窒素原子と一価ナトリウムイオンの衝突における全イオン化断面積と微分イオン化断面積

Scientific Reports volume 13、記事番号: 14080 (2023) この記事を引用

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古典的な軌道モンテカルロ法を使用した、一価のナトリウムイオンによる窒素原子のイオン化の理論的研究を紹介します。 この衝突システムの断面データが不足していることに悩まされていますが、この反応は磁気的に閉じ込められた核融合プラズマの診断に応用できる可能性があるため、基本的な断面の知識は核融合科学において不可欠です。 私たちの調査では、Na+-N 衝突システムは三体問題に帰着します。 衝突パートナー間の相互作用は、Garvey タイプのモデル ポテンシャルによって記述されます。 私たちの研究結果は、一価のナトリウムと窒素の相互作用のダイナミクスについての洞察を提供します。 総断面積は 10 keV ～ 10 MeV の衝撃エネルギー範囲で示され、利用可能な実験データと比較されます。 単一および二重微分断面積は、核融合で使用されるプラズマ診断のエネルギーに関連する 30、40、50、および 60 keV のエネルギーで表示されます。

電離は、放射線物理学や原子や分子の構造の研究において大きな役割を果たしている現象の 1 つです1。 さらに、それは核融合プラズマの研究においても非常に重要です。 トカマクの磁気的に閉じ込められた核融合プラズマでは、励起された不純物イオンの分布と濃度がプラズマエッジプロファイルに大きな影響を与えます。 プラズマパラメータ（温度、不純物濃度、密度など）とプラズマ乱流2を測定するには、エッジプラズマに高速中性原子ビームを入射する必要がある診断方法が高い時空間分解能で使用されます。 ヘリウム、リチウム、窒素などの多くの原子が中性診断ビームとして使用されました2、3、4、5、6。 さらに、トカマク炉では、エッジプラズマを冷却するために窒素シーディングのプロセスが利用されています7。 輝線は、中性原子ビームとプラズマの構成粒子との衝突によって生成され、輝線はプラズマのエッジプロファイルをより良く理解するのに役立ちます。 正確な診断方法は、エッジ プラズマ内の衝突システムの非常に正確な断面の知識に依存しています。

診断目的では、ヘリウムが診断ビームとして使用される最初の選択肢でした。 ヘリウムが関与する衝突システムにおけるイオン化プロセスを研究するために、多くの理論モデルが使用されました。 しかし、二重微分断面積 (DDCS) の理論的データと実験的データを比較すると、それらの間に大きな矛盾があることがわかります。 DDCS とヘリウム原子から放出される電子の角度分布を研究する際、Madison8 と Manson et al9 は、ハートリー・フォック ポテンシャルを使用して束縛電子波動関数と連続電子波動関数を取得し、陽子の平面波ボルン近似における微分断面積を計算しました。それぞれ電子発射体。 彼らの結果は、高衝撃エネルギーにおける実験データとよく一致しました。 連続歪波エイコナル初期状態 (CDW-EIS) 近似は、Fainstein ら 10 によって、ヘリウム原子と裸の発射体の間の相互作用における微分断面積を研究するために使用されました。 CDW-EIS は CDW 法を簡略化したものです 11。CDW 法は完全な電子クーロン波動関数を使用しますが、CDW-EIS 法は前述の波動関数 (つまり、対数クーロン位相) の漸近挙動を使用します 12。 Fainstein ら 10 の結果は、特定の排出角度での実験データとわずかに一致しませんでした。 共面幾何学における低エネルギー電子によるヘリウムのイオン化を研究するために使用される三体歪波ボルン近似 (3DWBA) 法は、Jones と Madison によって提案されました 13。 3DWBA には入射電子と射出電子の間の相互作用が含まれており、これにより実験データとの高い一致が得られました。 一方、Jones ら 14 は、Alt と Mukhamedzhanov 15 および Berakdar 16 によって 3DWBA に導入された波動関数を使用しましたが、計算結果は実験データとあまり一致しません。