电子与氢及其同位素分子碰撞的非解离性电离截面研究

在边界等离子体中, 氢及其同位素分子与高能电子碰撞可发生电离反应. 对于尚无可利用的氢及其同位素分子的电子碰撞非解离性电离反应截面, 基于莫尔斯函数、弗兰克-康登原理, 采用半经典的Gryzinski方法进行了计算. 得到反应截面随电子能量的变化情况以及振动能级对反应截面的影响. 计算结果表明分子的振动激发对电离反应有着显著影响.     

氢及其同位素分子的电子碰撞解离反应截面研究

在边界等离子体中氢及其同位素分子与电子碰撞可以发生解离反应。对于尚无反应截面的氢及其同位素分子电子碰撞激发到三重态然后发生解离反应,作者基于莫尔斯函数、弗兰克－康登原理,采用半经典的Gryzinski方法计算了这一反应截面。得到了解离反应截面的影响因素、反应截面随电子能量的变化情况以及分子的振动能级对反应截面的影响。通过比较表明到排斥态的激发然后发生解离反应的反应截面占据主导地位,比激发到其它三重态激发然后发生解离的反应截面要大一个量级。     

低能O3+与H2碰撞电子俘获过程中靶的同位素效应研究

利用全量子的分子轨道强耦合方法,我们研究了基态的O3 (2s22p2P)与氚分子和氢分子碰撞的电荷转移过程,计算了方位角为45°,能量分别为0.1eV/u,1.0eV/u,100eV/u,500eV/u的单电子俘获的振动分辨的态选择截面及总截面.分子轨道强耦合计算中采用了自旋耦合价带理论计算的三原子分子势能面和径向耦合矩阵元.对体系的电子运动同H2(T2)或H2 (T2 )的转动和振动之间的耦合,根据能量的不同,分别采用了无限阶的冲量近似或振动冲量近似.结果发现,低能O3 与H2碰撞电子俘获过程中靶的同位素效应显著:对不同的同位素靶,单电子俘获的总截面以及振动分辨态选择截面的分布明显不同;入射离子能量越低,同位素效应越显著.     

低能O^3＋与H2碰撞电子俘获过程中靶的同位素效应研究

利用全量子的分子轨道强耦合方法，我们研究了基态的O^3＋（2s^22p^2P）与氚分子和氢分子碰撞的电荷转移过程，计算了方位角为45°，能量分别为0．1eV／u，1．0eV／u，100eV／u，500eV／u的单电子俘获的振动分辨的态选择截面及总截面．分子轨道强耦合计算中采用了自旋耦合价带理论计算的三原子分子势能面和径向耦合矩阵元，对体系的电子运动同H2（T2）或H2^＋（T2^＋）的转动和振动之间的耦合，根据能量的不同，分别采用了无限阶的冲量近似或振动冲量近似．结果发现，低能O^3＋与H2碰撞电子俘获过程中靶的同位素效应显著：对不同的同位素靶，单电子俘获的总截面以及振动分辨态选择截面的分布明显不同；入射离子能量越低，同位素效应越显著．     

弱电离大气等离子体电子碰撞能量损失的理论研究

在前期计算电子能量分布函数的基础上, 求出弱电离大气等离子体中各碰撞反应过程的电子能量损失. 由于在弹性碰撞中电子-重粒子能量交换很少, 同时氮气、氧气分子又有很多能量阈值较低的转动、振动能级存在, 因此在大气等离子体中弹性碰撞电子能量损失所占份额很小(直流电场下小于6%). 研究发现, 弱电离大气等离子体中在不同能量区间占主导的能量损失过程不同. 随着有效电子温度(或约化场强)增加, 占主导的电子能量损失过程依次为转动激发、振动激发、电子态激发、碰撞电离、加速电离产生的二次电子. 在约化场强E/N=1350 Td (或有效电子温度为14 eV)附近, 平均电离一个电子所需的能量最小, 约为57 eV. 因此可以根据不同的需求调节电场强度, 从而达到较高的能量利用率. 关键词： 弱电离大气等离子体 碰撞反应过程 电子能量损失     

含温有界原子模型下电子与离子碰撞激发和电离截面的理论研究

采用扭曲波玻恩交换近似方法，在自由原子模型下计算了电子与离子碰撞激发、电离截面，计算值与实验一致；在含温有界平均原子模型下，系统研究了不同温度、密度等离子体中离子的电子碰撞直接电离截面，发现由于温度、密度效应导致离子的能级漂移，引起等离子体中离子的碰撞电离截面比自由原子情形发生较大变化. 关键词： 平均原子模型 扭曲波波恩交换近似 电离截面     

重复频率脉冲大气放电中氮气的振动温度

氮气分子的振动自由度在大气放电低温等离子体中会被高度激发。从振动能级的简谐振子模型和Boltzmann分布近似出发,研究重复频率脉冲放电中振动温度的变化行为。结果表明,决定重频条件下振动温度的主要过程是电子碰撞振动激发和振动-平动弛豫,而在振动能级高度激发的情形下其与氧原子的化学反应也会产生影响。对于振动激发过程,通过跃迁反比相似率推导出的特征弛豫时间与动理学模型符合较好。在振动-平动弛豫中占主导贡献的为干燥大气中的氧原子或潮湿大气中的水分子。当氧原子数密度为1014 cm-3时,若初始振动温度在5000 K,在化学反应过程中振动能量的特征弛豫时间在0.1~1 s量级。     

金等离子体平均离化度随电子温度变化关系的研究

用Cowan的原子结构从头算程序和自旋轨道劈裂阵模型计算各阶电离的金离子能级和跃迁， 在碰撞辐射模型下求解能级布居数方程，计算给定等离子体密度和电子温度下等离子体中离子的分布，给出了平均离化度随电子温度的变化关系.发现稀薄的金等离子体中，在一定的电子温度范围内电子温度的升高平均电离度反而下降的反常现象.讨论了电离势对平均离化度的影响. 关键词： 金等离子体 碰撞辐射模型 布居数 平均电离度     

O3+与H2碰撞中非解离电荷转移过程的全量子计算

应用全量子的分子轨道强耦合方法,研究了基态的O3 (2s22p 2P)与氢分子碰撞的非解离电荷转移过程,计算了不同方位角(25°,45°,89°),能量分别为100,500,1000和5000eV/u时的单电子俘获的振动分辨的态选择截面及相应的微分截面.分子轨道强耦合计算中采用了自旋耦合价带理论计算的三原子分子势能面和径向耦合矩阵元.对氢分子的自身转动,采用无限阶的冲量近似方法;对体系的电子运动同H2或H 2的振动之间的耦合,采用了振动冲量近似.结果发现,对不同的入射能量,振动态选择截面随振动量子数的分布发生了一定的改变;不同入射能量和不同方位角的振动态分辨的微分截面具有类似的结构,在极小的散射角附近出现一个最大值平台,然后散射截面随着散射角的增大而减小,并出现大量的震荡结构,其中第一个震荡结构对应的散射角位置随入射能量Ep以E-1/2p的标度规律变化;微分截面的结构和大小对H2方位角α的变化敏感,这种性质为H2取向的诊断提供了一种可能的途径.     

密度泛函理论计算内掺氢分子富勒烯H2@C60及其二聚体的几何结构和电子结构

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(generalized gradient approximation, 简称GGA),对内掺氢分子富勒烯H2@C60及其二聚体的几何结构和电子结构进行了计算研究.发现无论是在H2@C60单体,还是在其二聚体中,氢倾向以分子形式存在于碳笼中心处,且在室温下氢分子可以做自由旋转.电子结构分析表明,氢分子掺入到C60和C120中,仅对距离费米能级以下-8eV至-5eV能级处有一定的贡献,其他能级的分布和能隙几乎没有变化.     

高重复率铜蒸汽激光的充氢机制

通过数值求解时空自洽的铜蒸汽激光动力学方程，详细研究了铜激光的充氢机制．少量充氢提高激光功率的原因是：1）氢具有的大热导率使管壁温度升高，铜粒子数密度增加；2）充氢增加了电子与氢的动量输运碰撞，使放电电流减小．当电源功率一定时，闸流管的功率损耗减小，输入激光管的功率增大．此外，充氢过多（大于（1—2）%氖），通过电子碰撞激发氢分子振动能级，使电子温度和电子密度下降较大，电子没有足够的能量密度激励激光能级，导致激光功率下降 关键词：     

等离子体屏蔽对He2+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—400 keV/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10 keV/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70 keV/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%. 关键词： 重粒子碰撞电离 等离子体屏蔽效应 经典径迹Monte Carlo方法 Debye-Hückel模型     

O3+与H2碰撞中解离电子俘获过程的全量子计算

利用全量子的分子轨道强耦合方法,我们研究了基态的O3+(2s22p2P)与氢分子碰撞的解离电荷转移过程.分子轨道强耦合计算中采用了自旋耦合价带理论计算的三原子分子势能面和径向耦合矩阵元.对氢分子的自身转动,我们采用无限阶的冲量近似方法.在入射离子能量为0.1 eV/u到500 eV/u的能量区间,我们得到了非解离碰撞过程的振动态选择单电子俘获截面和解离碰撞过程的单电子俘获微分截面,发现解离碰撞截面大约占非解离过程的10%.这表明在实际的应用中,必须包含解离俘获过程的贡献.     

芳香族化合物的斯托克斯位移

在分子发光体系中,除具有能量很低的振动能级和容易被热激发电子占据的某些分子外,在大多数情况下,分子是处于基态的零振动能级。当分子吸收了某特定能量被激发到激发态的高振动能级之后,由于不断地与邻近分子碰撞,很快地把多余的振动能转移给邻近分子,最终到达最低的振动能级。因此在电子跃迁中,分子的荧光发射通常是在电子的最低激发态零振动能级与电子基态能级之间进行。     

不同能量的氦原子与同位素分子H2(D2,T2)碰撞分波截面的理论计算

用Tang-Toennies势模型和密耦近似方法计算了不同能量下惰性气体原子He与H2及其同位素D2,T2替代碰撞体系的振转激发碰撞截面.通过分析He-H2(D2,T2)各碰撞体系分波截面的差异,总结出在H2分子的对称同位素替代情形下He-H2(D2,T2)碰撞体系分波截面随量子数和体系约化质量变化的规律.结果表明,体系的约化质量及入射原子相对碰撞能量的变化均给体系的碰撞截面带来不同程度的影响.     

基于OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱的温度测量技术

本文基于OH自由基所固有的分子结构特征,通过分子光谱理论系统地分析和计算了OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱的谱线跃迁频率、能级分布以及爱因斯坦自发发射跃迁概率等重要参数.同时结合实际的光谱实验,分析了谱线的自然展宽、碰撞展宽、多普勒展宽以及仪器展宽等各种展宽因索对谱线线型的影响,从理论上计算了任意转动温度、振动温度以及谱线展宽条件下OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱的强度分布,并分析了光谱强度分布与转动温度、振动温度以及谱线展宽的关系,为OH自由基A2∑+→X2∏r电子带系发射光谱测温技术提供理论依据.在实验过程中通过理论计算光谱与实验光谱进行拟合,对氢气燃烧火焰的转动温度和振动温度进行了初步的实验研究.     

密度泛函理论计算内掺氢分子富勒烯H2＠C60及其二聚体的几何结构和电子结构

采用密度泛函理论中的广义梯度近似(generalized gradient approximation,简称GGA),对内掺氢分子富勒烯H₂＠C₆₀及其二聚体的几何结构和电子结构进行了计算研究.发现无论是在H₂＠C₆₀单体,还是在其二聚体中,氢倾向以分子形式存在于碳笼中心处,且在室温下氢分子可以做自由旋转.电子结构分析表明,氢分子掺入到C₆₀和C₁₂₀中,仅对距离费米能级以下-8eV至-5eV能级处有一定的贡献,其他能级的分布和能隙几乎没有变化. 关键词： 几何结构 电子结构 密度泛函     

Debye等离子体中高能H++H碰撞激发过程的研究

利用碰撞参数玻恩近似方法研究了Debye 等离子体环境中高能H⁺+H的碰撞激发过程, 研究了不同Debye 半径下氢原子1s → 2p 的激发耦合相互作用矩阵元、入射粒子能量为160 keV/u 的激发电子跃迁概率以及入射粒子能量范围为100–1000 keV/u 的碰撞激发截面. 结果表明: 随着屏蔽效应的增强, 激发截面减小. 根据激发截面的公式以及计算结果详细分析了引起激发截面减少的原因. 入射粒子与激发电子之间的屏蔽相互作用势和靶的电子结构(波函数和能级) 对激发截面都有很重要的影响. 关键词： 等离子体 碰撞参数玻恩近似方法 碰撞激发截面     

O3+与H2碰撞中非解离电荷转移过程的全量子计算

应用全量子的分子轨道强耦合方法,研究了基态的O³⁺(2s²2p ²P)与氢分子碰撞的非解离电荷转移过程,计算了不同方位角(25°,45°,89°),能量分别为100,500,1000和5000eV/u时的单电子俘获的振动分辨的态选择截面及相应的微分截面.分子轨道强耦合计算中采用了自旋耦合价带理论计算的三原子分子势能面和径向耦合矩阵元.对氢分子的自身转动,采用无限阶的冲量近似方法;对体系的电子运动同H₂或H^{+< 关键词： 非解离电荷转移过程 全量子的分子轨道强耦合方法 无限阶冲量近似 振动冲量近似国家自然科学基金(批准号：10604011 10574020)和国家高技术研究发展计划(863)惯性约束聚变领域资助的课题.}     

同位素分子对高次谐波产率的影响

利用含时波包加上傅里叶变换方法研究强激光场中不同同位素分子对高次谐波产率的影响。运用电子与核运动的相干量子力学方法得到了电离电子与正离子的碰撞几率。通过对三种同位素分子H2,D2和T2的碰撞几率分布的对比,发现在前三个光周期内电离电子会多次返回与正离子发生碰撞,但是对应不同同位素分子的碰撞几率的最大值都出现在第一个光周期中。在后两个光周期内三种分子的碰撞几率分布表明较重同位素分子T2对应的碰撞几率最大。通过对三种同位素分子电离率的计算发现同位素分子中较重分子的电离率较高,而电离率越大高次谐波产率越大。因此,在同等条件下,重同位素分子对应较高的高次谐波产率。