Введение к работе
\ктуальность темы исследования
В последние годы достигнут значительный прогресс в теоретических рас-іетах статических характеристик атомов и молекул, таких как энергии различ-шх квантовых состояний и вероятности переходов в изолированных атомных шстицах. Этот прогресс обусловлен развитием совремеїшой вычислительной техники. Однако ситуация резко меняется при переходе к описанию системы ітомньїх частиц, развивающейся во времени, даже такой простейшей системы с >дним электроном, как Н* - Н. Наиболее существенная концептуальная труд-гость теоретического рассмотрения связана с сильной зависимостью характери-тик процесса столкновения от времени, которая усугубляется тем, что началь-іьіе условия задаются при t = -се, в то время как решения необходимо получить гри t = +со. В результате прямое численное решение такой, например, задачи, :ак ионизация при столкновениях протонов с одноэлектронными атомами, ока-ывается недоступным даже для современной вычислительной техники. Аль-ернативным способом решения подобных задач является разложение полной олновой функции по некоторому базису. Но и в этом случае возникают значи-ельные трудности. Обычно используются базисы двух типов: атомный и моле-улярный. Использование атомного базиса дает хорошее описание неупругих роцессов, происходящих при больших межъядерных расстояниях R. Однако акой подход становится неприменимым при малых R, т.к. атомный базис не ожет описывать топологию электронного движения в квазимолекуле. Несмот-я на многочисленные (и порой успешные) попытки улучшить ситуацию, раз-ожение по атомному базису не может обеспечить точного решения уравнения Иредингера в широком интервале параметров столкновения (скорость', при-ельный параметр) без введения дополнительных искусственных параметров, отя в этом базисе можно легко установить начальные условия и асимптотиче-ш точно описать переносное движение электрона. Молекулярный базис, на-
оборот, дает точное описание топологии электронного движения, но при ЄІ использовании очень трудно обеспечить галилееву инвариантность собствеї ных функций и учесть переносное движение электрона при t= ±ос, т.е. выпо: нить физически корректные начальные условия. Строгий метод построения г; лилеево инвариантных базисных функций был предложен в работе Соловьева Виницкого [1], в которой были использованы нестационарное масштабное прі образование пространственных координат: q = r/R(t) и дополнительное преоі разование волновой функции, обеспечивающие сохранение формы уравнеш Шредингера. Однако использование преобразования Соловьева-Вишщкого і избавляет от еще одного недостатка, присущего адиабатическому молекуля] ному базису: трудности описания взаимодействия с континуумом. Указанны причины до последнего времени делали невозможным надежное теоретическс исследование процессов ионизации при атомных столкновениях. Поэтому со: дание теоретического метода, обеспечивающего точное решение динамическо задачи о неупругих атомных столкновениях в широком интервале скоростей расстояний сближения частіш, является актуальной проблемой для атомной фі зики и ее приложений.
Целью работы было:
создание теоретического метода описания динамических неупругих процес сов при атомных столкновениях, применимого в широком интервале скоре стей и межъядерных расстояний и свободного от недостатков, связанных отсутствием инвариантности решений по отношению к преобразованию Ті лилея, наличием расходимостей и трудности учета взаимодействия с состой ниями континуума;
выполнение расчетов полных и дифференциальных сечений возбуждения ионизации в сталкивающихся системах с одним активным электроном с з<
данной точностью, превышающей точность современных экспериментальных данных; * разработка метода решения обратной задачи - определения квантовых характеристик сталкивающихся атомных систем ло экспериментальным данным об энергетических и угловых распределениях испускаемых электронов.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней предложен и развит новый метод теоретического описания динамики атомных столкновений, впервые выполнены точные расчеты угловых и энергетических распределений электронов, збеспечивающие надежную интерпретацию экспериментальных данных. Решета обратная задача извлечения параметров квазимолекул из экспериментальных данных о спектрах электронов.
Достоверность и надежность полученных результатов доказывается их хороним согласием с имеющимися результатами точных численных расчетов и ре-юмендуемыми значениями сечений, измеренных экспериментально.
їаучная и практическая значимость работы определяется достоинствами азвитого метода, состоящими в там, что:
и полученные решения инвариантны по отношению к преобразованию Галилея и не содержат расходимостей;
и единым образом описываются все неупругие процессы: ионизация, возбуждение, перезарядка;
и метод не содержит подгоночных параметров, расчеты выполняются из первых принципов;
в метод применим в широком интервале скоростей: от тепловых до релятивистских;
метод точен для одноэлектронных систем и может быть обобщен на МНОІЧ электронные системы;
метод применим также для описания фотопроцессов, электронного удара может быть распространен на ионно-молекулярные столкновения. Точность получаемых расчетных данных превышает точность современны
экспериментальных данных, поэтому первые могут быть использованы в к; честве опорных данных в физике атомных столкновений и целом ряде пршк жений, таких как физика плазмы, астрофизика, аэрономия.
На защиту выносятся следующие основные положения.
-
Создание нового метода теоретического описания динамики атомных столь новений, основанного на использовании зависящего от времени масштабног преобразования, интегрального представления и штурмовского разяожени полной волновой функции, позволяющего вычислять из первых принципо вероятности и сечения всевозможных неупругих процессов при любых скс ростях и любых расстояниях сближения сталкивающихся частиц.
-
Разработка программ и расчеты характеристик частиц, участвующих в стода новений, в том числе угловых и энергетических распределений электронов, точностью, превышающей точность современных экспериментальных дан ных.
-
Выявление основных механизмов, лежащих в основе процессов возбуждени и ионизации, и их относительного вклада в различных интервалах скоростей.
4 Решение обратной задачи - определения параметров системы сталкивающих ся частиц по экспериментальным данным об энергетических и угловых рас пределениях испускаемых электронов. Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на : отечественных и 15 международных конференциях, симпозиумах и школах: Е - XI Всесоюзных конференциях по физике электронных и атомных столкнове
шй (Рига 1984, Ужгород 1988, Чебоксары 1991), XII, ХШ, XV - XX Международных конференциях по физике электронных и атомных столкновений (Гат-шнберг 1981, Берлин 1983, Брайтон 1987, Нью-Йорк 1989, Брисбейн 1991, Ор-сус 1993, Уистлер 1995, Вена 1997), X Международной конференции по атом-юй физике (Токио 1986), VI Международной конференции по физике многоза-зядйых ионов (Манхеттен 1992), XVI Европейской конференции по физике систем с малым числом электронов (Острэн 1998), ХШ Международной конференції по прикладным исследованиям (Дентон 1994), IX Международном семина->е по ионно-атомным столкновениям (Манхеттен 1989), двух Международных ;импозиумах по мюонному катализу (Гатчина 1987, Вена 1990).
Іубликацни. По материалам диссертации опубликовано 22 печатные работы в іеферируемьіх отечественных и зарубежных журналах и сборниках. Перечень іубликацни приведен в конце автореферата.
Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех лав, заключения и приложений. Работа содержит (to страниц машинописного екста, 3^ рисунков и список литературы, включающий j і наименований, і основу структуры диссертации положен принцип постепенного повышения онкретности результатов. После изложения общих основ разработанной тео-ии даются решения модельных задач и результаты конкретных расчетов.
