原子Na和离子Mg_1_的电子碰撞电离
第 13 卷 3 期 第 原 子 与 分 子 物 理 学 报 ?. 3 V o l. 13,
. , 19961996 年7 月CH IN E SE JOU RN A L O F A TOM IC A N D M OL ECU L A R PH YS IC S J u l
1+的 原子 和离子 N a M g
Ξ电 子 碰 撞 电 离
ΞΞ 钱兴中 荣垂庆 戴振文 潘守甫
130023 吉林大学原子与分子物理研究所 长春
摘要
1+ 用 矩阵方法, 在三态密耦近似下计算了原子 和离子 的电子碰撞电离截 - R N a N g
面, 并给出了不同过程的能量损失微分截面 dQ dE , 从结果我们看到明显的 R ydbe rg 系 ƒ
列共振, 并且当能量较低时总截面结果与实验符合得较好。
1+关键词: R - 矩阵方法 共振结构 电子碰撞电离 N a 和M g
1 引 言
近年来, 由于类钠离子在软 X - 射线激光, 高温等离子等高技术领域的应用前景而 引起人们极大的兴趣。尤其是电离截面和相应速率系数, 在分析激光动力学过程中是必不
〔1〕 可少的。另外, 电子碰撞电离过程中由于涉及到二个连续电子以及库仑相互作用的长程
〔2〕 性, 至今未找到普适的理论方法。1987 年 B uk e 提出了三区 R - 矩阵新理论, 从理论上给出了解决电子碰撞电离的新途径。但由于涉及到二个连续电子, 编程工作十分复杂, 尤 其是程序的收敛性很难解决, 故至今未取得实质性进展。现实可行的方法是用扭曲库仑波
描述碰撞电子, 用 R - 矩阵密耦波函数处理被电离电子与剩余离子的体系, 在库仑
〔3, 4, 5〕 一玻恩近似下处理电子碰撞电离。我们用 R - 矩阵方法已成功地处理了类锂离子及
〔5〕1+ 类铍离子, 本文介绍对原子N a 及类钠离子M g的计算结果。由于类钠离子电子壳层较多, 以及涉及到三个主要的电离过程, 计算量巨大。考虑到扭曲库仑 - 玻恩非交换近似
〔3, 4〕() () D CBN X 的结果与扭曲库仑 - 玻恩交换近似 D CBX 的结果较接近, 而扭曲库仑 -
() 玻恩近似 D CB 总给出太大结果, 故我们只在 D CBN X 近似下计算截面, 以求节省机时, 〔4, 5〕并给出较多能量点的截面。实际上在 D CBN X 近似下, 扭曲库仑 - 波函数描述快电子 ( ) 入射电子, 以及散射电子和被电离电子中较高能量的电子, R - 矩阵波函数处理靶初态
() 以及慢电子 散射电子和被电离电子中能量较低的电子和剩余离子构成的末态分波。第 二节给出计算过程, 第三节给出结果和讨论。
计算过程 2
〔4, 5〕 在 D CBN X 近似下的截面计算公式已在我们发表的论文中给出, 这里我们主要给1+ 出计算过程中的参量选择。对于原子 N a 和类钠离子M g的电子碰撞电离, 我们考虑下 列三个最重要的过程:
6 21+ 6 1()) () (1 e+ N a 2p 3sSe+ N a2p S + ef f s 1+ 5 3 () () e+ N a2p 3sP + e2 fs 1+ 5 1 ()() 3 e+ N a2p 3sP +ef s
其中 e是快电子, e是慢电子。在我们的计算中还考虑了 2s 电子的激发自电离。这里我们 f s 1+ 以原子N a 作说明, 对于类钠离子M g由于有相同电子结构, 其电离过程相同。在 R - 矩
〔8〕( ) 阵方法中, 束缚电子轨道用 C lem en t i 型参量描述。对基态 对应类氖离子上的束缚电
〔8〕子轨道采用 C lem en t i 和 R o e t t i 在对应类氖离子上给的值, 3s 电子轨道参量在对应类氖
5 3 〔7〕() 离子 2p 3sP 态上用 C IV 3 程序包优化得到。
( () 取 0 到 在我们的计算中, 快电子取 18 个分波 l0 和 l1 取 0 到 17, 末态分波取 9 个 L) 8, 对连续电子轨道基每个角动量取 15 个。在求能损失微分截面时, 小于 0. 035R yd 能量
() 范围 慢电子能量范围用相同快电子能量计算不可约张量径向积分。求出能量损失微分 截面 dQ dE 后, 拟合成光滑曲线求总截面 Q 。 ƒ
3 结果和讨论
〔9, 10, 11〕 图 1 给出我们计算的原子N a 的结果, 实验值及光学势方法的结果。从结果我们看到, 在能量较低时我们的结果与实验值符合得较好, 并且在我们考虑的能量范围, 我们 的结果比光学势方法的结果好, 这是因为光学热方法主要适用于高能情况。图 2 给出我们
1+ 〔12, 13〕计算的类钠离子M g的结果、实验值及 Sh rva stava 的结果。我们看到, 在能量较低 时, 我们的结果与实验值符合得较好, 在能量较高时我们的结果与 Sh r iva stava 结果的变
1+ 图 1 N a 原子的电子碰撞电离截面 图 2 离子M g的电子碰撞电离截面
曲线A : 现在的计算 曲线 B: Sh r iva stava 的计算曲线A : 现在的计算 曲线 B: 光学势的结果 〔13〕〔11〕〔10〕O : 实验值 O : 实验值?: 实验值
图 3 入射电子能量为 100eV , N a 原子的能量损失 图 4 入射电子能量为 100eV , N a 原子不同电离过程 微分截面 能量损失微分截面
图 3 和图 4 分别给出了原子 N a 入射电子能量为 100eV , 总的能量损失微分截面及不 同过程的能量损失微分截面。从图 3 可看到能量损失微分截面的总的变化规律, 并可看到 明显的 R ydb e rg 系列共振结构。从图 4 我们看到, 主要的截面贡献来自于 3s 电子的直接电
5 3 () ( ) 离, 但当 2p 3sP Ε′l′成开通道 能量损失大于 2. 8813R yd时, 其对截面的贡献十分明
5 1 1 () 显, 但 3p 3sP Ε" l" 通道对截面的贡献几乎可以忽略。从图中还可以看到, 首先由于组
6 3 3 () 态 2p Εl 与 2p 3sP Ε′l′的相互作用, 导致明显的 R ydb e rg 系列共振, 然后由于组态
3 3 5 1 () () 3sP Ε′l′与 2p 3sP ″l″的相互作用而导致第二组 R ydb e rg 系列共振。从不同过程 2p
能 量损失微分截面的变化规律趋势可知, 当能量损失增加时, 2p 电子直接电离过程对总
1+ 电离截面的贡献不断增加。对于类钠离子M g, 其能量损失微分截面的变化规律以及共振结构与原子 N a 的规律类似, 这里我们不作讨论。
参 考 文 献
() 朱颀人等, 吉林大学自然科学报, 特刊 1992423 1
() . , . . . . 410 19872892 B u rk e P G e t a lP rocRS ocL ondA
() . , . . : . . . 14 198137333 J ak ubow icz H e t a lJ P hy sB A tM olP hy s
() 4 钱兴中等, 计算物理, 11 1994375
钱兴中, 吉林大学博士学位论文, 1993 年 6 月 5
() . . : . . . 20 19873191. , B a r t sch a t K e t a lJ P hy sB A tM olP hy s 6
() . , . . 14 1974177C lem en t i E e t a lA tD a ta N u c lD a ta T ables 7
() 8 9 1975141 H ibbe r t A , C om p u t. P hy s. C om m u n.
9 () . , . . 137 19651058 M cfa r land R H e t a lP hy sR evA
() 10 . , . . . . 55 196876Zap e so ch ny i I P e t a lZ hE k spT eorF iz
11 () 周雅君, 博士学位论文 , 1993 年 11 月J ilin U n ive r sity
() 12 1 1968537 M a r t in S O e t a l. , J . P hy s. B : A t. M ol. P hy s.
13 () , . . : . . . 17 19844935 Sh r iva stava S K J P hy sB A tM olP hy s
Na EL ECTRO N IM PACT IO N ISA T IO N O F A TOM
1+A ND IO N M g
Q ian X in gzho n g R o n g C h u iq in g D a i Zh enw en P an Sho u fu I n s t itu te of A tom ic a n d M olecu la r P hy s ics, J il in U n iv e rs ity , C h a n g ch u n 130023
A B ST RA C T
1+ E lec t ro n im p ac t io n isa t io n c ro ss sec t io n s o f a tom N a an d io n M ga re C a lcu la ted b y
- , ƒu sin g R m a t r ix m e tho dan d th e en e rgy lo ss d iffe ren t ia l c ro ss sec t io n s dQ dE f rom
. th e d iffe ren t io n isa t io n p ro ce sse s a re ge tO u r ca lcu la ted re su lt s show th e re so n an ce
. st ru c tu re s o f R ydb e rg se r ie sO u r to ta l c ro ss sec t io n s a re in ag reem en t w ith th e exp e r i2
.m en ta l re su lt s a t low en e rg ie s
: - Key W ord sR m a t r ix m e tho d E lec t ro n im p ac t io n isa t io n
1+N a an d M g R e so n an ce st ru c tu re s