Resonancia ciclotrónica iónica

La resonancia ciclotrónica iónica es un fenómeno relacionado con el movimiento de iones en un campo magnético . Se utiliza para acelerar iones en un ciclotrón y para medir las masas de un analito ionizado en espectrometría de masas , en particular con espectrómetros de masas de resonancia ciclotrónica iónica por transformada de Fourier . También se puede utilizar para seguir la cinética de las reacciones químicas en una mezcla de gases diluidos, siempre que estas involucren especies cargadas.

Definición de la frecuencia de resonancia

Un ion en un campo magnético estático y uniforme se moverá en un círculo debido a la fuerza de Lorentz . La frecuencia angular de este movimiento de ciclotrón para una intensidad de campo magnético dada B está dada por

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

donde z es el número de cargas positivas o negativas del ion, e es la carga elemental y m es la masa del ion. ^[1] Por lo tanto, una señal de excitación eléctrica que tenga una frecuencia f resonará con iones que tengan una relación masa-carga m/z dada por

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

El movimiento circular puede superponerse con un movimiento axial uniforme, dando como resultado una hélice , o con un movimiento uniforme perpendicular al campo (por ejemplo, en presencia de un campo eléctrico o gravitacional) dando como resultado una cicloide .

Calentamiento por resonancia de ciclotrón iónico

El calentamiento por resonancia de ciclotrón iónico (o ICRH) es una técnica en la que se utilizan ondas electromagnéticas con frecuencias correspondientes a la frecuencia del ciclotrón iónico para calentar un plasma . ^[2] Los iones en el plasma absorben la radiación electromagnética y, como resultado de esto, aumentan la energía cinética . Esta técnica se utiliza comúnmente en el calentamiento de plasmas tokamak . ^{[3] [4] [5] [6]}

En el viento solar

El 8 de marzo de 2013, la NASA publicó un artículo según el cual las ondas de iones del ciclotrón fueron identificadas por su sonda espacial solar llamada WIND como la causa principal del calentamiento del viento solar a medida que se eleva desde la superficie del Sol. Antes de este descubrimiento, no estaba claro por qué las partículas del viento solar se calentaban en lugar de enfriarse, cuando se alejaban a gran velocidad de la superficie del Sol. ^[7]

Véase también

• Resonancia ciclotrónica
• Resonancia ciclotrónica electrónica

Referencias

1. En unidades del SI, la carga elemental e tiene el valor 1,602×10 ⁻¹⁹ C , la masa del ion m a menudo se da en unidad de masa atómica unificada o dalton: 1  u = 1  Da ≈ 1,660539040(20) ×  10 ⁻²⁷  kg, el campo magnético B se mide en teslas y la frecuencia angular ω se mide en radianes por segundo.
2. "ICRH". www.ipp.mpg.de . Consultado el 19 de junio de 2020 .
3. Start, DFH; Jacquinot, J.; Bergeaud, V.; Bhatnagar, VP; Cottrell, GA; Clement, S.; Eriksson, LG.; Fasoli, A. ; Gondhalekar, A.; Gormezano, C.; Grosshoeg, G. (1998). "Fusión DT con calentamiento por resonancia de iones de ciclotrón en el tokamak JET". Physical Review Letters . 80 (21): 4681–4684. Código Bibliográfico :1998PhRvL..80.4681S. doi :10.1103/PhysRevLett.80.4681.
4. Bécoulet, M.; Colas, L.; Pécoul, S.; Gunn, J.; Ghendrih, Ph.; Bécoulet, A.; Heuraux, S. (2002). "Convección de densidad de plasma de borde durante calentamiento por resonancia de ciclotrón iónico en Tore Supra". Física de plasmas . 9 (6): 2619–2632. Bibcode :2002PhPl....9.2619B. doi :10.1063/1.1472501. ISSN  1070-664X.
5. Reinke, ML; Hutchinson, IH; Rice, JE; Howard, NT; Bader, A; Wukitch, S; Lin, Y; Pace, DC; Hubbard, A; Hughes, JW; Podpaly, Y (2012). "Variación poloidal de la densidad de impurezas de alto Z debido al calentamiento por resonancia de ciclotrón de iones minoritarios de hidrógeno en Alcator C-Mod". Plasma Physics and Controlled Fusion . 54 (4): 045004. Bibcode :2012PPCF...54d5004R. doi :10.1088/0741-3335/54/4/045004. hdl : 1721.1/84058 . ISSN  0741-3335. S2CID  6053900.
6. Van Eester, D.; Lerche, E.; Ragón, R.; Messiaen, A.; Wauters, T. (2019). "Escenarios de calentamiento por resonancia de ciclotrón de iones para DEMO". Fusión nuclear . 59 (10): 106051. Código bibliográfico : 2019NucFu..59j6051V. doi :10.1088/1741-4326/ab318b. hdl : 10138/324306 . ISSN  0029-5515. S2CID  199118064.
7. "Descubierta una fuente de energía eólica solar - Ciencia de la NASA". science.nasa.gov. Archivado desde el original el 2013-03-11 . Consultado el 2014-01-20 .