重粒子碰撞过程理论研究

应用全量子的分子轨道强耦合方法和经典径迹蒙特卡罗方法计算从低能到高能的离子与原子和分子碰撞反应截面和速率系数。在分子轨道强耦合计算中 ,采用从头计算法得到的绝热分子势能面和径向、转动耦合矩阵元 ,经过幺正变换后 ,求解强耦合方程组。本文以Si3 + 离子与氢原子碰撞过程为例 ,计算了重粒子碰撞过程中发生的电荷转移、碰撞电离和碰撞激发截面和速率系数 。

重粒子碰撞对霍尔推力器通道等离子体影响数值研究

为了研究重粒子碰撞对霍尔推力器通道等离子体影响,采用PIC/MCC/DSMC混合法对放电通道工作过程进行数值仿真研究。建立放电通道二维数值仿真模型,模型中对重粒子碰撞进行重点考虑。估算了通道内各粒子碰撞下的平均自由程,并针对重粒子碰撞单一变量开展了2个仿真模型计算,并对结果进行了对比分析及验证。结果表明:重粒子碰撞对通道内离子数密度分布影响较大,主要表现为离子数密度分布在电离区更为均匀,离子数密度峰值下降6.9%;离子轴向速度影响较小,出口处离子轴向平均速度下降1.3%。与实验结果对比验证,重粒子碰撞因素使仿真结果与测试值之间误差由9.0%缩小到7.3%。

热力学非平衡分子辐射中的重粒子影响

在高超声速再入流场中,气体处于热力学非平衡状态。在这一状态下,气体的辐射根据分子电子态的激发情况展现出与平衡态不同的光谱。分子的电子态激发主要通过碰撞完成。电子的质量远小于分子,当分子在与电子碰撞时,能量传递的效率将高于与重粒子的碰撞。在这种情况下,重粒子对分子的电子态激发的影响往往被忽略。文中计算了氮气分子与不同粒子碰撞的电子态激发速率,并计算了在热力学非平衡情况下分子电子态的分布。通过分析氮气分子与不同粒子碰撞的电子态激发速率随温度的变换特性,比较了与不同粒子碰撞的分子电子态激发效果。最终分析了在典型的流场环境下,重粒子对分子电子态分布的影响,以及对最终氮气第一正组的辐射光谱的影响。

质子碰撞硼原子非辐射的电荷转移过程

重粒子碰撞中的电子转移涉及复杂的电子关联机制,极大地影响等离子体中电荷态平衡,也是X射线的辐射的重要来源之一.电子转移截面与速率系数是国防工业发展核聚变等离子体所需要的重要原子参数.基于全量子的非辐射分子轨道密耦合方法,系统研究了质子碰撞硼原子在10^(-3)-10^(3)eV/u能量区间内的硼原子电子转移过程.计算采用多参考组态方法得到总共15个电子转移、激发以及弹性散射的通道,每个通道对应的分子态能量得到了与实验符合较好的结果.分子态的绝热势能曲线间的避免交叉现象明显,构成了电子转移的主要途径.计算发现,质子碰撞硼原子过程中2s轨道的电子转移是占主导地位,2p轨道的电子转移贡献较小.在低能区,电子转移截面出现了明显的量子共振现象,这些共振主要来源于不同能量通道的耦合.此外,还计算了不同温度下的质子碰撞硼原子的电子转移速率,该速率可为复杂等离子体环境的模拟诊断提供重要的原子参数支持.

Si^(2+) +H碰撞过程的物理分析

文中应用经典径迹蒙特卡罗方法研究Si2 + 离子与氢原子碰撞过程 ,计算了随入射离子能量变化的电子俘获、电离总截面及电子俘获到特定末态的截面 ,分析了计算结果并定性解释了这些截面随能量的变化规律。

Si^(2+)离子与氢原子碰撞电离过程的CTMC计算

应用经典径迹蒙特卡罗方法研究Si2 + 离子与氢原子碰撞电离反应过程 ,计算了随入射离子能量变化的总截面、出射电子随角度和能量变化的一阶、二阶微分截面 ,及出射电子随入射离子能量变化的平均能量。计算结果展示了软碰撞、电子转移到入射离子连续态、两体相遇碰撞等电离机制。通过计算出射电子到入射离子和靶的距离比的电离电子数分布 ,研究了不同入射离子能量“鞍点”电离机制的可能性。

领头粒子对带电粒子赝快度分布的影响

用我们的夸克组合模型,系统地研究了RHIC能量下Au+Au碰撞系统所产生的带电强子的赝快度分布,结果发现:(1)领头粒子对dNch/dη分布的贡献随着碰撞中心度、碰撞能量的增加而减少;(2)领头粒子的数目仅与参加碰撞的核子数有关,而与碰撞能量无关.

离子与分子碰撞的空间构象设计

离子与分子碰撞是涉及复杂电子关联效应、多通道耦合效应的多体反应动力学过程,具有重要的科学研究意义,其过程广泛存在于多个领域,一直以来备受关注.在碰撞参数模型的半经典理论框架内,以几种典型分子(线性分子、平面分子和立体分子)分别作为靶分子,固定入射离子的初始速度方向,根据靶分子结构的对称性相对于入射离子速度方向的空间取向,设计离子与分子碰撞的空间构象,并结合球坐标的角度参数将方法推广至离子与对称性较低的靶分子碰撞的普遍情况.最后,以质子与一氧化碳分子碰撞的含时密度泛函理论模拟结果为例,分析5种碰撞空间构象下的电子俘获概率随碰撞参数的变化规律.

10.7AGeV^(197)Au诱发乳胶核反应射弹碎片平均自由程研究

本文对10.7 AGeV197Au诱发乳胶核反应射弹碎片平均自由程进行了研究,结果表明射弹碎片的平均自由程在实验误差范围内与距射弹作用点的距离D无关,射弹碎片的平均自由程不存在反常现象.对于α射弹碎片平均自由程,实验发现在实验误差范围内与距射弹作用点的距离D、碰撞参数b、射弹α碎片多重数无明显的依赖关系,以上结论也可以通过I Otterlund等人提出的检验方法得到进一步证实.

10.7 A GeV^(197)Au-Em作用电荷为3≤Z≤9的射弹碎片研究

对10.7 A GeV197Au-Em作用电荷为3≤Z≤9的射弹碎片的整体特征进行了研究.实验结果显示其约化自由程与距扫描起点距离D无关,电荷为3≤Z≤9的射弹碎片平均自由程不存在反常现象.这一结论可以通过I.Otterlund等人提出的检验方法和F-检验得到进一步证实.

外磁场中的粲偶素

在相对论重离子碰撞早期,会产生一个极强的磁场.初始碰撞产生的粲偶素会受到磁场的影响,进而携带磁场的信息.本文利用磁场下的两体薛定谔方程研究磁场对粲偶素的影响.利用角动量展开的方法,数值计算了不同磁场强度下粲夸克偶素的能谱.采取的方案是把三维波函数展开成不同轨道角动量以及自旋态的叠加,实际计算过程中发现,当n≤2,l≤7时能很好地满足精确度.进一步,哈密顿量可以写成H=H_(0)+(qB)^(2)H_(1)+qBP_(PS,⊥)H_(2)形式,其中H_(0),H_(1),H_(2)不依赖于B和P_(PS,⊥),因此只要计算出H_(0),H_(1),H_(2),就能求出任意B和P_(PS,⊥)下的哈密顿量.这样的数值方法在保证计算精度的同时显著减少了计算量.计算结果表明随着磁场和总动量的增加,粲偶素的质量增大,在磁场强度为20m_(x)^(2),总动量为1.8GeV时,质量的增加量为20%.

O^(3+)与氦原子碰撞过程的CTMC计算

应用经典径迹蒙特卡罗方法研究了O3+离子与氦原子碰撞的各种反应过程.基于使用多个系统总能量U值,对初始电子的微正则分布进行了优化,使其更接近于量子力学的径向空间分布.作为检验,首先在独立电子模型近似下计算了He2+与氦原子碰撞的各种反应过程,通过与实验的比较,发现对氦原子靶,优化极大地提高了计算精度.计算了O3+与氦原子随入射离子能量变化的各种反应过程截面,特别是单电子丢失、双电子丢失的总截面,以及转移电离截面与单俘获截面的比值,并与实验进行了比较,发现单双电子丢失截面与实验符合得很好,但在大于200keV/u的能区,转移电离截面与单俘获截面的比值与实验有较大的差距,这表明独立电子模型需要进一步改进.

强磁场下He^(2+)+H(1s)的碰撞激发过程的态选择截面研究

强磁场下的重粒子碰撞激发过程是重要的非弹性碰撞过程,但相关研究还几乎是空白.应用经典蒙特卡洛的方法在得到无磁场下He2++H(1s)的碰撞激发截面的基础上,详细研究了不同强度的纵向和横向强磁场环境下到不同主量子数n和磁量子数m的碰撞激发过程的态选择截面.同时用非微扰量子方法,得到了强磁场下靶原子的能级,并分析了其随磁场强度变化的原因.对碰撞过程发现由于磁场的引入导致到不同m态的激发截面有较大的分离,同时在较低入射能区的态选择截面变化行为与磁场方向有很大关系,这与能级变化及横向强磁场所特有的抗磁项的相互竞争有密切联系.通过对有关事例、径迹的分析,解释了这些变化形成的原因.也发现由于核的运动,沿磁场方向的轨道角动量并非绝对守恒,而有微小的变化.

质子与Be原子的碰撞电离过程研究

本文采用初态程函近似-连续扭曲波方法研究了质子和Be原子的碰撞电离过程:计算了入射离子能量从50keV/u到10000keV/u时一阶和二阶微分散射截面随电离电子能量和角度的变化规律,并对各种碰撞电离机理进行了详细讨论;计算所得总截面随入射离子能量的变化规律也与已有数据一致;另外采用FAC代码研究了Be原子的内壳层电子(1s)被电离后的俄歇过程.

等离子体屏蔽对He^(2+)与H原子碰撞电离微分截面的影响

应用经典径迹Monte Carlo(CTMC)方法研究了He2+与H原子在等离子体环境下的碰撞电离过程,计算了在5—400keV/u的能区随等离子体屏蔽作用变化的碰撞电离总截面和一阶微分截面.等离子体中带电粒子之间的相互作用采用Debye-Hückel模型来描述.由于等离子体屏蔽效应的存在,靶中束缚态电子能级及其经典微正则分布以及入射离子与靶电子的相互作用都发生了变化,而这些变化会直接影响碰撞电离过程.研究发现,碰撞电离总截面随等离子屏蔽的增加而增大,特别是在10keV/u以下的低能区电离截面有量级的增加.对随能量变化的一阶微分截面,在低能碰撞过程中,屏蔽作用增加,微分截面呈量级增加,高能碰撞微分截面呈倍数增加.同时,屏蔽作用导致电离电子向高能方向移动,随着碰撞能量的增加两体碰撞机制的贡献越来越大,并在较高的出射电子能量出现了一个新的峰.对无屏蔽的自由原子碰撞过程,CTMC方法计算出的电离总截面在碰撞能量大于70keV/u的较高能区在实验误差内与实验测量结果符合很好,而在较低的能区比实验值小30%—50%.

强磁场下He^(2+)+H(1s)的碰撞电离微分截面及电离机理研究

应用经典径迹蒙特卡罗方法详细研究了强磁场环境下He(2+)+H(1s)的重粒子碰撞电离过程.首先得到了在不同强度的纵向和横向磁场下电离电子的一阶能量微分截面,发现它们不仅在数值上比未加磁场下的结果有明显的增加,而且随电离电子的能量变化不再是单调下降,而是呈现一定的峰值结构.通过对电离事例的分析,解释了这些变化形成的原因.其次由于强磁场会导致碰撞电离的物理机理有很大变化,因此也分析并解释了磁场强度、方向及入射粒子能量等因素对电离机理的影响行为.