Theoretical treatment of inelastic processes in atomic collisions involving one and many electron systems
Author
Jorge Palacios, Alba MaríaAdvisor
Illescas Rojas, Clara MatildeEntity
UAM. Departamento de QuímicaDate
2017-04-28Funded by
Proyecto con referencia ENE2011-28200, y la estancia de tres meses que realicé en el Instituto de Astronomía a y Física del Espacio de Buenos Aires, Argentina, gracias a la ayuda con número de referencia EEBB-I-14-09081.Subjects
Colisiones (Física nuclear) - Tesis doctorales; QuímicaNote
Tesis Doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Química. Fecha de lectura: 28-04-2017Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
Abstract
En la primera parte de esta tesis se estudian colisiones de distintos iones con hidrógeno atómico, en el área de interés en fusión nuclear. Haces de deuterio o hidrógeno neutro son inyectados en el plasma en los reactores de fusión con el fin de calentarlo, y diferentes características propias del plasma pueden ser determinadas a través del estudio de los procesos atómicos existentes entre las partículas neutras inyectadas y las impurezas iónicas presentes en dicho plasma. Por esta razón, se tratan de manera teórica las colisiones de iones desnudos con hidrógeno, tanto en su estado fundamental como primer excitado (n = 2). Concretamente, hemos utilizado el método CTMC (Método de Trayectorias Clásicas de Monte Carlo) para el estudio de las colisiones Cq+ + H(1s) (q = 1, 5), C6+ + H(n = 2) y N7+ + H(n = 2). La colisión Be4+ + H(1s) ha sido también estudiada con un método semiclásico, el GTDSE (método de resolución de la Ecuación de Scrödinger Dependiente del Tiempo en una Grilla). Se propone el uso de una ley de escala para el cálculo de secciones parciales n y nl de captura entre iones desnudos e hidrógeno en estado fundamental. Se presenta así mismo un estudio del rango de validez de los distintos métodos teóricos usados, en función de la energía y niveles de captura en los que son válidos cada uno. Debido a la importancia que está adquiriendo el estudio de colisiones que involucran moléculas y clusters, en la segunda parte de esta tesis se trata el estudio clásico de colisiones que implican más de un electrón. En este respecto, como iniciación al tratamiento a los sistemas multielectrónicos, estudiamos las colisiones de H(1s) + H(1s) y H+ + H−(1s 2 ), considerando los dos electrones activos, estudiando especialmente el problema clásico que supone la descripción de un átomo o ión con más de un electrón activo. Pasamos al estudio de sistemas más complejos considerando el blanco de argon y los proyectiles He2+, Li2+, C y C+, utilizando el mismo tratamiento clásico además del uso del método estándar de tratamiento de procesos múltiples IPM (Modelo de Partículas Independientes). Estudiamos la validez de considerar a todos los electrones de una misma subcapa como equivalentes In the first part of this thesis we treat collisions of different ions with atomic hydrogen, in the scope of fusion research. Beams of neutral hydrogen and its isotope deuterium are injected in the plasma core for a heating purpose, and different characteristics of the plasma can be obtained through the study of the atomic processes occured between the neutral particles and the ionic impurities existing in the plasma. For this reason, we have studied collisions of bare and dresses ions with hydrogen in both the ground and first excited state. Particularly, we apply the CTMC (Classical Trajectory Monte Carlo) method to the study of the collisions Cq+ + H(1s) (q = 1, 5), C6+ + H(n = 2) and N7+ + H(n = 2). The collision Be4+ + H(1s) is also studied with a semiclassical method, the GTDSE (Grid Time Dependent Scr¨odinger Equation). An scaling law to determine state-resolved electron capture in collisions of bare ions with ground state hydrogen is also presented. We study the range of applicability of the different theoretical methods which have been used, with respect to the energy and shells domains where they are valid. Due to the importance that collisions with molecules and clusters is adquiring recently, in the second part of this thesis we propose a classical approach to treat many-electron collisions. In this respect, we first study the H(1s) + H(1s) and H+ + H−(1s 2 ) collisions by considering two active electrons, dealing with the classical problem of a two-electron atom with a new approach. We extend this to to the treatment of collisions involving the projectiles He2+, Li2+, C and C+ impinging on argon, using also standard methodologies, such as the IPM (Independent Particle Model), to study more than two electron processes. We study the validity of considering all the electrons in the same sub-shell as equivalent
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