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 。

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

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る。^[2]

中性原子がガスまたはプラズマ中の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。これはさまざまな用途に使用できます。

電荷交換分光法（略称 CES または CXS）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で一般的に使用される技術です。核融合プラズマでは、軽元素は動作中に完全にイオン化される傾向があるため、従来の光学診断を使用してその特性を診断することは困難です。これに対処するために、1970 年代に、水素や重水素などの中性原子のビームをプラズマに注入する方法が開発されました。^[3]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起こり、次の反応で表されます。

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

ここで、プラズマ内のイオンのさまざまな帯電状態を表します。 ${\displaystyle {\ce {A^{+q}}}}$

次に、光ファイバーを戦略的に配置して「弦」、つまり測定が行われる視線を作成します。これらの弦は、中性ビームがある領域とない領域の両方を通過します。これら 2 つの弦から信号を差し引くことで、中性ビームによって生成されていない放出を推測できます。これにより、イオンの温度や密度などの特性を判定できます。

この技術は、プラズマの空間プロファイル（トロイダル回転やポロイダル回転など）を構築するために複数の弦を含めるように拡張することもできます。これにより、イオンがプラズマ内で熱を伝導し、運動量を輸送する方法について洞察が得られます。 ^[3]

電荷交換分光法は電荷交換再結合分光法とも呼ばれ、略してCXRS ^{[4]またはCER [5]}と呼ばれます。

• 電子捕獲

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