Процессы столкновений частиц в той или иной форме являются основным источником наших знаний о микромире [1]. При рассмотрении физической картины различных процессов такого масштаба и нахождении потенциалов взаимодействия возникает необходимость решения обратной задачи рассеяния. Квантово - механическое решение такой задачи затруднительно в силу ряда причин, поэтому практическое применение нашли квазиклассические подходы [2]. Одним из таких подходов является метод классических траекторий, в котором задача разбивается на три этапа: выбор начальных условий, имитирующих реальные экспериментальные ситуации, интегрирование классических уравнений движения и анализ продуктов столкновений [3]. Преимуществом такого подхода является наглядное представление протекающих процессов.
В данной работе изучается влияние выбора модельных представлений на получаемые параметры на примере исследования траекторий движения частиц в полях различных конфигураций.
Траектории движения важны для изучения процессов, происходящих в низкотемпературной плазме, содержащей как заряженные, так и нейтральные частицы. Были рассмотрены два процесса: потоки заряженных частиц в пылевой плазме и образование эксимерных молекул.
Пылевая плазма (dusty plasma) – ионизированный газ, в котором содержатся заряженные частицы конденсированного вещества. Такая плазма широко распространена в космосе, при травлении и обработке поверхностей, её можно встретить в термоядерных установках с магнитным удержанием.
Пылевая компонента может как специально быть введена в плазму, так и самопроизвольно образоваться в результате различных процессов. Пылевые частицы обычно могут наблюдаться невооруженным глазом или с помощью простейшей оптической техники, что позволяет существенно упростить методы диагностики параметров пылевых частиц и окружающей плазмы. Это также дает принципиальную возможность проводить измерения с прямым определением функции распределения пылевых частиц по координатам и импульсам fd(r; p; t), позволяя тем самым детально исследовать фазовые переходы, процессы переноса, низкочастотные колебания в пылевой плазме и т.д. на кинетическом уровне.
Попадая в плазму, пылевые частицы приобретают заряд и становятся еще одной заряженной компонентой плазмы. При этом они являются центрами рассеяния и рекомбинации ионов и электронов и источниками вторичных электронов (вследствие фото-, термоэлектронной и вторичной электронной эмиссии).
Это означает, что пылевая компонента может существенно влиять на ионизационное равновесие. [4]
Эксимерные молекулы (аббревиатура от EXIted diMER) — возбужденные молекулы, которые образуют устойчивую химическую связь только в возбужденном электронном состоянии. К такому классу молекул относятся двухатомные молекулы, один из атомов которых обладает замкнутой электронной оболочкой. В основном состоянии этой молекулы обменное взаимодействие между атомами, отвечающее перекрытию электронных оболочек, соответствует отталкиванию при нормальных термо-динамических условиях. Поэтому химическая связь в основном состоянии молекулы отсутствует, а при возбуждении атома с замкнутой оболочкой возникает притяжение. Атомы начинают двигаться в притягивательно-отталкивательном потенциале и образуется так называемая квазимолекула. Термином «квазимолекула» обозначается система из двух атомов, сближающихся и расходящихся в процессе столкновения, при этом локализующихся друг относительно друга на времена, на порядки превышающее пролетное. [5]
Согласно прикладным исследованиям, основная информация по эксимерным молекулам относится к молекулам, состоящих из двух атомов инертного газа, либо из атома инертного газа и атома галогена или металла. [6]
Рассмотренные выше физические объекты являются предметом исследования применения различных модельных потенциалов с целью анализа возможности детального описания и корректного вычисления характеристик происходящих с ними процессов.
В настоящей работе методом классических траекторий были исследованы некоторые процессы, происходящие в низкотемпературной плазме. Для реализации этого метода была написана программа в среде Matlab. Такой метод математического моделирования позволил наглядно представить картину движения и сечения реакций, что является преимуществом такого подхода.
Для процессов в пылевой плазме было показано, что для разных процессов от выбора модельных представлений параметры могут существенно меняться (как для свободных ионов), а могут не зависеть (как для захваченных ионов).
Для процессов образования квазимолекул наглядно было продемонстрировано движение молекул и получены нетривиальные сечения реакции, имеющие форму "колец". Также была показана зависимость исследуемых параметров от выбора модельного потенциала и энергии молекул. С помощью такого подхода на примере полуэмперического потенциала MS была продемонстрирована картина образования квазимолекулы Hg-Xe, эффективное сечение протекания реакции и оценено время жизни такой эксимерной молекулы.
Таким образом, можно сделать вывод, что из-за трудности решения обратных задач крайне важно выбирать математическую модель исходя из физических оснований. Аккуратный выбор модельных представлений позволяет понять механизмы экспериментальных процессов, происходящих в низкотемпературной плазме разного сорта.
