Highly Charged Ion

Ein Highly Charged Ion (hoch geladenes Ion), abgekürzt HCI, ist ein Atom, das viele Elektronen verloren hat und daher eine hohe positive elektrische Ladung aufweist.

Die maximal erreichbare positive Ladung ist dabei die des „nackten“ Atomkerns, also die Anzahl der Protonen im Atomkern. Zum Beispiel kann ein Eisenatom (chemisches Symbol Fe), dessen Kern 26 Protonen enthält, bei Temperaturen von 1 Million Grad in der Sonnenkorona 23 Elektronen abgeben und als 23-fach positiv geladenes ($\mathrm{Fe}^{23\operatorname +}$) Ion auftreten.

Ionen, an denen noch ein einziges Elektron gebunden ist, nennt man wasserstoffartig, nach dem Element Wasserstoff, das im neutralen Zustand nur ein Elektron besitzt; analog bezeichnet man als heliumartig, lithiumartig, usw. (nach den Elementen Helium, Lithium, die im neutralen Zustand zwei bzw. drei Elektronen besitzen) diejenigen, die noch zwei bzw. drei Elektronen haben. Die Anzahl der gebundenen Elektronen bestimmt die Grundstrukturen des Emissionsspektrums dieser Ionen, die sich daher in isoelektronischen Reihen klassifizieren lassen. Mit zunehmender Ladung des Ions werden zwar die Emissionslinien des Spektrums immer energiereicher, d.h., kurzwelliger, aber die relative Anordnung und die Anzahl der Linien bleiben innerhalb einer isoelektronischen Reihe weitgehend unverändert.

Hochgeladene Ionen erlauben auf Grund ihrer Emissionslinien mittels Teleskopen und Spektrographen die Analyse (siehe auch Plasmadiagnostik) der chemischen Zusammensetzung, Temperatur und Dichte von extrem heißen Plasmen in der Astrophysik. Ähnliche Verfahren verwendet man zur Untersuchung der magnetisch eingeschlossenen Plasmen in der Kernfusionsforschung.

Die Untersuchung von hochgeladenen Ionen im Labor ist mittels Schwerionenbeschleunigern sowie des Electron Beam Ion Traps möglich.

Literatur

• H. F. Beyer, H.-J. Kluge, V. P. Shevelko, in: X-ray Radiation of Highly Charged Ions, Springer Series on Atoms and Plasmas, Springer Verlag, Berlin-Heidelberg 1997