Ionsyklotronresonans

Ionsyklotronresonans er et fenomen relatert til bevegelse av ioner i et magnetfelt. Den brukes til å akselerere ioner i et syklotron, og til å måle massene til en ionisert analytt i massespektrometri, spesielt med Fourier-transform ion syklotron resonansmassespektrometre. Den kan også brukes til å følge kinetikken til kjemiske reaksjoner i en fortynnet gassblanding, forutsatt at disse involverer ladede arter.

Definisjon av resonansfrekvensen

Et ion i et statisk og jevnt magnetfelt vil bevege seg i en sirkel på grunn av Lorentz-kraften. Vinkelfrekvensen til denne syklotronbevegelsen for en gitt magnetfeltstyrke B er gitt av

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

hvor z er antallet positive eller negative ladninger av ionet, e er elementærladning og m er massen av ionet. Et elektrisk eksitasjonssignal med frekvens f vil derfor resonere med ioner som har et masse-ladningsforhold m/z gitt av

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

Den sirkulære bevegelsen kan være overlagret med en jevn aksial bevegelse, noe som resulterer i en spiral, eller med en jevn bevegelse vinkelrett på feltet (f.eks. I nærvær av et elektrisk eller gravitasjonsfelt) som resulterer i en sykloid.

Ion syklotron resonans varme

Ionsyklotronresonansoppvarming (eller ICRH fra engelsk Ion cyclotron resonance heating) er en teknikk der elektromagnetiske bølger med frekvenser tilsvarende ionesyklotronfrekvensen brukes til å varme opp et plasma. Ionene i plasmaet absorberer den elektromagnetiske strålingen, og som et resultat av dette øker sin kinetiske energi. Denne teknikken brukes ofte til oppvarming av tokamak-plasmaer.

I solvind

8. mars 2013 lanserte NASA en artikkel der ionesyklotronbølger ble identifisert av sin sonde romfartøy kalt WIND som den viktigste årsaken til oppvarming av solvinden når den stiger opp fra solens overflate. Før denne oppdagelsen var det uklart hvorfor solvindpartiklene ville varme seg opp i stedet for å kjøle seg ned når de kom raskt fra solens overflate.