R矩阵方法研究极性星际有机分子的低能电子碰撞截面及共振态

Electron collision process is important for astrophysics, plasmas physics, fusion science, atmospheric physics and bio-physics. The strong polarity of molecules make the direct measurement of integral cross sections very challenging because of the difficulties associated with making the measurements at low angles. The resonant states forming in electron-molecule scattering may cause the bond break, which are the major cause of radiation damage within biomolecules and very important in low-energy electron attachment dissociative experiments. Due to the lack of reliable theoretical calculations, the microscopic mechanism of dissociative electron attachment experiments is limited to small molecules. With this project, R-matrix method will be used to study low-energy collisions with polar interstellar molecules. The elastic integral, differential, and momentum transfer cross sections are obtained and polarization effects on cross section are investigated. The excitation cross sections are also obtained. The electron-molecule resonant states are detected, and their position, width and dominated configuration are obtained. Through these studies, cross sections will be provided for astrophysics and plasmas physics, the nature of electron-molecule resonant states will be clarified which helps to understand the mechanism of radiation damage within complex molecules and guides the low-energy electron resonant attachment experiments. And a method to describe the polarization of target molecules will be developed.

电子分子碰撞过程在天体物理、等离子体物理、惯性约束核聚变、大气物理和生物物理中有非常重要的运用。极性分子的微分截面在小角度呈现前向散射结构，给实验测量带来挑战，使得难于获得低能量端的积分截面。低能入射电子贴附到靶分子空轨道上形成的共振态可引起化学键的断裂，是生物体系辐射损伤的主要原因，在解离性电子贴附实验中极为重要，然而由于缺乏可靠的理论分析计算，该类实验微观机理研究目前局限在小分子上。本项目采用R-matrix理论方法，研究低能电子与复杂极性星际有机分子的弹性散射积分截面、微分截面和动量转移截面；预测电子碰撞激发截面；探讨极化作用对碰撞截面的影响；探测存在的电子分子共振态。通过本项目研究，为天体物理和等离子体物理提供可靠的截面数据，弥补实验测量的不足；阐明电子分子共振态的形成机理，为理解复杂体系辐射损伤机制和解离性电子贴附实验研究提供指导；并尝试发展精确描述靶分子极化的方法。

电子分子碰撞过程在天体物理、等离子体物理、惯性约束核聚变、大气物理和生物物理中有非常重要的运用。极性分子的微分截面在小角度呈现前向散射结构，给实验测量带来挑战，使得难于获得低能量端的积分截面。当生物分子在受到高能辐射发生电离，电子是主要的次级粒子。这些低能电子会贴附到周围的生物分子上面，形成共振态导致分子中某些化学键发生断裂，因此低能电子在辐射损伤中起着至关重要的作用，是生物体系辐射损伤的主要原因，在解离性电子贴附实验中极为重要，然而由于缺乏可靠的理论分析计算，该类实验微观机理研究目前局限在小分子上。. 课题组使用R矩阵方法先后研究了生物分子H2CN的低能电子散射截面和共振态，报道了NH2CN分子的势形共振态与CN单键解离的关系，讨论了多通道耦合效应对CH2分子低能电子散射截面，激发截面和共振态的影响，评估了激发截面的不准确度；同时我们也报道GeH2和CH2XCH2(X=O,S)这些分子的低能电子弹性散射截面和激发截面，标识了存在的电子分子共振态。通过本项目研究，为天体物理和等离子体物理提供可靠的截面数据，弥补实验测量的不足；阐明电子分子共振态的形成机理，为理解复杂体系辐射损伤机制和解离性电子贴附实验研究提供指导；并尝试发展精确描述靶分子极化的方法。