中低能正电子与原子散射过程理论研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhq2000
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正电子物理是物理学科最前沿的研究领域之一。特别是,从二十世纪八十年代以来,随着强正电子束的出现使得正电子散射问题成为最活跃的研究领域之一。正电子作为电子的反粒子,它与原子分子体系的散射问题是反物质与普通物质之间的相互作用,对这个问题的研究可以更好地帮助人们了解微观粒子的内部结构、电子间关联作用以及散射过程的准确物理机制。在不同的能量范围下,正电子与原子散射过程呈现出不同的特点。高能情况下,正电子与原子的散射截面同电子与原子的散射截面趋于一致;中能情况下,电子偶素形成通道和电离连续通道对散射截面的影响很大;低能情况下,电子偶素形成通道在散射中扮演非常重要的角色。本论文的研究重点将集中在中低能情况下正电子与锂原子、氦原子散射过程。锂原子是最简单的碱金属原子,散射过程中正电子-锂原子体系的电子偶素形成通道在任意入射能量下都是打开的,因此,研究正电子与锂原子的相互作用有特殊的意义。首先,应用动量空间的耦合通道光学势方法(CCO)研究中低能情况下正电子与锂原子的散射问题,并给出总的散射截面和各反应通道截面(电离截面,电子偶素形成截面)。该理论模型成功地考虑了正电子和锂原子散射过程中的电子偶素形成通道和电离连续通道,计算中在电子偶素n=2形成阈值附近发现了峰值结构。计算结果表明,在电离阈值打开之后,电离通道随着能量的增加对散射过程的影响更加显著。在能量为15eV位置附近电离截面达到最大值,其影响覆盖整个中能范围。电子偶素通道在整个能量范围都是打开的,电子偶素形成截面随着能量增加而迅速衰减,在低能情况下特别是电离通道打开之前电子偶素形成通道的影响占有主导地位。本论文在此基础上深入地研究低能情况下正电子与锂原子散射,获得散射的J=0-2分波和微分截面,发现一些共振现象和阈值效应,并对共振现象和阈值效应的物理机制给出具体的解释。为了描述电离反应通道中详细的动力学机制,本论文发展了正电子原子散射的畸变波玻恩近似(P-DWBA)方法,来研究正电子原子散射的单电离反应。正电子与原子散射问题中的单电离反应是一个典型的三体库仑相互作用问题。在这个过程中,电子偶素形成通道将对电离反应有明显的影响。但是,目前关于正电子原子散射电离的研究中,所使用的理论方法都没有考虑电子偶素形成通道的影响。在本论文发展的P-DWBA方法中,利用一个动量空间的复的极化势来描述电子偶素通道,通过Fourier变换技术将极化势转换到坐标空间,加入到P-DWBA的畸变势中重新求解畸变波微分方程得到散射的三重微分截面,首次成功地考虑了电荷转移和重排对电离反应的影响。氦原子结构简单且性质稳定,是实验上理想的靶原子,正电子与氦原子散射过程的研究有助于对理论结果与实验测量进行比较,进而检验理论方法的有效性。论文选取共面非对称运动学情况,计算入射正电子能量为59.2eV,被散射正电子出射角度为6°,被电离价电子出射角度为10°的情况下电离的三重微分截面。通过与已有实验值以及其他理论计算的比较,发现在共面非对称运动学条件下,P-DWBA方法的结果和实验测量值符合得非常好,相比于其他理论的计算结果有显著的改进。然而,在出射的电子能量较高,即被散射的正电子和被电离的价电子能量接近时,P-DWBA方法的结果较实验值偏高。这可能是由于目前方法中还没有考虑碰后相互作用的影响,在小角度散射中出射正电子与电离电子能量越接近,碰后相互作用影响越显著。随后,给出入射正电子能量为59.2eV,被散射正电子出射角度为10°,被电离价电子出射能量分别为12eV、13.5eV、15eV以及16.5eV的情况下,被电离的电子随出射极角变化的三重微分截面。随着能量增加,被电离电子的出射极角越来越接近被散射正电子的极角。另外,在本论文中,应用P-DWBA方法分别计算入射正电子能量为99.6eV和499.6eV的情况下的电离三重微分截面,并成功地给出二次峰、反冲峰的准确位置以及双峰的峰值比。计算结果表明,本论文所发展的P-DWBA方法能够有效的应用于对正电子与原子散射的电离过程的三重微分截面的研究,有助于对正电子碰撞原子电离过程的详细的动力学机制进行深入地研究。在未来的工作中,将在目前工作的基础上,进一步完善P-DWBA方法,加入碰后相互作用的影响,发展到其他运动学条件(共面对称,非共面对称)下,研究正电子与复杂靶的电离反应,给出对正电子与原子电离过程更全面的动力学信息。
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