电子与分子碰撞过程的动量空间多通道光学势方法研究

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当前分子物理学的根本任务是了解电子与核在分子场中的联合运动等问题。这些运动的动力学过程是光谱学,物理变化以及分子体系化学反应过程的基础。研究这些动力学过程的方法之一就是对电子与分子的碰撞过程的研究。电子—分子碰撞过程的研究对于人们认识分子结构以及分子中电子的运动和关联效应有着非常重要的作用。过去几十年,许多的理论和实验工作者对这一问题进行了深入的研究,其中被广泛使用的理论方法有R矩阵方法,Schwinger变分法等。这些方法在低能和高能区域都取得了很好的结果。但是,由于缺少考虑连续通道极化作用影响,这些方法应用在中等能量范围时存在局限性。在九十年代中期,McCarthy与Rossi发展了动量空间光学势方法。该方法应用Feshbach投影算符将靶态空间分为P和Q两个子空间,其中P空间包含靶的基态,Q空间包含靶的剩余分立态和连续态。在P空间中求解Lippmann-Schwinger方程,Q空间的影响包含在复的等价局域的光学势中。但这种方法是一个单通道的方法,没有具体包含通道耦合的效应。本论文的工作改进了单通道的动量空间光学势理论方法,发展了一个包含通道耦合效应的分子动量空间多通道光学势方法。在原有理论方法的基础上考虑通道耦合效应的影响,并应用该方法研究了电子分子碰撞激发过程。我们选取了电子—一氧化碳分子和电子—氢分子两个系统进行研究。  作为对单通道的动量空间光学势方法的检验,本论文应用该方法处理了低能电子碰撞一氧化碳分子的弹性散射问题。论文中首次使用单通道动量空间光学势方法计算了电子与具有弱极性的分子碰撞的弹性散射截面。在向前散射区域讨论了目前采用的转动平均的微分截面与转动求和的微分截面的差别。转动平均的微分截面要小于其它转动求和的截面。在2eV时转动平均的结果与实验符合得比其它理论结果更好,而在其它入射能量下,向前散射区域的部分角度的截面低于实验测量的结果。  本论文发展了多通道耦合的分子动量空间多通道光学势方法对电子—分子碰撞的弹性散射和碰撞激发过程进行了研究。在动量空间的光学势方法的基础上考虑了通道间的耦合,并且改进的方法可以用于处理电子分子碰撞的激发过程。本论文计算了电子与氢分子碰撞的弹性微分散射截面和第一激发态的激发微分散射截面。加入的通道耦合作用的影响对大角度散射的弹性微分散射截面起到了明显的改进。并将改进的方法用于处理电子分子碰撞的激发过程,获得了较好的激发散射截面。虽然在计算中考虑了连续通道的极化影响,在激发过程中向前散射的微分截面与实验符合得很好,但在大角度散射区域各种理论结果及实验数据间依然存在差别,我们相信考虑更多分立通道的耦合会得到更好的计算结果。  电子碰撞分子的电离过程在原子分子碰撞领域中具有重要学术价值和应用前景。对分子多中心问题的处理在理论上具有挑战性。三重微分截面可以给出电子与分子碰撞单电离过程最详细的信息。文中采用两步电离的物理模型,第一步是电子与分子的弹性碰撞,第二步是单电离碰撞。论文中通过使用分子动量空间多通道光学势方法得到的散射矩阵元计算分子的畸变波波函数,再应用分子畸变波玻恩近似方法计算共面非对称条件下电子分子(e,2e)反应的三重微分截面。计算结果与现有的实验和理论方法进行了对比研究,并通过对比之前的分子畸变波玻恩近似计算结果研究了多通道效应对于电子碰撞分子单电离过程的影响,即通道耦合的作用使得对撞峰的峰值增大。
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