Реакции перезарядки в столкновениях с участием полярных молекул

• Автор: Буслов, Евгений Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 87 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Обзор развития аналитических методов в теории перезарядки
1.1. Роль реакций перезарядки в физических явлениях
1.2. Необходимость аналитических подходов в описании перезарядки
1.3. Метод Фирсова—Ландау—Херринга и его приложения к расчетам атомных реакций перезарядки
1.4. Приложения метода Фирсова—Ландау—Херринга к молекулярным реакциям перезарядки
1.5. Современные исследования молекулярных реакций перезарядки
Глава 2. Перезарядка полярной молекулы на собственном катионе
2.1. Асимптотика волновой функции электрона в поле молекулярного остова
2.2. Потенциал обменного взаимодействия
2.3. Резонансная перезарядка
2.4. Квазирезонансная перезарядка при геометрическом дефекте резонанса
Глава 3. Роль вращательных состояний при перезарядке дипольно-связанного аниона на полярной молекуле
3.1. Асимптотика волновой функции электрона в поле остова ДСА
3.2. Потенциал обменного взаимодействия
3.3. Резонансная перезарядка
3.4. Роль вращательных переходов

Глава 4. Образование дипольно-связанных анионов при столкновении нейтральных молекул с ридберговскими атомами
4.1. Общие формулы для вероятности образования отрицательного
иона
4.2. Квазинепрерывная модель распада отрицательного иона
4.3. Модель Ландау—Зинера образования отрицательных ионов
4.4. Сечение реакции образования отрицательных ионов
4.5. Анализ зависимости сечения от параметров задачи
4.6. Численные результаты для реакции образования ДСА
Заключение
Приложение А. Оценка вероятности ]¥ в сечении образования отрицательных ионов
Литература
Введение
Актуальность темы диссертации. Реакция перезарядки состоит в переносе заряда с одной частицы (атома, иона или молекулы) на другую в процессе их столкновения. Перезарядка играет важную роль в явлениях астрофизики, физики плазмы, химии. Реакции перезарядки характеризуются большими эффективными сечениями, поэтому в их описании основную роль играют большие, по сравнению с характерным размером частиц а, межатомные расстояния R. Динамика реакций перезарядки определяется потенциалом обменного взаимодействия сталкивающихся частиц, который фактически представляет собой интеграл перекрытия волновых функций электрона, локализованного на разных частицах. Ab initio расчеты потенциала обменного взаимодействия в области больших межатомных расстояний, важных для перезарядки, сопряжены со значительными вычислительными трудностями, поскольку соответствующий интеграл перекрытия оказывается экспоненциально малым.
С другой стороны, определяющая роль больших межатомных расстояний позволяет ввести в задаче перезарядки параметр малости a/R «с 1, по которому можно строить асимптотические разложения. Такой метод вычисления одноэлектронного потенциала обменного взаимодействия был развит в работах Фирсова [1], Ландау [2] и Херринга (Herring) [3]. В течение последних десятилетий метод Фирсова—Ландау—Херринга нашел широкое приложение в описании одно- и двух- электронных обменных взаимодействий в ион-атом-ных и атом-атомных системах [4]. Однако применение аналитических методов для расчета перезарядки полярных молекул разработано в гораздо меньшей степени. Между тем, такие реакции представляют значительный интерес.
Во-первых, в них можно ожидать проявления ориентационных эффектов, связанных с угловой зависимостью дипольного потенциала, в котором движется внешний электрон молекулы. Такие эффекты отсутствуют в атомных

рьер между остовами. В общем случае это означает, что (2.32) справедливо при 7 » 1. Для применимости (2.32) к вычислению сечения резонансной перезарядки можно получить более конкретное условие. Из (2.28), (2.29) следует оценка Л0(£>) на границе области резонансной перезарядки Ь = Я о: До(/?о) ~ V л/кЩо ~ г л[Ё! л[кЩ, где Е — энергия связи внешнего электрона в молекуле. Оценивая молекулярный момент инерции I ~ рш2, где рг — масса, а — характерный размер молекулярного остова, перепишем условие сого, » шг, достаточное для применимости формулы (2.32) в случае резонансной перезарядки, в виде:
» л/Е№-=, (2.33)
укИ о
где Его, ~ 72// — вращательная энергия остова, Ек ~ Му2 — кинетическая энергия поступательного движения остовов. Учитывая, что кК(> » 1, а ~ 1, перепишем (2.33) как
Его, ~ ЕкЕ. (2.34)
Из (2.34) следует, что при /л ~ 10 а.е.м., Е ~ 1, V ~ 10~3, вращательное число 7 ~ 10. Кроме того, условие (2.34) означает, что выражение (2.32) применимо
для описания резонансной перезарядки в среде в состоянии термодинамиче-
ского равновесия.
Усредненный по вращательному состоянию остовов потенциал обменного взаимодействия (2.32), как и неусредненный потенциал (2.26), зависят от ориентации остовов относительно межмолекулярной оси. При фиксированных квантовых числах 71д,К эта ориентация задается проекциями М,М2 моментов остовов на межмолекулярную ось. В соответствии с (2.28), (2.29), сечение обменного взаимодействия также должно зависеть от проекций М), М2. Очевидно, что наиболее сильно такая ориентационная зависимость должна проявляться при К] - 7Ь К2 = 72. На Рис. 2.2 приведены результаты расчетов сечения резонансной перезарядки с параметрами потенциала остова N и Е,