Введение 2
1 Теория 4
2 Движение заряженных частиц 5
2.1 Модельные потенциалы
2.2 Распределение заряженных частиц по скоростям в плазме . . . . 5
2.3 Движение электронов
2.4 Движение ионов
2.4.1 Движение свободных ионов
2.4.2 Движение захваченных ионов
3 Движение нейтральных частиц 10
3.1 Модельные потенциалы
3.2 Движение в потенциалах Леннарда-Джонса
3.3 Процесс образования эксимерных молекул
Заключение 16
Благодарности 17
Литература
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
2атомами, 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.
