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1、 氢原子被多种带电离子作用的电离截面的穿过障碍的修正模型摘要：氢原子与 H+, He2+, Li2,3+, C2,3,4,5,6+, N2,3,4,5+, O2,3,4,5,6+, 以及Ar3,4,5,6+离子在相撞中的的碰撞电离已经被由低到中的速率的修正模型研究过。和经典的 Monte Carlo (CTMC)轨迹法与 the unitarized-distorted-wave 近似法 的结果相比，这个模型令人满意的与一个在中等冲击速率下的试验获得的速率 对电离截面的依赖相吻合。 介绍：在基础的原子物理中，被很多带电离子作用的氢原子的离子化具有很大的兴 趣，在天体物理学与可控的热核反应的应用
2、中提供重要的信息。通过电子交换 或者碰撞电离，很小比例的高能带电杂质如 C, N, O 在高能等离子体中会导致 注入的 H or 或者 D 原子的电子损失。在过去的几十年里，关于一个被剥夺了的离子与氢原子的碰撞的延伸的理 论工作引起了很大的注意力。许多已经做过的关于离子化的量子力学计算包含 大量的在高冲击强度下的 Born 近似法的版本。作为 Born 近似法的延伸，The Glauber 近似法已经被应用到临近电离截面最高点的中等速率区域。作为一个关于快速 碰撞的广为接受的常用方法，the distorted-wave Born 近似法 (DWBA)适用于激 发和离子化的处理。更远一点，被C
3、rothers and McCann创作的 thecontinuum distorted- waveeikonal -initial-state近似法，通过靶和弹射来处理离子化过程， 考虑了连续统一体的波形功能的失真，另一方面，当弹射速率与处于它最初的 束缚态中的典型的电子环绕速率相比，近距离接近的方法已经被介绍，并且， 它的精确性的限制取决于基础的系列中。然而，在中等的能量下，当前的量子 理论不能很好的描述原子碰撞过程中的离子化和电子俘获，另外经典的与半经 典的无弹性的原子碰撞的描述已经被用作其他的理论方法，经典的Monte Carlo(CTMC)轨迹法是研究许多电子在一个中等能量下转变的主
4、要方法。首先 被Abrines and Percival介绍后，被Olson and Salop应用，最后被Olson和他的合作 者在出版物中应用。由Born and Lindhard创作的穿透障碍的模型并且它的被 Briggs审议所得到的修正已经被介绍到处理中低速率的电荷交换中，最近，一 个被Sattin创作的更精确的穿透障碍物的模型已经被应用到研究氢原子的单一电 子的俘获。与现在的静电穿透模型相比较，这个模型创造出速率依赖的单一电 子转变适用于任何的H原子弹射碰撞系统，不行的是，这个模型不能像处理单 一电子俘获一样处理单一电子离子化，这儿我们将修正这个模型并且分析地演 绎计算过程来研究多种
5、带电离子与氢原子碰撞的单一电子离子化。在第二部分中，修改过的穿透障碍模型与离子化概率被得到，第三部分包 括当前的结果与过去的结果，实验与理论的结果的比较。最后在第四部分中是 这个工作的总结。理论： 理论模型，考虑到靶核与弹射的的库伦场的叠加而形成的潜在的库伦障碍，这 个有一个马鞍状的结构沿着原子核中心的轴线，这个最大值取决于目标核的距 离，Zt是靶的有效电荷，Zp是弹射的电荷形式，R是中心距。在 一维中，绕核运动的电子在 处有一个转折点。这里En是靶电子的结合能， 当转折点与鞍点相同时并且在弹射与靶之间的等势曲线的开始产生一个从一个 核到另一个核的电子泄出物，我们估计电子可以克服结合能并且可以
6、从靶中逃 逸到弹射中，因此释放的距离满足 ，在born-lindards穿透模型中， 他们介绍了俘获距离Rc,当Rc Rr时，释放的电子在低速中会被俘获。俘获距 离满足 ，这个v是碰撞速度，在过去的模型中，我们认为库伦场偏差是可以忽略的，因此这个弹射沿着 一个直线轨迹，带着碰撞参量与碰撞速率。当Rc Rr，在相对高的速度下，只 有在Rc范围内的电子可以被俘获，处于Rc 与Rr之间的被释放的电子可以被电 离或者返回靶核。因此，一个处于离子化的准则就介绍了。让我们考虑在马鞍点中，一个电子从靶核中逃逸出了。一个准分子的离 子化的能量差异大于靶核的结合能的将被离子化，离子化的距离Ri通过 给出。 22
7、 截面的评估一个碰撞的泄露概率随时间的变化率通过带碰撞参数的等式给出， 泄露概率是b为碰撞参数，积分限ti and tf是电子从靶核中逃逸时的极限值，电子泄露概率为，出现在等式中。（4）（5）被穿过处于弹射与靶核间的等势 曲线的开始部分的经典的电子轨迹的泄露来描述，N表示为我们通过整合等式（7）获得一个分析地结果，通过给出 一个点俘获的可能性通过 给出 一个电子离子化的可能性通过 给出积分限 是俘获与离子化可以发生时的极限值。当弹射接近时， Sattin认为靶电子的轨道周期像他的结合能一样是变化的，因 此轨道周期是n是靶电子的主量子数，需要强调的关键的是在等式（12）中Rr 取代 R不同于 参
8、考(16)中的东西，目的是简化计算过程，获得分析结果，带有R的轨道周期T 是时间的函数，它导致等式（10）（11）的积分不能分析地计算，另一方面， 当弹射体靠近时，弹射体核的库仑场的强烈的扰动导致包含结合能与完全能的 靶电子的总能量错误，一旦原子核中心距足够小，一个短暂的准分子形成并且 沿着分子轨道旋转，因此通过（12）给出的轨道计算公式是无效的，按照碰撞 参量的方法，直接的单一电离截面是3 结果与讨论，通过目前的模型与理论结果计算的关于电离截面的结果在图表中出现，1-6带 有实验数据，在表1中，H+, Li1+与氢原子碰撞的单一电离面被呈现出来，当碰撞速度大于 1 时，理论结果与由 Fite
9、 17, Park 18 and Shah 19,20得到的实验数 据吻合，而目前的模型的结果比由 Glauber 近似法与 born 近似法得到的关于关 于小于 1 的碰撞速率的结果减小的更快。 对于由 shah 获得的 H 与 He2+, Li2+, C2+, N2+, O2+的碰撞，作为碰撞速率 的函数的单一电离截面在表 2 中呈现，对于所有的碰撞系统，目前的模型的结 果定量的与实验数据一致，对于 He2+弹射体的由 Olson 获得的 CTMC 法的计 算结果与实验数据不一致，其中，电离截面的 最高点相当于碰撞速率的 2.5.在表 3 中，展示了由 Shah 2022.获得的 H 与
10、Li3+, C3+, N3+, O3+, Ar3 +碰撞的单一电离截面，目前模型的理论结果与 UDWA method obtained Ryufuku 25的计算结果很好的一致。与此相反，the CTMC method obtained by Olson 24 的计算结果低估了碰撞速率小于 2 的实验数据。在表 4 中，H 与C4+, N4+, O4+, Ar4+碰撞的单一电离截面被呈现21,22.由于碰撞速率减小，理论与实际误差在 上升，当碰撞速率大于 2.5 时，对于 B4+ and C4+弹射体的目前的模型与 CTMC 法得到的计算结果接近于实验数据。在表 5 中，对于 H 与 C5+,
11、 N5+, O5+, Ar5 碰撞的单一离子化，这种模型 的理论结果与实验数据在很高的碰撞速率下相一致，但是这种模型与 CTMC 法 得到的理论结果低估了 UDWA 法算得的与实验结果相一致的较低速率下的实 验数据。 在表 6 中，对于 H 与 C6+, O6+, Ar6+碰撞的单一电离截面被呈现出来，由 这种模型与 UDWA 法得到的结果与在较高碰撞速率下的相一致，由于 1.5 这个 因素，高估了实验数据。由 CTMC 法得到的实验结果如此至少以至于很难演绎 横截面对抗碰撞速率的趋势。如上所示，这个模型低估了在较低碰撞速率下的电离截面，这个可以归因 于碰撞速率对俘获距离的依赖。俘获距离与 v
12、-2 成正比，以至于离子化概率随 碰撞速率的升高而快速升高。另外，由目前模型获得的理论曲线的最高点出现 在比试验数据稍低的碰撞速率上，由 CTMC method obtained by Olson 得到的与 横截面的最高点附近相一致的计算结果在实验数据与其他的理论结果中有很大 的差异。结论总之，对于多种弹射体碰撞，目前的模型是描述 H 单一离子化的主要特征的 最简计算方案之一，我们按照分析方式获得了结果，并且需要相当简单的数学 计算。目前的模型为获得特殊情况的高级物理层面的理解和分析估计提供了一 个交换方法。在与实验数据以及其他的理论相对比时，这个模型对于在中低速 的区域内的多种带电离子与 H 的碰撞是可靠的。
