高空核爆炸X射线电离的时空分布数值模拟

利用数值模拟程序模拟了高空核爆炸辐射的X射线对不同高度大气的电离及演化过程,给出了电子的时空分布曲线．结果表明：在80km爆高1kt小当量高空核爆炸情况下,电子数密度随高度只出现一个极大值,而在80kin以上爆高情况下,电子数密度出现两个极大值,一个位于爆点附近,另一个位于90km高度附近,在这个高度电离的影响范围最大;高空核爆炸辐射的X射线在70km高度附近截止,对70km以下高度没有电离影响;随着辐射角度的增加,电子数密度出现第二个极大值的高度有所上升,X射线截止高度也有所上升．     

高空核爆炸下大气的X射线电离及演化过程数值模拟

利用数值模拟程序模拟了不同高度核爆炸下大气的X射线电离及演化过程.结果表明: X射线电离产生的电子数密度在射线到达后约100 ns时刻达到峰值, 峰值数密度随着到裸核区距离的增加而减小;电子具有较长的寿命, 电子寿命随着到裸核区距离的增加而增大; X射线电离空气产生正离子O⁺, O₂⁺, N₂⁺,爆高为120 km情况下 O⁺的峰值数密度与O₂⁺的相近,能维持约1 s. X射线对空气的电离影响范围在数十千米以内,在距裸核区较近的区域, 爆高为80 km时产生的电子峰值数密度比爆高为120 km时的电子峰值数密度高, 在距裸核区较远的区域则相反.     

高空核爆炸瞬发辐射电离效应的数值模拟

采用蒙特卡罗方法模拟了高空核爆炸瞬发辐射中子、γ射线、X射线电离大气的过程,给出了几种爆炸场景下瞬发辐射产生的附加电离电子密度空间分布.针对大气密度随高度非均匀连续变化的特性,采用质量距离抽样方法取代常用的步长抽样方法,无需根据大气密度随高度的变化进行分层处理,提高了计算效率.结果表明:对于不同的爆高,瞬发辐射电离分布存在显著的差异;随着爆高的增加,瞬发辐射附加电离区范围增大,但电子密度的峰值减小. 关键词： 高空核爆炸 瞬发辐射 大气电离 蒙特卡罗方法     

空中核爆炸电离效应的数值模拟

根据电离平衡方程组和射线在大气中的能量沉积方程，在完善中性大气层模型基础上，通过数值模拟方法得到了空间核爆炸电离效应的时空分布.数值分析结果表明：低空核爆炸产生的自由电子的密度最大值要高于高空核爆炸；对于瞬发核辐射的影响，低空核爆炸和高空核爆炸有着显著的差异；而缓发核辐射的持续时间、影响范围，高空核爆炸情况要大于低空核爆炸. 关键词： 核爆炸 低空 高空 电离效应     

高空核爆炸形成人工辐射带的数值模拟

基于Stmer关于带电粒子在地球磁场中运动的理论模型,分析得出高能电子在地球周围的运动区域.结合高空核爆形成放射性烟云的经验模型,推断高空核爆在地球周围形成人工辐射带的基本区域.进而利用高空核爆裂变特性和辐射带中高能粒子的分布特性,计算得到高空核爆形成人工辐射带的电子密度通量,并对高空核爆激发的人工辐射带特征与核爆炸的爆点纬度、高度及当量之间的关系作了初步的定量分析.数值模拟结果表明,在一定的条件下,0.1—1Mt TNT当量的高空核爆,预计在地球周围可形成电子通量密度比自然辐射带高3—4个量级的人工辐射带.形成的人工辐射带中心位置主要受核爆爆点地磁纬度的影响,核爆的爆高和核爆的当量则对人工辐射带的厚度及其中高能电子的通量密度有一定的影响. 关键词： 高空核爆 人工辐射带 高能电子通量 爆炸当量     

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     

裸核离子与中性原子碰撞电离过程的理论研究

基于处理裸核离子与中性原子碰撞电离过程的OBKN和ECPSSR理论模型,系统计算了不同裸核离子与中性原子碰撞K壳层电子俘获截面和直接电离截面,并与其它文献已有的理论和实验结果进行了比较.研究结果表明：碰撞能量较低时,电子俘获截面大于直接电离截面,随着碰撞能量的增加,电子俘获截面和直接电离截面均是先增大后减小且直接电离截面减小地非常缓慢,高能时,直接电离截面大于电子俘获截面.当入射炮弹离子速度接近0.67倍靶原子K壳层电子速度时,电子俘获截面达到最大值,而当入射炮弹离子速度接近靶原子K壳层电子速度时,直接电离截面达到最大值.     

裸核离子与中性原子碰撞电离过程的理论研究

基于处理裸核离子与中性原子碰撞电离过程的OBKN和ECPSSR理论模型,系统计算了不同裸核离子与中性原子碰撞K壳层电子俘获截面和直接电离截面,并与其它文献已有的理论和实验结果进行了比较.研究结果表明:碰撞能量较低时,电子俘获截面大于直接电离截面,随着碰撞能量的增加,电子俘获截面和直接电离截面均是先增大后减小且直接电离截面减小地非常缓慢,高能时,直接电离截面大于电子俘获截面.当入射炮弹离子速度接近0.67倍靶原子K壳层电子速度时,电子俘获截面达到最大值,而当入射炮弹离子速度接近靶原子K壳层电子速度时,直接电离截面达到最大值.     

高空核爆炸能量在大气层中的沉积规律

建立了高空核爆炸X射线辐射能和碎片动能在大气层中沉积的计算模型,利用该模型模拟了美国和苏联的4次大威力高空核爆炸试验(Checkmate, Starfish, K3, K4)的能量沉积情况,分析了碎片动能在海拔100—200 km的沉积规律.计算结果表明,与X射线沉积区相比,碎片动能沉积区范围较小,能量密度较大;碎片动能沉积在较短时间内(约0.5 s)完成,在爆心附近和海拔115 km附近存在两个吸收峰;动能沉积区在水平截面大体上为椭圆形,爆炸纬度越高,椭圆偏心率越小,水平截面积随海拔高度的增加而增大,随爆高的增大而减小;距爆点较远、远离磁泡时,动能沉积峰值点在穿过爆心的地磁场磁力线附近;距爆点较近、磁泡内部的动能沉积峰值点在爆心投影点附近.     

释气对介质沿面闪络击穿影响的粒子模拟

为研究释气下的高功率微波介质沿面闪络击穿物理机制,首先建立了理论模型,包括:动力学方程、粒子模拟算法、次级电子发射、蒙特卡罗碰撞模型以及碰撞退吸附气体分子模型;其次,基于理论模型,编制了1D3V PIC-MCC程序,分别研究了弱退吸附、强退吸附以及释气分子运动速率对沿面闪络击穿的影响.研究结果表明:介质沿面闪络击穿本质是沉积功率的持续增加.弱退吸附下,次级电子倍增占优,随着退吸附系数的增加,碰撞电离效应对次级电子倍增有促进作用,主要表现为介质窗表面静电场、表面碰撞电子平均能量以及表面碰撞电子数目的增加,此处的表面碰撞电子主要是次级电子倍增形成的;释气分子运动速率高导致介质面附近气压下降,不利于次级电子与气体分子间碰撞电离过程形成.强退吸附下,气体碰撞电离效应占优,随着退吸附系数的增加,离子数增加速度表现为电离频率增加的指数增长形式,碰撞电离效应对次级电子倍增有抑制作用,主要表现为介质窗表面静电场为负、表面碰撞电子平均能量的降低,但是表面碰撞电子数目却得以增加,此处的表面碰撞电子主要是贴近介质面的气体碰撞电离形成的;释气分子运动速率高导致气体厚度增加,扩大了气体碰撞电离作用区域,有利于气体碰撞电离.     

Isotope-selective ionization utilizing molecular alignment and non-resonant multiphoton ionization

We demonstrate laser nitrogen isotope separation, which is based on field-free alignment and angular-dependent ionization of ¹⁴N₂ and ¹⁵N₂ isotopologues. A linearly polarized short laser pulse (???~?795?nm, ?????~?60?fs) creates rotational wave packets in the isotopologues, which periodically revive with different revival times as a result of different moments of inertia. Another linearly polarized short laser pulse (???~?795?nm, ?????~?60?fs) ionizes one of the isotopologues selectively as a result of their different angular distributions. In the present experiments, the ion yield ratio R [=I(¹⁵N₂ ⁺)/I(¹⁴N₂ ⁺)] can be changed in the range from 0.85 to 1.22, depending on the time delay between the two laser pulses.     

Phase-dependent excitation and ionization in the multiphoton ionization regime

We theoretically study the dependence of atomic excitation and ionization on the carrier envelope phase of few-cycle laser pulses in the multiphoton ionization regime. Our theoretical results for the hydrogen atom based on the solution of the 3D time-dependent Schr?dinger equation show that the strong phase dependence can be seen in not only total ionization, but also bound-state population under the weak laser intensity regime.     

Photoelectron angular distributions from two-photon ionization of atoms near ionization threshold

Photoelectron angular distributions(PADs) from two-photon ionization of atoms in linearly polarized strong laser fields are obtained in accordance with the nonperturbative quantum scattering theory.We also study the influence of laser wavelength on PADs.For two-photon ionization very close to the ionization threshold,most of the ionized electrons are vertically ejected to the laser polarization.PADs from twophoton ionization of atoms are determined by the second order generalized phased Bessel function at which the ponderomotive parameter plays a key role.In terms of dependence of PADs on laser wavelength,corresponding variations for the ponderomotive parameter are demonstrated.     

Electron-impact ionization and dissociative ionization of sulfur in the gas phase

We describe the methods and the results of investigation of the yield of positive ions formed as a result of electron-impact ionization of sulfur. The ionization energy for the basic molecule and the energies corresponding to the emergence of fragment ions are obtained from the ionization efficiency curves. The dynamics of formation of molecular sulfur ions in the temperature range 320–700 K is investigated. The energy dependences of efficiency S _n of the ion formation for n = 1–6 are analyzed, and their appearance energies are determined. The total cross section of sulfur ionization by a monochromatic electron beam is also investigated. Using the linear approximation method, we marked out features on the ionization function curve, which correspond to the ionization and excitation energies for multiply charged ions. The total cross section of the formation of negative sulfur ions is measured in the energy range 0–9 eV.     

钡准分子共振电离光谱及离化机制研究

本文报道用激光共振电离法获得一个新的钡准分子结构.在染料激光波长扫描范围内观察到钡原子双光子共振跃迁、双光子混合跃迁和钡准分子谱带.我们提出一种用热离子二极管信号特性分析原子和分子里德伯态的离化机制的方法,并以此对钡原子和钡分子的离化通道进行讨论.     

Electron impact ionization. The probability of occupying states after ionization

The probability function of occupying states with a definite energy in the conduction band after collision in the process of electron impact ionization is calculated. The valence band is assumed of finite width. Several cases of the primary energy and the effective mass in the valence band are examined.

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This work was begun at the Institute of Technical Physics of the Czechoslovak Academy of Sciences in Prague. The author wishes to thank the Director of that Institute for the possibility of working there and especially Dr E. Antoník for suggesting the problem and for helpful discussions.     

Field ionization of ozone

Experimental results on the field ionization of ozone at an iridium surface using a magnetic sector atom-probe FIM show that at the lowest field of ~1.5 V/Å only 25% of all ions produced are O⁺₃, while O⁺₂ and a small percentage of O⁺ indicate field induced dissociation of ozone and recombination of atomic oxygen into O₂. At high fields and free space ionization, O⁺₂ is predominant, while the atomic oxygen as a dissociation product escapes without being ionized and cannot be detected. Using pure oxygen as an imaging gas in the FIM, O⁺₂ ions do not dissociate under the same conditions.