رنين السيكلوترون الأيوني

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

رنين السيكلوترون الأيوني ظاهرةٌ مرتبطةٌ بحركة الأيونات في مجال مغناطيسي . يُستخدم لتسريع الأيونات في السيكلوترون ، ولقياس كتل المادة المتأينة في مطياف الكتلة ، وخاصةً باستخدام مطياف الكتلة ذي رنين السيكلوترون الأيوني بتحويل فورييه . كما يُمكن استخدامه لمتابعة حركية التفاعلات الكيميائية في خليط غازي مخفف، شريطة أن تتضمن هذه التفاعلات أنواعًا مشحونة.

تعريف التردد الرنيني

يتحرك أيون في مجال مغناطيسي ثابت ومنتظم في مسار دائري بفعل قوة لورنتز . ويُعطى التردد الزاوي لهذه الحركة السيكلوترونية لشدة مجال مغناطيسي معينة B بالعلاقة التالية:

ω=2πو=zهـبم،{\displaystyle \omega =2\pi f={\frac {zeB}{m}},}

حيث z هو عدد الشحنات الموجبة أو السالبة للأيون، وe هي الشحنة الأولية ، و m هي كتلة الأيون. [ 1 ] وبالتالي، فإن إشارة الإثارة الكهربائية ذات التردد f ستتردد مع الأيونات التي لها نسبة كتلة إلى شحنة m/z معطاة بالعلاقة التالية:

مz=هـب2πو.{\displaystyle {\frac {m}{z}}={\frac {eB}{2\pi f}}.}

قد تتراكب الحركة الدائرية مع حركة محورية منتظمة، مما ينتج عنه شكل حلزوني ، أو مع حركة منتظمة عمودية على المجال (على سبيل المثال، في وجود مجال كهربائي أو مجال جاذبية) مما ينتج عنه شكل حلزوني .

التسخين بالرنين السيكلوتروني الأيوني

التسخين بالرنين السيكلوتروني الأيوني (ICRH) هو تقنية تُستخدم فيها موجات كهرومغناطيسية بترددات تُطابق تردد السيكلوترون الأيوني لتسخين البلازما . [ 2 ] تمتص الأيونات الموجودة في البلازما الإشعاع الكهرومغناطيسي، مما يؤدي إلى زيادة طاقتها الحركية . تُستخدم هذه التقنية بشكل شائع في تسخين بلازما التوكاماك . [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

في الرياح الشمسية

في 8 مارس 2013، نشرت وكالة ناسا مقالاً يفيد بأن مركبة WIND الفضائية، وهي مسبار شمسي، حددت موجات السيكلوترون الأيونية باعتبارها السبب الرئيسي لتسخين الرياح الشمسية أثناء صعودها من سطح الشمس. قبل هذا الاكتشاف، لم يكن واضحاً سبب تسخين جزيئات الرياح الشمسية بدلاً من تبريدها عند ابتعادها بسرعة عن سطح الشمس. [ 7 ]

الاندماج المغناطيسي

في أجهزة الاندماج ، مثل التوكاماك والستيلاراتور ، يتم تركيب هوائيات ICRH في وعاء الجهاز لتسخين البلازما باستخدام موجات الراديو ذات الترددات في نطاق رنين السيكلوترون الأيوني.

توفر تقنية التسخين بالرنين السيكلوتروني الأيوني (ICRH) تسخينًا موضعيًا للأيونات في بلازما الاندماج، مما يُتيح توليد عدد كبير من الجسيمات عالية الطاقة التي يصعب الوصول إليها عادةً باستخدام طرق التسخين الأخرى (مثل التسخين بالرنين السيكلوتروني الإلكتروني أو حقن الحزمة المحايدة ). وتُعد خصائص حصر الأيونات السريعة في البلازما موضوعًا بحثيًا رئيسيًا في فيزياء بلازما الاندماج.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ في وحدات النظام الدولي للوحدات، تبلغ قيمةالشحنة الأولية e1.602 × 10 −19 C  ، غالبًا ما تُعطى كتلة الأيون m بالدالتون :1  دا  ≈1.660 539 040 ± 20  × 10 −27  كجم ، يتم قياس المجال المغناطيسي B بالتسلا ، ويتم قياس التردد الزاوي ω بالراديان في الثانية.
  2. ↑ "ICRH" . www.ipp.mpg.de. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19-06-2020 .
  3. ↑ ستارت، دي إف إتش؛ جاكينو، جيه؛ بيرجو، في؛ بهاتناغار، في بي؛ كوتريل، جي إيه؛ كليمنت، إس؛ إريكسون، إل جي؛ فاسولي، إيه ؛ غونداليكار، إيه؛ غورميزانو، سي؛ غروسهوغ، جي (1998). "اندماج الديوتيريوم-التريتيوم مع تسخين رنين السيكلوترون الأيوني في توكاماك جيت" . رسائل المراجعة الفيزيائية . 80 (21): 4681-4684 . رمز Bibcode : 1998PhRvL..80.4681S . doi : 10.1103/PhysRevLett.80.4681 .
  4. ↑ بيكوليه، م.؛ كولاس، ل.؛ بيكول، س.؛ غان، ج.؛ غيندريه، ف.؛ بيكوليه، أ.؛ هورو، س. (2002). "حمل كثافة البلازما عند الحافة أثناء التسخين بالرنين السيكلوتروني الأيوني على جهاز تور سوبرا" . فيزياء البلازما . 9 (6): 2619-2632 . Bibcode : 2002PhPl....9.2619B . doi : 10.1063/1.1472501 . ISSN 1070-664X . 
  5. ↑ رينكي، إم إل؛ هاتشينسون، آي إتش؛ رايس، جيه إي؛ هوارد، إن تي؛ بادر، إيه؛ ووكيتش، إس؛ لين، واي؛ بيس، دي سي؛ هوبارد، إيه؛ هيوز، جيه دبليو؛ بودبالي، واي (2012). "التغير القطبي لكثافة الشوائب ذات العدد الذري العالي نتيجة تسخين رنين السيكلوترون لأيونات الهيدروجين الثانوية في ألكاتور سي-مود" . فيزياء البلازما والاندماج النووي المتحكم به . 54 (4) 045004. Bibcode : 2012PPCF...54d5004R . doi : 10.1088/0741-3335/54/4/045004 . hdl : 1721.1/84058 . ISSN 0741-3335 . S2CID 6053900 .  
  6. ^ فان إيستر، د.؛ ليرش، إي؛ راجونا، ر. ميسيان، أ. ووترز، ت. (2019). "سيناريوهات التسخين بالرنين السيكلوتروني الأيوني للعرض التجريبي" . الاندماج النووي . 59 (10): 106051. بيب كود : 2019NucFu..59j6051V . دوى : 10.1088/1741-4326/ab318b . اتش دي ال : 10138/324306 . ISSN 0029-5515 . S2CID 199118064 .  
  7. ↑ «اكتشاف مصدر طاقة الرياح الشمسية - علوم ناسا» . science.nasa.gov. مؤرشف من الأصل بتاريخ 11 مارس 2013. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يناير 2014 .