Полные и дифференциальные сечения ионизации при столкновении атома азота с однозарядным ионом натрия

Том 13 научных докладов, номер статьи: 14080 (2023) Цитировать эту статью

78 Доступов

Подробности о метриках

Представлено теоретическое исследование ионизации атома азота однозарядным ионом натрия с использованием классического траекторного метода Монте-Карло. Хотя мы страдаем от нехватки данных о сечениях этой системы столкновений, знание основных сечений важно в науке о термоядерном синтезе, поскольку эта реакция имеет потенциальное применение в диагностике термоядерной плазмы с магнитным удержанием. В наших исследованиях система столкновений Na+–N сведена к задаче трех тел. Взаимодействие между партнерами столкновения описывается потенциалом модели типа Гарви. Результаты нашего исследования дают представление о динамике однозарядных взаимодействий натрий–азот. Полные сечения представлены в диапазоне энергий удара от 10 кэВ до 10 МэВ и сопоставлены с имеющимися экспериментальными данными. Представлены одинарные и двойные дифференциальные сечения при энергиях 30, 40, 50 и 60 кэВ, связанных с энергиями плазменной диагностики, используемой при ядерном синтезе.

Ионизация — одно из явлений, имеющих огромную роль в радиационной физике и при изучении структуры атомов и молекул1. Более того, это также имеет важное значение при изучении термоядерной плазмы. В термоядерной плазме токамака распределение и концентрация возбужденных примесных ионов оказывают большое влияние на профили границ плазмы. Для измерения параметров плазмы (т.е. температуры, концентрации и плотности примесей), а также турбулентности плазмы2, для высокого пространственно-временного разрешения используется метод диагностики, требующий введения пучка быстрых нейтральных атомов в краевую плазму. Многие атомы, такие как гелий, литий и азот, использовались в качестве нейтральных диагностических лучей2,3,4,5,6. Кроме того, в токамак-реакторах процесс подачи азота используется для охлаждения краевой плазмы7. Эмиссионная линия генерируется при столкновении нейтрального атомного пучка с составляющими частицами плазмы. Эмиссионные линии обеспечивают лучшее понимание краевых профилей плазмы. Точные методы диагностики основаны на знании высокоточных сечений столкновительных систем в краевой плазме.

Для диагностических целей гелий был первым выбором для использования в качестве диагностического луча. Многие теоретические модели использовались для изучения процессов ионизации в столкновительных системах с участием гелия. Однако, сравнивая теоретические и экспериментальные данные двойного дифференциального сечения (ДДСК), мы обнаруживаем между ними существенное расхождение. При изучении зависимости DDCS от углового распределения электронов, вылетающих из атома гелия, Мэдисон8 и Мэнсон и др9 использовали потенциал Хартри-Фока для получения волновых функций связанных и континуальных электронов для расчета дифференциального сечения в борновском приближении плоских волн для протонов. и электронные снаряды соответственно. Их результаты имели хорошее согласие с экспериментальными данными при высоких энергиях удара. Приближение континуальной искаженной волны-эйконального начального состояния (CDW-EIS) использовалось Файнштейном и др.10 для изучения дифференциального сечения взаимодействия между атомом гелия и голыми снарядами. CDW-EIS является упрощением метода CDW11, в то время как метод CDW использует полную электронную кулоновскую волновую функцию, метод CDW-EIS использует асимптотическое поведение упомянутой волновой функции (т.е. логарифмическую кулоновскую фазу)12. Результаты Файнштейна и др.10 имели небольшое расхождение с экспериментальными данными при определенных углах выброса. Метод трехчастичного борновского приближения искаженных волн (3DWBA), который использовался для изучения ионизации гелия электронами низкой энергии в копланарной геометрии, был предложен Джонсом и Мэдисоном13. 3DWBA учитывает взаимодействие между падающим и вылетевшим электроном, это включение привело к высокому согласию с экспериментальными данными. С другой стороны, Джонс и др.14 использовали волновые функции, введенные Альтом, Мухамеджановым15 и Беракдаром16 в 3DWBA, и результаты расчетов показывают меньшее согласие с экспериментальными данными.