质子和氮分子碰撞过程的研究

论文摘要

重粒子碰撞在原子与分子物理、天体物理、等离子体物理和受控核聚变的研究中有重要的研究意义。重粒子碰撞过程包括激发、电离、电子俘获和电子损失等信息,它包含多个分支,如离子-原子碰撞、离子-分子碰撞等,其中离子-分子碰撞过程尤为重要,特别是近年来天体物理学的迅速发展,人们对星际物质产生了浓厚的研究兴趣,离子-分子碰撞中的多电子损失、电子俘获成为热点研究内容。离子-分子碰撞过程较为复杂,其碰撞过程包括电子损失、电子俘获、电子离化等多个反应通道,并且涉及多电子关联、多通道竞争、多体耦合等复杂动力学过程。因此如何高精度测量这些过程的碰撞截面对于理论计算者来说是一个巨大的挑战。本文采用基于含时密度泛函理论（TDDFT）的碰撞模型研究质子和氮分子碰撞电子俘获、电子损失和电子离化过程。该方法属于半经典方法,主要特点在于:在碰撞过程中电子运动采用量子的密度泛函理论方法进行描述,离子运动采用经典牛顿方程进行描述,其中单粒子波函数采用实空间均匀网格展开,电子与离子之间的相互作用采用模守恒赝势来描述,电子对离子之间的反馈效应通过艾伦费斯特方法自洽耦合。利用时间反演对称方法对含时Kohn—Sham方程实时间演化,碰撞反应过程中的离化电子通过模拟计算空间边界处的可调吸收势进行处理。对于电子俘获过程,利用坐标空间平移技术处理碰撞末态入射离子与靶分子的重新排布问题。本文采用上述的理论模型计算了4keV、10keV、40keV和100keV能量下的质子与氮分子碰撞电子俘获、电子损失和电子离化截面,分析不同能量、碰撞参数下的碰撞反应几率、碰撞反应截面以及电子密度的变化规律,计算结果与实验数据符合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
•   1.1 离子与分子碰撞的研究意义及背景
•   1.2 离子与分子碰撞过程的研究方法
•     1.2.1 离子与分子碰撞过程的理论研究方法
•     1.2.2 离子与分子碰撞过程的实验研究方法
• 2 基于含时密度泛函理论的碰撞模型及方法
•   2.1 Hohenberg-Kohn的两个定理
•   2.2 Kohn-Sham方程
•   2.3 分子动力学
•   2.4 艾伦费斯特方法
•   2.5 含时演化方案
•   2.6 空间坐标平移技术
• 3 质子与氮分子碰撞过程
•   3.1 本文的模拟计算空间及数值参数
•   3.2 电子俘获过程
•     3.2.1 电子俘获几率
•     3.2.2 电子俘获截面
•     3.2.3 电子俘获过程中入射离子和靶分子的运动轨迹
•   3.3 电子损失过程
•     3.3.1 电子损失几率
•     3.3.2 电子损失截面与密度演化
•   3.4 电子离化过程
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李琼

导师: 胡木宏

关键词: 电子损失,电子俘获,电子离化,含时密度泛函理论

来源: 辽宁师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 物理学,核科学技术

单位: 辽宁师范大学

分类号: O571.6

总页数: 49

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