离子-原子碰撞中的双电子过程及关联效应：原子轨道强耦合方法的发展及应用

发布时间：2020-05-16 21:47

【摘要】：离子与原子/分子碰撞过程的研究,在天体物理学和热核聚变中的等离子体诊断等许多实际问题中都有着广泛的应用。它也一直是原子分子物理研究的热点之一,主要是因为涉及复杂的多电子、多通道、多中心问题,特别是在中低能区,对于碰撞动力学过程的研究,需要考虑静态和动态电子关联效应、强库仑相互作用以及多通道耦合相互作用机制。在本论文中,提出了一套处理离子-原子碰撞中多电子过程的含时非微扰解决方案。我们的理论方法是半经典的,其中入射粒子与靶粒子的相对运动由准经典直线匀速运动轨迹描述,而电子的动力学则是利用全量子力学方法处理,即非微扰求解含时薛定谔方程。基于该理论方法,我们自主发展了一套全新版本的计算程序,可以考虑两个活动电子及其全关联效应。除了对计算程序长期而复杂的研制和测试之外,我们还细致地研究了一些特定的重离子碰撞问题。依照本论文中的内容顺序,所研究各有特色的三个碰撞体系为:(i)H++碰撞体系,低电荷正离子-负离子碰撞问题,其中电子关联效应特别重要;(ii)C4++He碰撞体系,多电荷离子与原子碰撞问题;(iii)He++He碰撞体系,三电子全关联效应必须考虑。上述三个碰撞体系,在实验和理论上被广泛研究(至少在某些碰撞能量区间),但仍存在开放式问题,例如,不同研究工作之间存在强烈分歧。我们的研究涵盖了较宽的碰撞能区,不仅提供了具有连续性和连贯性的理论数据,还给出了精确处理这些碰撞体系中电子过程的重要因素,并针对所考虑的电子过程,给出了其动力学过程的物理机制。首先,我们研究了 H++H-碰撞中的双电子俘获过程。该碰撞体系是最简单的多电子碰撞体系之一,然而,由于H-中弱的库仑作用,电子关联效应十分重要,先前所有理论计算都无法重复出实验上测得的双电子俘获过程的总截面。我们的理论计算,首次同时在量级和结构上还原了实验结果。而且,我们还证明了,双电子俘获截面中所观测到的振荡结构,源自于双电子俘获与电荷转移激发过程的相位干涉效应。我们的研究为这个难以解决而又充满挑战的老问题揭开了新的亮点。其次,在一个较宽的碰撞能区内,我们详细地研究了 C4++He碰撞中单、双电子俘获过程。我们计算的总截面及态选择截面与先前理论和实验研究结果均符合的很好,同时,我们将截面数据拓展到了较高能区。利用不同的模型计算,阐明了单、双电子俘获过程的动力学机制及电子-电子间的关联效应。此外,我们还给出了更为精密的角微分截面结果,并利用一个拓展的夫琅和费衍射模型模拟研究了其中所观测到的振荡结构。最后,利用拓展的、三个活动电子的非微扰半经典方法,我们研究了 He++He碰撞体系,计算了一系列电子过程的总截面、态选择截面和角微分截面,并与已发表的理论与实验结果进行了对比。总体上来说,我们理论计算结果是目前最为可靠的。此外,我们在电荷转移(靶)激发截面中观测到随碰撞能量振荡的结构:该结构是由电荷转移(靶)激发过程与入射粒子激发过程的强烈竞争引起的。另一方面,在角微分截面的研究中,第一,计算结果与实验结果的对比说明了我们理论方法的可靠性与精准性;第二,所有电子过程的角微分截面都表现出了随散射角振荡的结构。利用一个简单模型,我们证明了,该振荡是由于物质波夫琅和费衍射现象造成的;最后,对于电荷转移(靶)激发过程两个较高能量下的角微分截面,我们还观测到了 Thomas峰。
【图文】：

剂量分布,锂原子,偏滤器,注射器

常组织暴露在不必要的辐射能量下。粒子射线的优点在于粒子束穿透人体组织逡逑时，对于身体表面浅层的细胞，杀伤力不强，能量只有在射程末端瞬间释放出逡逑最大的能量，达到剂量分布的高峰逦布拉格峰（Ｂｒａｇｇ邋ｐｅａｋ），，如图１．３所示逡逑［５］。粒子射线的优势就是将此高峰经由人为控制去对准癌细胞照射，因此可以逡逑在不伤害周边正常组织的情况下，给予癌细胞高剂量的破坏，将放射线的副作逡逑用降至最低。逡逑

碰撞能,碰撞过程,原子,离子

子与原子／分子碰撞中，在一个特定的碰撞能量下，所有电子过程都可能发生，逡逑但它们的相对重要性取决于入射粒子的速度％与耙粒子上的电子速度％之间逡逑的关系。因此，如图１．４所示，我们通常根据％，或者逡逑来将碰撞中的电子过程以及相应合适的处理方法划分为到以下三个不同的能量逡逑区间：逡逑？低能区，入射粒子速度远小于电子轨道速度，即巧／％《１，对应的碰撞逡逑能量的范围在几ｋｅＶ／ｕ以下。由于碰撞过程中入射粒子与靶粒子的相互逡逑作用时间相对较长，碰撞体系的总波函数可以通过入射粒子与靶粒子形成逡逑的瞬时准分子的电子态波函数来描述［１８，邋１９］。而电子的跃迁一般发生在逡逑碰撞过程中初态与末态的分子态之间的简并（或准简并）区域，即分子态逡逑之间的避免交叉区域。在这种情况下，非微扰的全量子的分子描述方法是逡逑必要的，其中入射粒子，靶粒子以及电子的动力学过程都需要量子力学的逡逑方法来处理，例如，全量子的分子轨道紧耦合方法［１６，邋１７］。逡逑？高能区
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O562.5

【参考文献】