[发明专利]一种多原子分子电子碰撞电离截面的计算方法

说明书

本发明属于电压工程技术领域，尤其涉及一种多原子分子电子碰撞电离截面的计算方法。本发明提供了一种多原子分子电子碰撞电离截面的计算方法，包括以下步骤：步骤1：选择CF₃CN分子作为测试分子，计算其电子碰撞电离截面，筛选出分子结构计算方法；步骤2：在量子化学软件中搭建C₄F₇N分子模型；步骤3：优化分子结构；步骤4：计算分子轨道参数；步骤5：确定参与碰撞过程的分子轨道数量；步骤6：基于修正后的BEB公式计算分子的总电子碰撞电离截面。本发明解决了现有技术中计算出的电子碰撞电离截面往往大于实验值的技术问题。

技术领域

本发明属于电压工程技术领域，尤其涉及一种多原子分子电子碰撞电离截面的计算方法。

背景技术

SF₆气体具有优良的绝缘与灭弧性能，以其作为绝缘和灭弧介质的电力设备在高压系统中占有绝对主导地位。但是，SF₆气体是一种严重的温室效应气体，其全球变暖潜能(Global Warming Potential，GWP)是CO₂的23900倍，在1997年被列入全球排放受限制的6种温室效应气体之一。因此，探索环境友好的SF₆替代气体是高压领域的一个重要研究方向和迫切需要解决的热点问题。近两年，全氟酮和全氟烃类气体及其混合气体作为潜在的SF₆替代气体受到广泛关注。这类气体具有较高的电气强度和较低的GWP值，其中C₄F₇N，C₅F₁₀O和C₆F₁₂O的绝缘强度分别是SF₆的2.2倍，2倍，2.5倍，全氟酮C₅F₁₀O和C₆F₁₂O的GWP值仅仅是SF₆的1/23900倍。

电子碰撞电离截面是研究气体电子崩放电过程的关键参数，玻尔兹曼方程和蒙特卡罗模拟法均需要电子碰撞电离截面作为输入变量，才能获得电子能量，电离系数，漂移速度等参数。因此，如何获得准确的电子碰撞电离截面在研究气体绝缘性能上至关重要。电离截面主要通过实验和理论计算获得，两者均有各自的优缺点。虽然实验方法测得的电离截面相对而言更为准确，但是因其实验设备和操作方法的各不相同，测量结果也会有一定的误差。并且从成本和时效上，实验法远远不如理论计算。更为重要的是，在实验之前，理论计算结果可以为实验数据提供参考，方便及时地修正以及改进。

为了获得准确的电子碰撞电离截面，国内外研究人员根据不同的计算方法进行了广泛的研究。在现有的技术中，通常采用BEB公式计算分子的电子碰撞电离截面，由于电子结合能受分子结构计算方法的影响，且没有统一的标准选择分子结构计算方法，电子碰撞电离截面的计算值往往因其计算方法的不同而不同，更为重要的是，对于原子数量较多的分子，在低电子入射能量阶段，计算出的电子碰撞电离截面往往大于实验值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种多原子分子电子碰撞电离截面的计算方法，解决了现有技术中计算出的电子碰撞电离截面往往大于实验值的技术问题。

本发明提供了一种多原子分子电子碰撞电离截面的计算方法，括以下步骤：

步骤1：选择CF₃CN分子作为测试分子，计算其电子碰撞电离截面，筛选出分子结构计算方法；

步骤2：在量子化学软件中搭建C₄F₇N分子模型；

步骤3：优化分子结构；

步骤4：计算分子轨道参数；

步骤5：确定参与碰撞过程的分子轨道数量；

步骤6：基于修正后的BEB公式计算分子的总电子碰撞电离截面。