[发明专利]一种分子电离碰撞截面的计算方法及装置

说明书

本发明公开了一种分子电离碰撞截面的计算方法及装置，在DM公式的基础上，确定了量子化学的计算级别，提出了针对特定体系的优化方法。其中方法包括：S1、对分子结构进行建模，并利用量子化学计算求解自洽场方程，得到分子的优化结构；S2、通过Hartree‑Fock法对分子的优化结构进行波函数分析，得到分子的Mulliken布居，确定各分子轨道的能量；S3、获取各价电子组成的分子轨道的权重值；S4、通过预置第一公式及预置第二公式计算得到分子的电离碰撞截面。

技术领域

本发明涉及等离子物理技术领域，尤其涉及一种分子电离碰撞截面的计算方法及装置。

背景技术

等离子体是由大量粒子所组成的集合，其中包含电子、离子以及中性粒子。这些粒子时刻存在无规则的运动，在它们之间将发生碰撞相互作用。显然，等离子体的一些特有的性质与等离子体粒子之间的碰撞效应密切相关。碰撞截面是描述粒子间碰撞的重要统计量，对于任何与粒子碰撞有关的过程，都可以引入相应的截面概念。粒子与中性原子的碰撞导致中性原子(分子)的电离，与之对应的就是电离碰撞截面。

各类碰撞截面是等离子理论计算与仿真的重要参数。然而，由于电子碰撞原子(分子)是一个典型的微观过程，有很强的量子效应，势必涉及到复杂的计算。因此，各类碰撞截面数据长期依赖实验数据，对更深入的研究造成了一定的阻碍。

由于电离碰撞这个过程相对直观，国内外研究者提出了很多参数化的、半经典的(部分涉及量子力学计算)方法来计算电离碰撞截面。其中由H.Deutsch和等人提出的DM公式得到了广泛认可。

本发明在DM公式的基础上，确定了量子化学的计算级别，提出了针对特定体系的优化方法，提出一种分子的电子碰撞电离截面计算方法。

发明内容

本发明提供了一种分子电离碰撞截面的计算方法及装置，在DM公式的基础上，确定了量子化学的计算级别，提出了针对特定体系的优化方法。

本发明提供了一种分子电离碰撞截面的计算方法，包括：

S1、对分子结构进行建模，并利用量子化学计算求解自洽场方程，得到分子的优化结构；

S2、通过Hartree-Fock法对分子的优化结构进行波函数分析，得到分子的Mulliken布居，确定各分子轨道的能量；

S3、获取各价电子组成的分子轨道的权重值；

S4、通过预置第一公式及预置第二公式计算得到分子的电离碰撞截面，其中预置第一公式为：

预置第二公式为：

f(U)＝d(1/U)[(U-1)/(U+1)]^a×{b+c[1-(1/2U)]}ln[2.7+(U-1)^0.5]；

式中，j为分子轨道，r_j是该轨道最大径向密度半径，ξ_j是该亚层轨道的电子数，U＝E/E_j是入射电子能量E对于各分子轨道的能量E_j的归一化能量，f(U)中描述电离截面的相关性参数a,b,c,d根据分子轨道的不同设置为不同的预置参数。

可选地，步骤S1具体包括：

S11、对分子结构进行建模，并初猜Hessian矩阵；

S12、通过Born-Oppenheimer近似法计算分子结构中每个核坐标R对应的电子能量E_ele以及分子结构的能量E(R₁,R₂,...,R_N)；

S13、通过预置第三公式计算分子结构中第i个原子核的受力，其中预置第三公式为：