질소 원자와 단일 전하를 띤 나트륨 이온이 충돌할 때의 총 이온화 및 차등 이온화 단면적

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14080(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

우리는 고전적인 궤적 몬테카를로 방법을 사용하여 단일 전하를 띤 나트륨 이온에 의한 질소 원자의 이온화에 대한 이론적 연구를 제시합니다. 이 충돌 시스템의 단면 데이터가 부족하지만 핵융합 과학에서는 기본 단면에 대한 지식이 필수적입니다. 왜냐하면 이 반응은 자기적으로 제한된 핵융합 플라즈마 진단에 잠재적으로 응용할 수 있기 때문입니다. 우리의 조사에서 Na+-N 충돌 시스템은 삼체 문제로 축소되었습니다. 충돌 파트너 간의 상호 작용은 Garvey 유형 모델 잠재력으로 설명됩니다. 우리 연구의 결과는 단일 전하를 띤 나트륨-질소 상호 작용의 역학에 대한 통찰력을 제공합니다. 총 단면적은 10keV에서 10MeV 사이의 충격 에너지 범위로 제시되었으며 이를 이용 가능한 실험 데이터와 비교했습니다. 단일 및 이중 차동 단면은 핵융합에 사용되는 플라즈마 진단 에너지와 관련된 30, 40, 50 및 60 keV 에너지로 표시됩니다.

이온화는 방사선 물리학과 원자 및 분자의 구조를 연구하는 데 큰 역할을 하는 현상 중 하나입니다1. 또한, 이는 핵융합 플라즈마 연구에서도 매우 중요합니다. 토카막 자기적으로 제한된 융합 플라즈마에서 여기된 불순물 이온 분포와 농도는 플라즈마 가장자리 프로파일에 큰 영향을 미칩니다. 플라즈마 매개변수(예: 온도, 불순물 농도 및 밀도)와 플라즈마 난류2를 측정하기 위해 빠른 중성 원자 빔을 가장자리 플라즈마에 주입해야 하는 진단 방법이 높은 시공간 해상도를 위해 사용됩니다. 헬륨, 리튬, 질소 등 많은 원자가 중성 진단빔으로 사용되었습니다2,3,4,5,6. 또한 토카막 원자로에서는 가장자리 플라즈마를 냉각하기 위해 질소 시딩 프로세스가 활용됩니다7. 방출선은 중성 원자빔과 플라즈마의 구성 입자의 충돌에 의해 생성되며, 방출선을 통해 가장자리 플라즈마 프로파일을 더 잘 이해할 수 있습니다. 정확한 진단 방법은 가장자리 플라즈마에 있는 충돌 시스템의 매우 정확한 단면에 대한 지식에 의존합니다.

진단 목적을 위해 헬륨이 진단 빔으로 사용되는 첫 번째 선택이었습니다. 헬륨과 관련된 충돌 시스템의 이온화 과정을 연구하기 위해 많은 이론적 모델이 사용되었습니다. 그러나 이중 미분 단면적(DDCS)의 이론 데이터와 실험 데이터를 비교해 보면 둘 사이에 상당한 차이가 있음을 알 수 있습니다. DDCS와 헬륨 원자에서 방출된 전자의 각도 분포를 연구하면서 Madison8과 Manson 등9은 Hartree-Fock 전위를 사용하여 결합 및 연속 전자 파동 함수를 얻어 양성자에 대한 평면파 Born 근사치의 미분 단면을 계산했습니다. 그리고 각각 전자 발사체. 그들의 결과는 높은 충격 에너지에서의 실험 데이터와 잘 일치했습니다. CDW-EIS(Continuum-distorted-wave-eikonal-initial-state) 근사법은 Fainstein et al10에 의해 헬륨 원자와 노출된 발사체 사이의 상호 작용에서 미분 단면적을 연구하기 위해 사용되었습니다. CDW-EIS는 CDW 방법11을 단순화한 반면, CDW 방법은 전체 전자 쿨롱 파동함수를 사용하고, CDW-EIS 방법은 언급된 파동함수(즉, 로그 쿨롱 위상)의 점근적 동작을 사용합니다. Fainstein et al10의 결과는 특정 방출 각도에서 실험 데이터와 약간의 불일치가 있었습니다. 동일 평면 기하학에서 저에너지 전자에 의한 헬륨 이온화를 연구하는 데 사용된 3체 왜곡파 보른 근사법(3DWBA) 방법은 Jones와 Madison13에 의해 제안되었습니다. 3DWBA에는 입사 전자와 방출 전자 사이의 상호 작용이 포함되어 있으며, 이 포함은 실험 데이터와 높은 일치를 가져왔습니다. 반면 Jones et al14은 3DWBA에서 Alt와 Mukhamedzhanov15, Berakdar16이 도입한 파동 함수를 사용했는데, 계산된 결과는 실험 데이터와 덜 일치하는 것으로 나타났습니다.