基本介紹
- 中文名：電荷交換
- 外文名：charge exchange collision
- 別稱：轉荷
- 作用：降低入射離子能量
- 學科：電漿物理
- 分類：共振/非共振交換
原理,能量損失,產生效應,
原理
當離子與中性粒子相碰撞時，離子從中性粒子中奪走電子，結果離子變成中性粒子，而原來的中性粒子變成了離子：
(共振的)
(非共振的)
因此，好象離子的電荷轉移到了中性粒子。離子和中性粒子相碰時發生的電荷轉移，稱為電荷交換。電荷交換的幾率與碰撞粒子的性質及其相對速率有關。
在受控熱核研究中，電漿的高速離子與低能的雜質原子或冷中性氫原子相碰撞，經過電荷交換過程後變成了快速原子，磁場對它就不再起約束作用，於是它帶著能量飛向器壁，造成電漿的能量損失。相反地，把高能中性粒子注入電漿，當它們與電漿中的離子相碰撞，經過電荷交換過程後，高能中性粒子變成了高能的離子留在電漿中，電漿便被加熱，這就是所謂的中性注入對電漿的加熱。
能量損失
在離子射入固體材料時，除核能量損失和電子能量損失外，入射離子和靶原子交換電荷也會造成能量損失，即離子在同原子碰撞過程中不斷地俘獲和失去電子使自己的電荷狀態發生變化。俘獲電子的過程需要做功，俘獲電子可能處於激發態或基態，前者伴隨著輻射損失。
由於入射離子和原子庫侖力的相互作用，離子的電子可能被激發到較高能級甚至電離，這些過程的恢復也伴隨著輻射損失。離子的電荷交換損失
在離子速度接近波爾速度時達到最大值，約占總能量損失的10%。
產生效應
電荷交換是入射離子在靶物質中失去電子或俘獲核外電子的過程。這兩種過程可交替地多次發生，直至離子的速度降低到熱運動速度，離子變成中性原子為止。
離子俘獲或失去電子的幾率是由離子在物質中的速度與離子中電子的軌道速度之比決定的。當前者小於後者時，電子被俘獲到該軌道上的幾率極大，而從該軌道上失去的幾率極小。對於能量較低的重離子，在考慮其能量損失時，電荷交換效應十分重要。
