高Z元素重离子碰撞过程的理论研究

Heavy particle collisions, including excitation, ionization, charge transfer and the dissociation process for the molecular target, have been recognized as the important processes in the astronomical and laboratory plasma environment. The charge transfer can influence the ionization balance and the energy transport of the plasma. The collision between high Z ions and atoms or molecules is a many-body and multi-central problem, involving the strong correlations between the projectile and the target. How to treat the heavy particle collision process with many competitive reaction channels is a big challenge. In this project, to investigate the single and double electron charge transfer and charge exchange ionization process of the high Z ions with the atomic or molecular target, we’ll extend the multi-reference configuration interaction method to calculate the accurate structure parameters and the interaction matrix element, and then develop the quantum molecular orbital close-coupling method in the low collision energy region, the atomic orbital close-coupling method in the middle energy region, and also the time-dependent density functional theory in the middle and high energy region. Thought comparison, the accuracy of the experimental results and different theoretical methods can be achieved, along with the suitable application region for different calculation scheme. The heavy particle collision parameters of W and Xe ions, obtained though this project can be applied in ITER fusion project and astronomical research work.

重粒子碰撞过程包括弹性过程、以及激发、电离、电荷转移、分子靶的解离等非弹性过程，它广泛存在于天体及实验室等离子体环境中，对体系的电离平衡和能量输运都有重要影响。高核电荷数离子与原子（分子）碰撞过程，涉及入射粒子和靶的多中心、多体强关联效应；相互竞争的反应通道也很多，高精度地处理这些碰撞过程，是对理论工作的挑战。在低能碰撞区，本项目将在提高多参考组态相互作用的量子化学计算精度的基础上，拓展全量子分子轨道强耦合方法；在中能区，发展原子轨道强耦合方法；在中高能区，发展含时密度泛函理论方法，来研究高Z离子与原子（分子）碰撞的单、双电荷转移以及转移电离过程。通过比较实验数据与不同的理论结果，探讨各种理论方法的适用范围，同时研究电子关联效应和相对论效应对碰撞过程的影响。本项目得到的W和Xe等离子的碰撞结果，还可以为ITER聚变及航天等领域的研究提供急需的重粒子碰撞参数。

重粒子碰撞过程包括弹性过程、以及激发、电离、电荷转移、分子靶的解离等非弹性过程，它广泛存在于天体及实验室等离子体环境中，对体系的电离平衡和能量输运都有重要影响。高核电荷数离子与原子（分子）碰撞过程，涉及入射粒子和靶的多中心、多体强关联效应；相互竞争的反应通道也很多，高精度地处理这些碰撞过程，是对理论工作的挑战。通过本项目的研究，我们结合多参考组态相互作用MRD-CI与MOLPRO量子化学程序，提高了分子结构与相互作用参数的计算精度，发展了赝态方法描述里德堡态以及自电离态的作用，拓展全量子分子轨道强耦合方法的应用范围，可以处理更高离化态的高原子序数离子的低能碰撞过程；在中能区，探索使用不同的相互作用的形式，发展了原子轨道强耦合方法；在中高能区，通过引入反转碰撞框架，发展了含时密度泛函理论方法，来研究入射离子包含多个活跃电子的高Z离子与原子（分子）碰撞的多重电荷转移以及转移电离过程。通过比较实验数据与不同的理论结果，探讨各种理论方法的适用范围以及电荷转移因子的重要性，同时研究电子关联效应和相对论效应。本项目得到的He2++Li，Be3+/ B4++He，N3+/ N4++He，O6++He, He2+ + Ne，Arq+ + Ne (q=1 - 6)，H++CO，Nd++Nd, Gd++Gd 等碰撞电荷转移、电离等结果，还可以为核R聚变、航空及航天等领域的研究提供急需的重粒子碰撞参数。