Квазиклассическое траекторное моделирование рассеяние молекулярных пучков, сопровождающегося химической реакцией тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ХИМИЧЕСКОЙ ДОМКИ

На правах рукописи

АЗРИЕЛЬ ОЛАДИМИР КИХАЛЛ08ИЧ

УДК 341.14

КВАЗИКЛАССИЧЕСКОЕ ТРАЕКТОРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАССЕЯНИЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ ПУЧКОВ, СОПРОООЯДАКЗЕГОСЯ ХИМИЧЕСКОЯ РЕАКЦИЕЙ

01.04.17 - кииичккм виоика, а том числе фиеика гсромия и варыав.

АВТОРЕФЕРАТ

Яиссартации на соискони* ученей степени

кандидата химическим наук

Коскеа - 1990.

Работ* аипо/мма е Институте >нарг>тнчккии проблем химической «моики АН СССР

Няучный руководитель — к«ндил*т мимическим наук

il. 19. Русин

Официальные оппоненты — доктор фивико-мвтематичоским наук

A.A. Левицкий - кандидат фипико-математически» наук А. И. Каоргойэ

Ведупая организация - Институт проблем механики АН СССР

м

Чан»«та состоится __1990г. »„Л..4"™*

е актовом ошп Института химической фиоики АН СССР на мсодаиии специалишфоеанмого совета А 003.B3.01 при Институт« »мергетм— ческих проблем химической еиаики АН СССР по адресу! 117629, Москяа,0-334,ГСЛ-1 .Ленинский проспект,38,к.&а,ИХ9 АН СССР.

С диссертацией можно оонакомиться а библиотеке ИОД АН СССР.

Автореферат раеослан

Ученый секретарь специализированного

совета, кандидат химическим наук ЫIM/M/ П.И.Николаева

Ьбкдя характеристика рйылы

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕПЫ. Исследование таким сложный квактово-

йОДанических процессов как рассеяние атомое и молекул, сопро-вошдацшяеесв мимической реакцией, требует развитых теоретических представлений, охватыватцих динамику столкновений и те ив— мвнання, которые происходят а атомных системах, подвергавших* ся химической перегруппировка, фактически речь идет о детальном представлении мгновенного состояния сложной системы с точки прения потенциальной энергии и индивидуальных состояний каждой частицы, участвующей в столкновении. Такое детальное описание системы, принципиально возможное в рамках квантовой химии, практически очень трудно реализовать иа-оа необоэрмзо большого объема вычислений, даме для самых простых систем, наиболее реальным выходом на положения является представление элементарного процесса квк классического с квантово-механичес— кимм поправками, касажцимися, как правило, представления внутренних состояний участвующих в процессе молекул. Такие Представления наоыоамтся квазиклассическими.

в рамкан этих представлений изменение состояния системы атомов« связанных мезкду собой химическими или иными силами, представляется изображающей точкой, движущейся по поверхности потенциальной »иергии <Ш1Э> , обладающей той или иной структурой. Определение топологии ПЛЭ и условий, при которых столкновение приводит к физически оправданному результату, составляет основу моделирования »лементарного химического процесса методом каааиклассичвеких траекторий.

3*тот вид моделирования в настоянию время представляет со—

ЛоИ илиболве распрострлм^мну», о6я«д«»ощум широкими пределами применимое« и, процедуру установления связи непосредственно но— моряенмх характеристик рассеяния с динамическими осоЛ«гм>юстими реализации тех или иных каналом «заимодейстоия.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ» 1> разработка метода траекторного мо д е лир о« а -»«1Я процесса столкновения атома с двухатомной молекулой в скрсяенных молекулярных пучках при помо«*и мини-ЭВМ, ис по лазурных в лабораториях как для проведения расчетов сродней слоя-ности, так и дли автоматизации эксперимента! 2) сравнение тра— екторных расчетов с экспериментальными данными и поедание уточнении а тополог**« ПГ)> (если » то , естественно, необходимо) | 3) исследование динамических особенностей процессов столкноеи-те ль но имдуиированной диссоциации (Ы4Д* в различных условиях, нереализуемых е эксперименте.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА, в настоящей работе впервые првдстдолен разработанный специально для микро- и иимиЭВМ комплекс программ траекторного моделирования и с его помооеью проведена детальное исследование раэуичнык каналов столкновительно имдуци-ров а» 9 ой диссоциации, »капая образование атом ми ионов ( неявных комплексов и процессы передачи энергии. Впервые на основе траекторного моделирования получена детальная информация о процессе, вклянаицая 0унк1^им возбуждения, зависимость сечения от температуры и внутренней энергии молекул, двоймыа дифференциальные < по углу и скорости ) сечения рассеяния продуктов взаимодействия« исследование "баллистичности" меменивма пере■ дачи энергии при неупругих столкновенияха а также проверка правильности выбора поверхность потенциальной энергии, управ—

ЛШанй равлмчными каналами диссоциации молекул с ионной сввэыв. Рассчитанные характеристики процесса адекватно описыаапт весь иоаастИыД Набор жсгизриментальнык данных.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ. Результаты и выводы, полученные в работе, повзолшт сделать оаклмчениа и высокой >и*к-тионости траекторнык матодиа еле исс ладовш-ыя динвмики элементарных процэссс». Раарлботанный комплекс математического м программного обеспечении кокет успешно применяться для исслв-даалнип динамики столкновений атома с даучатомной молекулой. CTttfteHb» Детальности получаемой при »том информации значительно превкшает возможности наиболее точных из проводимых о нестоящее арвмя экспгрим&нтои. Разработанная траекторией модель поазоливт рассчитать Сечения л»кан-4рии1 прочес сов f которы» опредвляит ксыстангы скоростей соответстаумвих хюдеческик акций м их (зависимостей от услоенй протекания npcu«?cca. Г1ред-ставленные результаты по/ЭтЬерадамт корректность использеэадаа Аля динамическим расчетов СИЛ молекул солей (нелочных металлов оддитизного потенциала, основу которого составляет усеченный патенцилл Риттнора. Получанниа реаультаты углублвмт наши она-ний о нехАниоме протекания мимическим реашьий.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Наложенные в диссертации результаты докладывались на 12 международном симпозиуме по молекулярным пучкам (Перудча, 19S9), на 3 международном симпозиуме по ijw-кентарным процессам (Прага, 1989», конкурсе научных работ ИНЭП К® АН СССР и семинарах лаборатории евщей динамики элементарных процессов ИНЭП Кф АН СССР.

СТРУКТУРА И ОБ'Eli РАБОТЫ. Диссертация состоит на введения,

четырех глав, выводов, двух приложений и списка литературы. Работа изложен« ив страницам машинописного текста, содержит рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Со введении обосновывается актуальность оаботм, фориулмру-етсн ее цель, научная новизна и практическая внзчимость.

Основной задачей при исследовании динамики взаимодействии атомоо и молекул яоляется определение топологии ППЭ, управляющей этим взаимодействием. Детальное знание топологии ППЭ полностью определяет поведение иссладуемой системы и пооооляет раггчитаг» асе характеристики протекающих п не# химических реакций. Однако, как правило, невозможно восстановить псе особенности ПГО непэсродстчакмо по экспериментальным данным. О то ш срамя эксперименты по рассеянию молекулярных пучков могут елуаиуь нэдеээчай бапой для молэлированкя столкновений на ЭСМ методом кяаэиклассическчх траекторий. Необходимо решить оСрат— нун> оадачу - на осноао выбранной априори ПП> проаодитсп ресчат основных характеристик рассеяния и полученные розультати сравниваются с экспериментальными данм-им. Хорошие соответствие результатов эксперимента и расчета может служить дсяог.он я пол*-»у правильности выбора ППЭ.

В первой главе (обзор литературы) особое внжмвниа удалено обор-м вопросам применения метода квааиклассического траектер— ног л моделирования к исследования динамики столкновений » молекулярных пучкам, а так»» рассмотрены матенятичвекая посте— мовка задачи и еорма представления поэерхности потенциальной энергии.

Движение трек сходящих в систему атомов подчиняется дифференциальным уравнениям первого порядка в форме Гамильтоном

<1>

ЭОг * ЭЛ

где Р\ и - соответственно обобщенные импульсы и координаты частиц, // - гамильтониан системы, которьЛ о нашем случае имеет вид»

е./ с^гПк ъс-г

где ЭТ7* - массы атомов, / ^ь) _ потенциальная функция

взаимодействия, зависящая от попарных расстояний между атомами.

Оля сокращения размерности оадачи и соэтветствуммаего уменьшения времени счета уравнения движения решается в системе центра масс. Перевод координат и импульсов частиц в конце счета траектории из системы центра масс в лабораторную систему для сравнения результатов моделирования с жепериментом осуществляется по каноническим преобразованиям и не представляет труда.

Начальные значения динамических переменных разыгрыааптся случайным образом ( методом Мон1 в—Карло > , что наиболее полно соответствует реально существующим распределениям в эксперименте. к таким переменным относятся внутреннее состояние молекулы ( ее колебательное и вращательное квантовые числа >, разыгрываемое на основе известных распределений, начальное значение межатомного расстояния в молекуле, относительная пространственная ориентация вектора скорости налетающего ато-»м-снаряда и оси молекулы, задаваемая соответствующими углами,

и величина прицельного параметра* Указанные переменные? однозначно определяют начальные значения координат и импульсов, необходимые для интегрирования уравнений доижэния.

Система (1> интегрируется до тех пор, пока в соответствии со значениями попарных межатомных расстояний и энергия на реализуется один из возможных каналов — упругое или неупругое рассеяние, диссоциация молекулы на иены, обр л зояи<««ю* о комплекса. Посла этого для каждого из образовавшихся продуктоп определяется угол рассеяния и лабораторной системе и в системе центра г»*асс по отношешм* к направлению вектсра начальной скорости атомоэ в пучке Хе.

Одним но наиболее вомнмх и ответственных мом&нтов при постановке задами траакторного моделирования является оыбор поверхности патежии&льной энергии. Поскольку в процессе интегри— рооанил уравнений движения необходимо постоянно змчислять значения не только потенциалов, но и их прои&подных, то ясно, что наиболее удобно иметь аналитическое представление ПЛЗ, причем не очень сложное* Для системы атом благородного ггаа — молоку— ла галогенида щелочного металла наиболее простой формой является аддитивный потенциал, состоящий из суммы трех парных потенциалов, каждый из которых представляет усеченный потенциал Риттмера• Потенциал, предложенный Риттнером, состоит из от тал— кивательной стенки в экспоненциальной Бсри-Лайеровской форме Д» С#р • а твкжа сил притямения индуктивной ( ^

и еан-дер-ваальсовой к*** . Потенциал взаимодействия ионов

я молекуле вклмчает кроме того куломовский член < С

учетом вышесказанного аналитическое представление ПЛ* иршама-

- а -

- йь ■ е*рс- - ^

л а

Ввл^чюш с индексом 1 относятся к взаимодействии С«*— Хе, с индексом 2 - к вошмодайстаим С»*-Вт и с индексом 3 относятся к паре Иг -Хе. Обозначения! -- расстоянии между. частицами, й» и — параметры Борн-Кайеровского потенциала отталкивания, (¿1 - полнриэуекости частиц и С. I — индукционные постоянные.

Глава ¡г поев»иона моделировании динамики образования атомных ионов при диссоциации но лак//. СвВг в столкновениях с атомами Хв.

Для проверю! адекватности выбранной ПШ реальному взаимодействии частиц необходимо сравнить, как можно более широкий набор динамических характеристик СИЛ , полученных на основа трдиктор»»ей модели, г. экспериментальными данными. К таким характеристикам относятся функция возбуждения, т.е. зависимость СОЧВК48 СИД от относительной энергии столкновения партнеров воаммодайствия, мвисимость сечения от внутренней энергии молекулы, а также двойные дифференциальные < по углу и скорости) сечение рассеяния продуктов реакции. Последняя характеристика валяется наиболее чувствительной к топологии ППЭ.

На рис.1, пскаолма функция возбуждения СИД. Точки - экспериментальные «вмн, сплошная льмия - траекториый расчет. Рас-пр«й«т)«а внутренней энергии молекул соли до столкновения -

Еотн.'эВ

Рис.1. Эксперимент длняя (точки» и р&счвтнап оумкмии вооЗувдения одрлвоватя иоиаа Си*.

Рис. 2. Зависимость логермема »чеша ойраоооанил ионов Со* от температуры сагяи источника молвкуярриого пучка (слложмап m«»). Точкм - жспермиэмг.

больцмановское с равновесной температурой 1000К, равной температура выходной мели источника пучка молекул в эксперименте. Совпадение во всем диапазоне экспериментальных энергий очень хорошее.

На рис.2, а логарифмическом масиггабе нанесены экспериментальная ( точки > и расчетная < сплошная линия ) зависимости сечонмя СМД 6Г от температуры пели источника молекулярного пучка Т. Как эксперимент, так и расчет проводились при относительных энергиях столкновения, близких к значении порога Е"4,36 эВ. Хорошее совпадение расчета с экспериментом позволяет огфеделить другу» важнуи характеристику — зависимость сечпния СИЛ от внутренней энергии молекул соли Евн., а также проанализировать вклад различных видов внутренней энергии В сечение. Дли этого с помощьи> специальной процедуры экспериментально измеренная зависимость 6*<Т) прообразовывалась в зависимость (Евн.) . Траекторный счет проводился при нескал»-кии фиксированных вначенмпх колебательного V и ср&игатольного ^ квантовых чисел молекулы соли. Анализ полученных зависимостей показал, чтс трсекторное моделирование гфасильно воспроизводит зависимость б'сЕкн. ) . Однако невозможно выделить преимуществен— ный вклад колобш»» или юращания в сечение СИД. Оба эти видя внутреннего движения в молекула вносят приблизительно одинаковый вклад в сечение-, причт Солее значительный в припороговой области относительный энергий столкновения, где колебания и срацония могут дать дополнительную необходимую энергим дли диссоцпэщч молекулы при недостатке поступательной энергии.

На рпс.З. показаны экспериментальные ( с плоеные линим ) и

- íl -

* л»

,-. 5-ID4 ем/с

Рис.3. Картн линий уроднгЯ поток» рдFCOWH44 Р» Д-П»

энергии паоимодрйстЕИП 9,46 эВг СПЛО'ЛНЙ?» -ЛИНЯИ ~ эксперимент*, точки - трзокгорныЛ расчпт, •Tully F.P. , .Choung H.H. • НаЬогМП«* Ht . Lee V.T. J.Chera.Phyn. 1930. v.73. р,44ДО.

20 40 60 80 100 ISO 140 160 180

20 ! 40

I 60

о.

0

S 80

а

1 100

5 120

1140 160

180 ,

Рис.4. Корреляционная дшгрмм углов рассеяние иоков Ca о м*ис»»-мости от н«ч(№нага угла ориентации партнеров столкновение. О соответствует конфигурации Xe-Br-Cm| 1ÖO* соответствует конфигурким« Хе-Сж-Ег. Эмергмя oaen»<Ja»fст»ия 8 »D.

полученные траектории»« моделированием ( точки ) двойные дифференциальны« сечения рассеянии ионов Св+ при относительной *нер-гии £отн.,46 »В. Хорошо видно бимодальное распределение с преимущественным рассеянием ионов Се* назад относительно направления вектора центра масс. Наличие двух максимумов о распределении связано по—видимому с двумя различными механизмами столкновения. Основной максимум нааад соответствует удару атома Хе в пергнждикулярнсй конфигурации вектора его скорости по отношэни» к оси молекулы. Наксимум вперед соответствует почти коллинеарному удару атома Хе по иону Dr- с небольшим прицельным параметром. Наиболее благоприятной конфигурацией Аля диссоциации молекулы является перпендикулярна» конфигурация столкновения. Это подтверадаот рисунок 4, на котором показана диаграмма, связыеамщдя интенсивность и угол вылета иона Сз+ после стомновоння с углом взаимной ориентации партнеров о момент столкновения. Заштрихоаанные области на рисунки соответствуют Боврастани» интенсивности от периферии к центру рисунка. Иа

диаграммы видно, что наиболее благоприятные для диссоциации

• о

углы начальной ориентации лежат в интервале от ЬО до 100 . Г)ри

о о

stom ионы Са* рассеиваются на углы 110 - 160 . При увеличении

энергии диапазон углов начально») ориентации расширяется как о

сторону уменьшения, Так и о сторону увеличения, но максимум

о

по-прежнему остается около 90 . Максимум углов рассеяния сдан—

« »

гаетсв назад в область li>0 î 10, но при атом сильно возрастает доля ионов С»«-, рассеянных вперед. Это связано с увеличением доли столкновений в конфигурациям, близких к коллмнеарной. Строго коллмнеарные соударения валяится малоэффективными как

со стороны брома, так и со стороны цезмп. Коллинеарные соударения со стороны брома приводят к многократным колебаниям атома Вг меяду тяжелыми атомами Хо и Са. Соударения »а со стороны Са не эффективны из—за неблагоприятного соотношения масс стал— киваюецихся атомов.

Следумздим пажным моментам при изучении СИД является вопрос о прямом ши непрямом механизме реакции. Под прямым механизмом понимается такое взаимодействие, когда осп реакция протекает за время столкновения. В соответствии с этой классификацией процессы СИД должны быть отнесены к прямым реакциям. Однако анализ траекторий, ведущих к реакции, гюкааызает, что увеличение расстояния между нонами о молекуле но всегда начинается сразу после столкновения с атомам - снарядом. О балыаинстов случаев, когда реализуется близкая к перпэнликулррной конфигурация столкновения с атакой атома Хе по центру колскулм, распад последней начинается е«а до того, как будот достигнуто расстояние наибольшего сближения атомд с обоими ионами молекулы. Практически без оадарнки молекула распадается и о случае коллимеарного столкновения с малым прицельным параметром. При таком столкновении онача/ю происходит сильное сжатия молекулы, после чего расстояние между ионами начинает быстро увеличиваться. О то же время при квколлинеариой конфигурации столкло— орния с атакой Хо по иону Bi— , а также в коллинеарных столкновениях с большим прицельным параметром маблмдаетсв определенная задержка распада молекулы, и расстояние С» - Вг начинает заметно увеличиваться после того, как Ха упа покинет зону столкновения. >то свидетельствует о сложном характере процесса

диссоциации| состоюцем ио двух стадии - передачи энергии и собственно распада иолеку/ш на ионы. Кроме ориентацио*-»шх эффектов значительное влияние на механизм распада ск^мааят, очевидноv такие характеристики, как направление удара и взаимодействие частиц после передачи энергии.

В глазе 3 рассмотрены особенности передачи энергии в столкновениях СвВг с Хе.

Передача энергии от атома к молекуле является необходимой стадией СИЛ и хорошее описание СИЛ в траекгорном моделировании обуславливает возможность адекватного описания элементарного процесса передачи энергии. К сожалели», отсутствуют экспериментальные данные по паредаче энергии в системе CsBi—Хе. Однако имеются результаты экспериментального исследования неугфу-того рассеяния в системе Св1~Аг, которая обладает значительным сходством с рассматризаемой. Экспериментальные данные для системы Col—Аг указывают на баллистический механиом передачи анергии, т.о. очвнь высокую степень перехода поступательной энергии столкновения на внутренние степени свободы молекулы. Результаты траькторного моделирования рассеяния в системе СьI — Аг для относительной энергии столкновения 0,77 эВ с использованием потенциал* (3> покаоаны на рис.З. Оидно, что диаграмма рассем-зия хорошо воспроизводит особенности баллистического нвнаиама — большая часть рассеянных молекул группируется около вектора центра масс. Аналогичный расчет для системы СвВг—Ке показывает меньшую степень "баллмстичности", что свя-оано по-видимому с шяч соотношением масс сталкивающихся частиц.. Причем с ростом относительней энергии столкновении а»фок-

Ar

■-• 4-Ю4 cu/c

Рис.3. Гистогрмиа распределений по углем и скорости молекул

Cal, рассеянный на Аг, при энергии ооаимодеПствип 0,77 »0. Окружность 1 соответствует упругому рассеян»». Окружности 2 и 3 — передаче 60Х и 90Х анэргии столкновения на внутренние стспзни свободы молекулы.

тивность породами поступатильнол энергии на внутренние степени свободы молекулы уменьшается. Так, при Еотн."О,33 »В на пнут— ренние степени сяо<Зоды попадает 60-70Х от Еотн., я то время как при Еогм.-И эВ »та величина составляет только 10-60Х.

На анализа угловых распределений продуктов рассеяния следует, что молекулы СаСг после столкновения о системе центра иге с рассеиааится преимущественно назад по огноотмо к направлении вектора скорости атомоо Ко. С ростом энергии столкнмо-

имя рассеяние молекул СвВг назад увеличивается. Следует отнн тить, что внутренняя энергия молекул не оказывает влияния и угловые распределения продуктов.

Одним из наиболее интересных вопросов при исследован»« на упругого рассеяния является изменение распределе»мй постугы тельной, колебательной м вращательной анергий молекул nocí столкновения, а также распределение колебательных каантоо» чисел у молекул, находившихся в определенном начальном кванте вом состоянии. Соотавтствужаиа гистограммы приведены на рис.i Рассчитывались они следужцим образом. Зная конечные значен» импульсоо молекулы в конце счета траектории, можно разложи' им на дав состаалмцие - вдоль оси молекулы н поперек, котор* и будут определять соответственно колебательнум и враяатшьк' анергии. Колебательное квантовое число v определяете« как ап тшРшее целое на соотношения!

где - колебательная постоянная молекулы.

Иа рис.6, видно, что все энергетические распределения уш рились по сравнение с исходными. Значительнее часть холле потеряла в результате столкновение часть кинетической анерги на есть молекулы, увеличившие сваи киметическуш энергия. . Ра< прадолених колебательной и враа$ательной анергий остались ра ноеесньин, но со значительно более высокой температурой. Нео подимо отметить, что начаяьнав внутренняя анергив молекул окапывает влияния на конечные энергетические распределен» Там, например, два исходным равновесный распределения колеб Тальмой анергии с температура»»! 1СКХЖ и 2СХКЖ траис#ормиров

14)

900

700

500

300

1001

800

600

400

200

1000

400

300

200

100

Еотн.- 4 0В

СеВг'

1000К

^тост.'90

ЯЮГЯГтиум......

у%

......1

1,0 3'°

2ис.6. Гистограммы изменонип распределений колевательной (а),

ерхцательноЛ <й> и поступательной (а! энергий молекул СзВг до и посла столкновения с атомами Хо при энергии Ъзаимо— действия 4 эО. Сплошными линиями и няоаитримоаснными областями покаоони исходные распределения. Пунктирные линии и аееггрикояанныв области соответствуют конечным распредпляняпч энергии по степеней соободи.

- 1й -

лись и каменное распределение г. температурой 5000К.

Анализ распределений колебательных квантовых чисел v показывает, что наиболее (заселенным поело столкновения оказывается уровень, соответствующий начальному состоянию молекулы, мли ближайшие соседние уровни. Изменение относительной энергии столкновения не сказывается ча характере распределения.

Глава 4 посвячана моделирование канала образования молекулярных ионов ХеСв*.

Исследование этого канала' вкличает также как и в случае образования атомных ионоо определении функции возбуждения, зависимости сечония от внутренней эиорг^м молекул соли, угловиа и энергетические распределения продуктов взаимодействия, а также анализ динамического механизма образования ионных комплексов.

Фумкиия возбуждения для комплексов имеет качественно иной исрсктер по сравнении с каналом образования атомных ионов. Она отличается болшэ выраженным порогом, наличием отчетливого максимума с последующим спадом при увеличении энергии столкновения. На рис.7, сплошной линией представлена расчетная зависимость и экспериментальная, для которой в каждой точке показана ошибка ее определения. Качественно характер расчетной ваеисииости хороша воспроизводит эксперимент.

На основе траекторных расчетов была определена зависимость сечения образования комплексов от внутренней энергии молекул соли. Расчет, так же, как и эксперимент, показывает, что & практически не зависит от Евн.

Н^ рис.й. покаоаны экспериментальны« (линии уровней) и рас-

1.0 0,9 0,3 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

ХеСз

Еа_„ ,эВ отн.'

Рис.7. Экспериментальная «точки) и расчетная Функции возбуждения обраастания ионов ХеСз*.

50° шо

ХеС.?

к

н

л.с.

Е = 4.64 эВ

07Н '

4-10 сц/о

.-с.З, Сравнение рассчитанных (точки) и измеренных (линии уровней) угловых и скоростных распределений ионов ХеСв* при относительной энергии столкновения 4,64 эО.

четные (точки) двойные дифференциальные сечения рассеяния ионе» ХаСа* ДЛЯ энергии столкновения 4,¿4 »В. . Максимум интенсивности рассеянны» ионов лвжит вблизи вектора скорости центра масс. Рассеянно комплекса происходит преимущественна назад, причем с ростам энергии столкновения угол рассасния комплекса также увеличивается.

Анедно ориоктационных Эффектов показывает, что как и при овраооваиии атомных ионов наиболее благоприятной являетея пяр-пвндимуллрмая ирментаиия столкновения. Соответствующая диаграмма угол начальной ориентации -• угол рассеяния для энергии сталкноаения 6 эВ приведена на рис.9. Но диаграммы следует, что а систоке центра масс комплекс рассеивается назад.

исследование траекторий, ведущих к образован»» комплекса, показывает, что большая часть (00-90%) комплексов обладают отрицательной полной энергией. Однако, встречается столкновения, в результате которых обраоуится стабильные комплексы с ггалохх— тельной полной энергией. Такие случаи соответствуют наличию у комплекс? вначительного орбитального момента L, сильно искала— мцего форму эффективного потенциалах

у» к

Полна» энергия комплекса, будучи положительной, оказыааатся тем но менее меньше центробежного карьера, препятстеужщага распаду комплекса. Вращение комплгкеа играет роль стабиямамру-мцого фактора. Пример такой траектории показан на рис.10. В этом столкновении Хе ударват гю атому Вг в почти перпендикулярной конфигурации, образующийся комплекс рассеивается на угол ISO в системе центра масс.

Представленные выше результаты показывает, что траекторию«

120 140 160 180

20 40 60

Угол рассеяния (ц.и.)

80 100 120 140 160 ieo

XeCs Еотн."

6 оВ

Рис.?.

Корреляционная диаграмма у г/юз рессоп»«ия ионоа ХяСа а зависимости от начального угле ори©нтлци*л пяртнерса столкновения. О соответствует кон*^гурсции Xо?—В г-Сs| ISO*соответствует конфигурации Хст-Ся-Пг. ЭнСрГИЯ ВЗ&ИМОДвйС тсия 6 >0.

Rit ат.вд.

»с. 10« Схематическое представление траектории, приаодзд?й к образования« устойчивого комплекса с положительной полной энергией Е и большим аначомтх орбитального момента L.

моделирования на баве выбранной поверхности потенциальной »моргии адекватно описывает все каналы ва^имодейстаи* е система СвЕг-Хв. В порву» очередь »то савземо с простотой топологии ППЭ, построенной на баое хорошо иваестных взаимодействий атома и двум ионов с ваполненныии оболочками. Поверхность характеризуете я ярко выраженным уиельвм во входной долине реагентов и крутым подъемом на плато в области сближения атома с молекулой. Гладкость ППЭ определяет удобство ее использования в динамическим расчетам и простоту метода интегрирования уравнений движения по ней ивображаивей точки системы.

ВЫВОДЫ

1. Разработан комплекс программ для траектормого моделирования элементарных процессов взаимодействия атоме с двухатомной молекулой. Комплекс реализован на языке ФОРТРАН и ориентирован на микро- и миниЭВМ с минимальным объемом оператмкной памяти 48Кбайт.

2. Методом траектормого моделирования построена математическая модель для описания столкновительно-нндуцироеа>*40й диссоциации солей цвлочшх металлов в столкновениях с атомами благородных газов в скрен№нным молекулярным пучках.

3. Сравнение полученных на основе предложенной модели данным с экспериментом показывает, что модель практически полностью и однозначно описывает экспериментальные результаты и может быть испольоаеана для детального исследования динамики столкновений.

Представленные реэультаты показывают полную применимость испольеоеанной диабетической ППЭ и ее параметров для описания

различным каналов СИД в системах атои благородного газа — молекула галогенида щелочного металла. В свою очередь это дает основание» надеяться, что предложенная процедура травкторного моделирования может оказаться эффективной при исследовании взаимодействий, оключамщик неадиабатические поремоды.

5. Хорошее описание экспериментальных данным взаимодействия Аг-Сз1 траекторией модальм, основанной на диабетической ППЭ, подтверждает возможность моделирования процессов передачи энергии а столкновениям атом — молекула галогенида «елочного металла.

Ь. Сравнение результатов для двух систем Аг-Сз1 и Ха-СзВг показывает, что возможность реализации баллистического меха— ииама, т.е. исключительно высокой вероятности конверсии поступательной энергии в колебательную и вра«ательну*, связана главным образом с соотношением масс сталкиэамггихся атомов»

7. Показано, что к диссоциации молекулы преимущественно приладят столкновения с перпендикулярной ориентацией направления вектора скорости иалетатцего атома по отмовени» н оси молекулы.

в. Показано, что роли внутренней энергии молекулы о кемалэ образования атомным ионоэ значительна только в припороговой области энергий, причем невозможно выделить преимущественный вклад колебательной или вращательной энергий в полное сеченмо процесса. Сечение образования ионмым комплексов практически нэ зависит от внутренней энергии молекул соли в юироком диапазон« относительных энергий столкновения партнеров взаимодействия.

Основмо* содержание диссертации опубликовано е следуиоих

работах!

Азриель В.И. , Акимов O.K.« Русин Л.И. Измерение функции распределения по скорости газодинамических пучков и обработка времялролетных спектров, (ten. в ВИНИТИ 5.03. I960, N 1847 -

ваа.

2. Aapнель В.М., Акимов В.П., Русин Л.И. Разработка и исследование газодинамического источника лучка для получения атомов и молекул с высокой энергией.1.Пучки чистых гаэое. Отчет ИНЭЛ X« АН СССР, Москва, 1983, N 02880059790.

3. Аориель В.М. , Акимое В.И. , Грико Я., Русин Л.Ю. Траекторное моделирование столкмоемтельной диссоциации солей мелочных металлов в молекулярных пучках. Дел. е ВИНИТИ. 30.OS. 1989, N 3374—BS9.

4. Akimov V.M., Air i el V.M., Rusin L.Yu. Dynamics o-f the ionic complexes -formation in eollislonal dissociation processes. Ins 12 International Symposium on molecular beams, Perugia, Italy,1989. p.41.

3. Азриель D.M., Акимое D.M., русин Ü.M. Динамика образования моном С»+ при столкновительмой диссоциации СвВг с Хе а скрещенных молекулярных пучкам. den. в ВИНИТИ. 12.09.1989, N 5811-689.

6. Аориель В.П., Акимов В.И., Грико Я., Русин Л.Ю. Динамика передачи энергии в столкновениях Хе с СеВг а диапазоне энергий от 0,3S »B до U »B. den. в ВИНИТИ. 31.10.1989, N 6583-689.