电子激发高空大气辐射模拟装置的研制及初步应用

地球大气组分与高能电子之间的电荷交换和能量传递在极光和气辉等高空大气发光现象中扮演着重要角色。通过搭建基于真空系统的电子激发高空大气辐射地面模拟装置,验证了高能电子对高空中性大气的电离激发及其辐射跃迁机制。该装置可实现从10^(2)Pa过渡到10^(-3)Pa超过5个量级的真空梯度、10^(2)~10^(3)eV能量范围内的电子加速聚焦以及近紫外-可见光-近红外波段的宽光谱测量。将该模拟装置初步应用于N_(2)和O_(2)的电子激发实验,比较了大气中两种主要成分的谱线分布特征,发现激发光谱强度与电子能量成正相关,且在相同条件下N_(2)的激发光谱强度远大于O_(2)。利用单组分气体的已知光谱带系标定了实际大气的电子激发光谱,结果表明实际大气与纯N_(2)的激发光谱分布趋于一致但强度有所下降。初步测试与应用表明该装置可用于模拟高能电子沉降过程中与中高层大气组分的碰撞激发反应。

利用离子阻停对电子俘获致核激发的研究

当特定能量的自由电子被原子核外电子轨道俘获时,有可能导致原子核被共振激发,这就是电子俘获致核激发.该机制的一个应用愿景是通过操纵电子使同核异能态所储存的核能按照人们的需求释放出来.如果能够实现这种技术,有望为核能的储存和利用带来巨大变革.本文对比了近年来基于加速器装置,在高电荷态离子阻停过程中测量电子俘获致核激发几率的两次实验研究工作.对于两次测量结果的不一致,从误差水平评估这一个新的角度分析了可能的原因.此外,通过评估四种可能的熔合蒸发反应道,发现94Zr束流和氦气靶可能是利用次级束开展下一步实验工作的理想弹靶组合.

密度泛函理论研究苏丹红Ⅲ分子的电子结构、光谱与激发性质

亲脂性偶氮染料苏丹红Ⅲ(Sudan RedⅢ)分子因染色后可使食品鲜艳、不褪色,常被放入食品添加剂中,食用后对人体的肝肾器官有明显的毒性作用,严重影响人类身体健康。苏丹红分子的毒性与其分子几何和电子结构密切相关,对其结构、电子激发等研究具有重要的指导意义。采用密度泛函理论(DFT)方法结合def2-TZVP基组对苏丹红Ⅲ分子结构、红外与拉曼光谱和紫外光谱进行系统研究,结果表明PBE0和B3LYP杂化泛函方法计算的红外和拉曼光谱与实验值吻合;采用含时的B3LYP杂化泛函计算得到的苏丹红Ⅲ分子的紫外-可见吸收峰为228、353和490 nm,与实验符合较好,它们是基态电子向第2激发态、第6激发态、第30激发态跃迁所致。采用空穴—电子分析法考察电子激发可知,S_(0)→S_(2)激发类型是氧、氮原子到萘环和苯环上的n—π*电荷转移激发,同时伴随着萘环、苯环环内间的π—π*局域激发。S_(0)→S 6激发类型是氮、氧原子到萘环,氮原子到苯环上的n—π*和萘环环内间π—π*电荷转移激发的叠加。S_(0)→S_(2)和S_(0)→S 6激发类型属于电荷转移激发为主的混合激发。S_(0)→S 30激发类型属于萘环环内的π—π*局域激发,同时也伴随着氧、氮原子到萘环上的n—π*和苯环到萘环上的π—π*电荷转移激发,S_(0)→S 30激发类型是以局域激发为主。通过分子片段对空穴、电子的贡献热图分析,进一步证实了上述电子激发转移过程。系统研究苏丹红Ⅲ分子的光谱及电子激发,为实验检测食品苏丹红Ⅲ分子提供理论参考。

AP粒度对其感度、推进剂燃烧速度及临界电子激发能的影响

研究了固体推进剂中氧化剂AP的平均粒度对其撞击感度和摩擦感度的影响,以及当AP加入改性双基推进剂中后,其平均粒度对改性双基推进剂燃烧速度的影响。揭示了影响AP撞击感度、摩擦感度以及推进剂燃烧速度的主要原因,即AP颗粒大小与引起其分解所需的临界电子激发能之间的关系。这对超细AP在推进剂中的安全合理应用具有重要指导意义。

介质阻挡放电中工况对电子激发温度影响的规律

为了研究介质阻挡放电中各种影响因素对电子激发温度的影响规律,建立了介质阻挡放电实验系统;利用建立的实验系统测量了介质阻挡放电的发射光谱,推导出电子激发温度与发射光谱的相互关系公式,进而计算出介质阻挡放电时的电子激发温度;通过改变实验条件测量了不同工况下介质阻挡放电的发射光谱,得出放电中的电子激发温度随驱动电压幅值、气体流量以及氩气含量的变化规律。计算结果表明:介质阻挡放电等离子体中的电子激发温度随驱动电压幅值、氩气体积分数的增大而提高,随气体流量的增加而降低。

大气压氩气放电六边形斑图的电子激发温度研究

采用特殊设计的气体介质阻挡放电实验装置,对大气压氩气放电六边形斑图的放电信号及激发光谱进行了测量。采用发射光谱强度比法,计算了放电丝呈六边形斑图时的电子激发温度。实验发现,随着驱动电压频率的升高,六边形斑图的电子激发温度明显升高,各放电通道之间的放电时间相关程度提高。该工作对控制斑图的形成和研究斑图动力学具有重要参考价值。

混合气体介质阻挡放电中的电子激发温度

采用光谱法,研究大气压下氩气／空气介质阻挡放电中电子激发温度随空气含量的变化．放电装置为水 电极介质阻挡放电装置,通过氩原子763．51nm(2P6→1S5)和772．42nm(2P2→1S3)两条谱线相对强度之比计算电 子激发温度．实验结果表明:当空气的体积分数为10%-60％时,电子激发温度随空气含量的增加而减小．

电子碰撞激发过程的相对论扭曲波理论研究

介绍了本课题组在基于多组态Dirac-Fock理论方法基础上发展的研究电子-离子(原子)碰撞激发过程的全相对论扭曲波方法,给出了利用这种方法对氦原子和类氦离子、锂原子、类铍离子、类氖离子、类镍离子以及氙原子的电子碰撞激发过程的最新研究成果.

基于临界电子激发能研究硝胺炸药纳米化降感机理

采用场发射扫描电子显微镜(FESEM),实测记录了硝胺炸药颗粒在电子能作用下开始发生分解变形(在颗粒表面产生裂纹)时的状态,结合Image Pro Plus图形处理软件,计算出了硝胺炸药颗粒开始发生分解变形所需的临界电子激发能。研究结果表明:当颗粒粒径大于10μm时,随着粒径减小,硝胺炸药颗粒临界电子激发能减小;当颗粒粒径小于约10μm后,临界电子激发能随粒径减小而迅速增大;当颗粒粒径减小至约0.5μm时,随着粒径进一步减小,临界电子激发能变化不大。本研究以实测计算的临界电子激发能为基础,可从能量角度解释硝胺炸药纳米化降感机理,对指导纳米硝胺炸药的实际应用具有重要意义。

乙酰基的电子激发态

对乙酰基的基态（X12A′）和激发态进行了理论和实验研究。通过采用MRSDCI和MP2方法计算，获得了CH3CO自由基的四个电子激发态（A12A″，B22A′，C32A′，D22A″），其垂直激发能分别为250．8kJ·mol－1，472．3kJ·mol－1，645．8kJ·mol－1和674．7kJ·mol－1。运用时间分辨付里叶红外光谱仪（TR－FTIR）分别研究了CH3CO自由基的热解和光解反应，观察到初生产物CO（V）的红外发射光谱．势垒仅为75．2kJ·mol－1的基态CH3CO极易热解．532um的激光只能将CH3CO激发到束缚态A12A″，故未观察到CO信号；而248nm或266nm的激光可使CH3CO发生B22A′←X12A′跃迁，生成高振动激发的CO（V8）产物．

高Z等离子体中的双电子复合与电子碰撞激发

采用准相对论性Hartree-Fock-Relativistic方法与不可分辨跃迁组模型相结合,对Au和Ta元素的类Ni离子的双电子复合速率,以及Au元素类Cu离子的电子碰撞激发速率进行了计算。计算结果表明,对于Au类Ni离子的3d10-3d94l5f-3d104l双电子复合过程以及类Cu离子的3d104l-3d94l5f电子碰撞激发过程,当电子温度高于1.0 keV时,电子离子碰撞激发速率随电子温度增加而增加,双电子复合速率随电子温度增加而减小,并且电子碰撞激发对谱线辐射的贡献要比双电子复合大得多。

电子碰撞激发的全相对论扭曲波理论和计算

给出计算高荷离子的电子碰撞强度的全相对论扭曲波Ｂｏｒｎ理论和有关高剥离离子电子碰撞激发截面的计算结果。并将计算结果和其他工作进行了比较。

碱土金属硫醇MSH(M=Mg,Ca,Sr)的电子激发态的理论研究

用DFT,CCSD(T)和CASPT2方法对碱土金属硫醇MSH(M=Mg,Ca,Sr)进行了理论研究,得到了它们的平衡几何构型、振动频率和垂直激发能.研究表明MSH的基态几何构型都是弯曲结构,理论计算得到的几何参数和转动常数与实验值相吻合.理论预测得到的CaSH的22A′←X2A′,12A″←X2A′和32A′←X2A′跃迁的激发能分别为2.00、2.06和2.33 eV,SrSH的22A′←X2A′,32A′←X2A′和12A″←X2A′跃迁的激发能分别为1.76、1.84和1.85 eV,与观察值符合得非常好.

NO_2分子电子激发态荧光辐射寿命的测定

利用激光诱导荧光技术 ,实验测定了NO2 分子 5 13～ 5 2 0nm范围内 ～A2 B2 电子激发态 6个不同振转能级激光诱导荧光衰减寿命 ,研究了激发态荧光寿命与气压和激发波长的关系 ,得到了无碰撞衰减寿命和碰撞猝灭系数 ,并对其反常长寿命进行了讨论。

类氖-锗电子碰撞激发X光激光的增益特性

电子碰撞激发Ｘ光激光的增益特性依赖于电子密度Ｎｅ、电子温度Ｔｅ、增益区宽度ΔＲ和介质速度梯度ｄｖ／ｄｚ等四个表征等离子体内部状态的参数。以类氖－锗离子为例研究了反转和增益特性对Ｔｅ、Ｎｅ的依赖关系，并在典型的增益区宽度（ΔＲ＝１００μｍ）和介质速度梯度（ｄｖ／ｄｚ＝１．３×１０９ｓ－１）下讨论了共振线俘获对增益特性影响，给出波长为１９．６ｎｍ，２３．２ｎｍ和２３．６ｎｍ三条激光线的增益目标区域。

次级电子激发过程的Monte Carlo模拟计算

在总结前人工作的基础上，利用MonteCarlo方法建立了次级电子激发过程的数学模型。然后利用此模型计算了一类重要的次级发射体──高铅硅酸盐玻璃的次级发射性能。本文首次把次级电子发射体的材料构成与其次级电子发射性能通过MonteCarlo计算联系了起来，为新型次级电子发射材料的设计提供了一种计算方法。

多电子激发态离子的自电离衰变处理方法

在分析当前描述离子与原子碰撞的经典理论模型的基础上，详细讨论了处理多电子激发态自电离衰变问题的一些新的思路，把高电荷态离子与原子碰撞反应中的电子转移过程分为四阶段描述，并依据能量守恒原理，规范了处理多电子激发态离子发生自电离衰变的规则，自洽地解决碰撞中间过程中俘获多电子后的离子发生自电离向末态衰变的问题。

类铜Au^(50+)离子电子碰撞激发特性的研究

利用全相对论扭曲波(RDW)方法,系统计算了类铜Au^(50+)离子的外壳层电子4s激发到4l、5l(l=s、p、d、f,除去4s→4s)和内壳层电子3l(l=s、p、d)激发到4l、5l(l=s、p、d、f)的碰撞激发截面,研究了在不同入射电子能量下截面的变化规律,给出了3d→4f和3d→5f精细结构能级的碰撞激发截面.部分计算结果与其它理论及最新实验结果进行了比较,取得了很好的一致性.

气相苯丙氨酸手性转变基元反应过渡态的电子激发特征

用密度泛函理论(DFT)中的B3LYP方法,在6-311+G(2df)基组水平上优化气相条件下苯丙氨酸(Phe)分子的几何构型,分析Phe分子体系手性转变过程中各基元反应中间体和过渡态的特征,在PBE0/def2-TZVP下,用含时密度泛函理论(TDDFT)方法得到气相条件下Phe分子体系手性转变过程中某过渡态在电子激发过程中的激发态特性.结果表明:根据Δr指数和空穴-电子指数的电子激发特征判据,可有效指认较明显的激发态特征,并直接给出基元反应中过渡态分子体系激发特征的判断结果.

Au等离子体M带5f-3d跃迁的电子离子碰撞激发速率系数

电子离子碰撞激发速率系数在超组态碰撞辐射模型中真实模拟非局域热动力学平衡Au激光等离子体M带谱 5f 3d跃迁中各种复杂电荷态离子的电离态特性 (譬如离子的平均电离度 ,相对丰度和能级布居数 )是必不可少的。基于准相对论多组态Hartree Fock方法和扭曲波玻恩交换近似 ,采用自编的扭曲波程序ACDW (9)和Fit(9) ,从头计算了Au等离子体M带 5f 3d电子离子碰撞激发速率系数。结果表明 :在“神光II”实验装置诊断的电子温度约 2keV ,电子密度约 6× 10 2 1cm-3 范围内 ,这些电子离子碰撞激发参数有利于采用超组态碰撞辐射模型模拟Au的激光等离子体M带 5f～ 3d细致谱的平均电离度和电荷态分布。