。これは、ブリンクマン・クレイマーズ理論によって発展した軽イオンに関する量子領域で発見された問題など、様々な応用に利用できます。 ^[³^]

イオンは表面から電子を獲得することもできます。イオンはまず、長距離クーロンポテンシャルによって表面を遠くから分極させます。イオンが近づくにつれて、クーロン障壁が物質の仕事関数を下回り、表面からイオンへの電子の移動が可能になります。^{[ 4 ]}

アプリケーション

電荷交換分光法

電荷交換分光法（CESまたはCXSと略される）は、高温制御された核融合プラズマを分析するためのプラズマ診断において一般的に用いられる技術である。核融合プラズマでは、軽元素は動作中に完全にイオン化する傾向があるため、従来の光学診断法ではその特性を診断することが困難である。この問題に対処するため、1970年代に、水素や重水素などの中性原子ビームをプラズマに注入する方法が開発された。^[⁵^]このプロセスにより、水素原子のイオン化と電荷交換によるイオンの励起が生じ、以下の反応で表される。

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

、

ここで、プラズマ中のイオンのさまざまな荷電状態を表します。 ${\ce {A^{+q}}}$

次に、光ファイバーを戦略的に配置し、「弦」と呼ばれる視線方向を形成します。この視線に沿って測定が行われます。これらの弦は、中性粒子ビームが存在する領域と存在しない領域の両方を通過します。これら2つの弦からの信号を差し引くことで、中性粒子ビームによって発生しない発光を推定できます。これにより、イオンの温度や密度などの特性を決定することができます。

この手法は複数の弦を組み込むように拡張でき、プラズマの空間プロファイル（例えば、トロイダル回転やポロイダル回転）を構築することができます。これにより、イオンがプラズマ内でどのように熱を伝導し、運動量を輸送するかについての知見が得られます。 ^{[ 5 ]}

電荷交換分光法は、しばしば電荷交換再結合分光法とも呼ばれ、CXRS ^{[ 6 ]}またはCER ^{[ 7 ]と略されます。}

参照

電子捕獲

参考文献

^ブランスデン、BH (1972). 「電荷交換理論」 .物理学の進歩に関する報告. 35 (3): 949–1005 . doi : 10.1088/0034-4885/35/3/301 . S2CID 250908886 .
^ Einolf, Noel; Munson, Burnaby (1972). 「高圧電荷交換質量分析法」. International Journal of Mass Spectrometry and Ion Physics . 9 (2): 141– 160. Bibcode : 1972IJMSI...9..141E . doi : 10.1016/0020-7381(72)80040-8 . ISSN 0020-7381 .
^ Sigmund, Peter (2014). 「電荷交換：原子論」 .粒子透過と放射線効果第2巻. Springer Series in Solid-State Sciences. 第179巻. pp. 45– 96. doi : 10.1007/978-3-319-05564-0_2 . ISBN 978-3-319-05563-3. 2024年12月30日閲覧。{{cite book}}:|website=無視されました (ヘルプ)
^ Wilhelm, Richard A. (2022年11月1日). 「表面における低速高電荷イオンの電荷交換を、自立型2D材料を用いて解明」 .表面科学レポート. 77 (4) 100577. doi : 10.1016/j.surfrep.2022.100577 . ISSN 0167-5729 .
^ ^a ^b Isler, RC (1994). 「プラズマ診断としての電荷交換分光法の概要」 .プラズマ物理と制御核融合. 36 (2): 171– 208. Bibcode : 1994PPCF...36..171I . doi : 10.1088/0741-3335/36/2/001 . ISSN 0741-3335 . S2CID 250907453 .
^ Fonck, Raymond J. (1985). 「プラズマ診断ツールとしての電荷交換再結合分光法（招待論文）」Review of Scientific Instruments . 56 (5): 885– 890. Bibcode : 1985RScI...56..885F . doi : 10.1063/1.1138033 . ISSN 0034-6748 .
^ Chrystal, C.; Burrell, KH; Grierson, BA; Haskey, SR; Groebner, RJ; Kaplan, DH; Briesemeister, A. (2016). 「DIII-Dにおけるエッジ電荷交換再結合分光法の改良」 . Review of Scientific Instruments . 87 (11): 11E512. Bibcode : 2016RScI...87kE512C . doi : 10.1063 / 1.4958915 . ISSN 0034-6748 . OSTI 1350535. PMID 27910369 .

さらに読む

ブランスデン, BH (1972). 「電荷交換理論」 .物理学の進歩に関する報告. 35 (3): 949–1005 . doi : 10.1088/0034-4885/35/3/301 . S2CID 250908886 .

[1] ブランスデン、BH (1972). 「電荷交換理論」 .物理学の進歩に関する報告. 35 (3): 949–1005 . doi : 10.1088/0034-4885/35/3/301 . S2CID 250908886 .

[2] Einolf, Noel; Munson, Burnaby (1972). 「高圧電荷交換質量分析法」. International Journal of Mass Spectrometry and Ion Physics . 9 (2): 141– 160. Bibcode : 1972IJMSI...9..141E . doi : 10.1016/0020-7381(72)80040-8 . ISSN 0020-7381 .

[3] Sigmund, Peter (2014). 「電荷交換：原子論」 .粒子透過と放射線効果第2巻. Springer Series in Solid-State Sciences. 第179巻. pp. 45– 96. doi : 10.1007/978-3-319-05564-0_2 . ISBN 978-3-319-05563-3. 2024年12月30日閲覧。{{cite book}}:|website=無視されました (ヘルプ)

[4] Wilhelm, Richard A. (2022年11月1日). 「表面における低速高電荷イオンの電荷交換を、自立型2D材料を用いて解明」 .表面科学レポート. 77 (4) 100577. doi : 10.1016/j.surfrep.2022.100577 . ISSN 0167-5729 .

[:0-5] Isler, RC (1994). 「プラズマ診断としての電荷交換分光法の概要」 .プラズマ物理と制御核融合. 36 (2): 171– 208. Bibcode : 1994PPCF...36..171I . doi : 10.1088/0741-3335/36/2/001 . ISSN 0741-3335 . S2CID 250907453 .

[6] Fonck, Raymond J. (1985). 「プラズマ診断ツールとしての電荷交換再結合分光法（招待論文）」Review of Scientific Instruments . 56 (5): 885– 890. Bibcode : 1985RScI...56..885F . doi : 10.1063/1.1138033 . ISSN 0034-6748 .

[7] Chrystal, C.; Burrell, KH; Grierson, BA; Haskey, SR; Groebner, RJ; Kaplan, DH; Briesemeister, A. (2016). 「DIII-Dにおけるエッジ電荷交換再結合分光法の改良」 . Review of Scientific Instruments . 87 (11): 11E512. Bibcode : 2016RScI...87kE512C . doi : 10.1063 / 1.4958915 . ISSN 0034-6748 . OSTI 1350535. PMID 27910369 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[

[ 4 ]

[

[ 6 ]

[ 7 ]と略されます。