不同能量的氦原子与同位素分子H_2_D_2_T_2_碰撞分波截面的理论计算

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 3 沈光先1) 2) 　汪荣凯1) 　令狐荣锋1) 　杨向东2) ­ 1) (贵州师范大学理学院 ,贵阳　550001) 2) (四川大学原子与分子物理研究所 ,成都　610065) (2007 年 3 月 8 日收到 ;2007 年 5 月 11 日收到修改稿) 　　用 Tang2Toennies 势模型和密耦近似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 He2H2 (D2 ,T2 )各碰撞体系分波截面的差异 ,出在 H2 分子的对称同位素 替代情形下 He2H2 (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. 关键词 : 散射截面 , 密耦方法 , 同位素 PACC : 3440 , 3450 3 国家自然科学基金 (批准号 :10574096) ,高等学校博士点专项科研基金 (批准号 :20050610010) ,贵州省教育厅自然科学重点项目 (批准号 : 2005105) ,贵州省优秀科技教育人才省长基金 (批准号 :黔省专合字 (2006) 113 号) ,贵州师范大学青年教师科研基金 (批准号 :校科青 200421212)资助的课题.­ 通讯联系人. E2mail : shguangxian @ sohu. com 11引 言 原子与分子碰撞实验及理论研究是原子分子物 理十分重要的研究方向之一 ,而原子与分子间振动 和转动激发及非弹性碰撞则是碰撞问题研究中的一 个主攻方面 ,它的诸多研究成果在大气物理、气体激 光、凝聚态物理、等离子体物理等许多领域中有着十 分广泛的应用 ,对物理学基础理论的探索、实验技术 的革新及原子分子设计产生了极大的推进作用. 随 着研究的逐渐深入 ,原子与分子间振动和转动激发 及非弹性碰撞研究在大量实际问题 ,如原子分子碰 撞能量转移过程中气体激光、转动激发的共振荧光 过程 ,冲击波、声波、风洞流扩张快速压缩过程中的 弛豫现象、气象反应和输运性质 ,分子转动激发和化 学激光中的能量转移与辐射衰变 ,以及星际空间云 团冷却过程等科技领域扮演着越来越重要的角色. 随着交叉分子束实验技术的发展 ,人们已开始 通过散射实验来获得原子与分子特别是原子和双原 子分子间相互作用势的有关信息. 由于原子分子间 的相互作用势主要由核外电子的运动决定 ,只在很 小程度上依赖于原子核 ,所以同位素替代有可能提 供更多有价值的信息. 如通过对原子与氢分子及其 同位素碰撞计算的研究 ,可以了解它们的振动和转 动激发截面及其随能量变化的规律. 对大量有关原子与分子间振动和转动激发及非 弹性碰撞研究文献的检索表明 ,人们对惰性气体原 子与双原子分子之间的相互作用及碰撞十分关 注[1 —10 ] ,这是因为通过对原子分子碰撞振动和转动 激发的理论研究及散射截面的理论计算 ,可以得到 一些从实验中难以得到的数据. 本文采用 Tang2 Toennies 势模型[11 ] 和密耦近似方法[12 ,13 ] 对 He2H2 (D2 ,T2 )碰撞体系进行理论计算 ,探讨和总结在 H2 分子的对称同位素替代情形下 He2H2 (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. 21 理论计算方法 根据 Born2Oppenheimer 近似 ,原子 A 和双原子 第 57 卷 第 1 期 2008 年 1 月 100023290Π2008Π57 (01)Π0155205 物 　理 　学 　报ACTA PHYSICA SINICA Vol. 57 ,No. 1 ,January ,2008ν 2008 Chin. Phys. Soc. 分子 BC 碰撞体系的总波函数ψ( + )α ( R^ , r^) 满足的 SchrÊdinger 方程为 ( H - E)ψ( +)α ( R^ , r^) = 0 , (1) 式中 r^ 是双原子分子中两核之间的相对位置矢量 , R^ 是入射原子 A 相对靶分子 BC 质心的相对位置矢 量 ,如图 1 所示. E 是体系的总能量 , ( + ) 表示波函 数满足外向边界条件 , a 表示入射通道量子数的完 全集. 体系的 Hamiltonian 算符为 H = - Ü22μA , BC Δ2R- Ü22μBC Δ2r + V ( R , r ,cosθ) , (2) 其中μA , BC和μBC分别为总体系和双原子分子的约化 质量 ,cosθ= R^·r^. 图 1 　原子与双原子分子碰撞的几何图形 体系的总波函数可以写为 ψ( +)α ( R^ , r^) = 1KnαJαR ∑nrJ rlrJg J n r , J r , l r , n a , J a , M a ( R) ×