Sections efficaces d'ionisation totale et différentielle en collision entre un atome d'azote et un ion sodium monochargé

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 14080 (2023) Citer cet article

78 accès

Détails des métriques

Nous présentons une étude théorique de l'ionisation de l'atome d'azote par un ion sodium chargé une seule fois en utilisant la méthode de Monte Carlo à trajectoire classique. Bien que nous souffrions d'un manque de données sur les sections efficaces de ce système de collision, la connaissance des sections efficaces de base est essentielle dans la science de la fusion, car cette réaction a des applications potentielles dans le diagnostic des plasmas de fusion magnétiquement confinés. Dans nos investigations, le système de collision Na+–N est réduit à un problème à trois corps. L'interaction entre les partenaires de collision est décrite par le potentiel du modèle de type Garvey. Les résultats de notre étude donnent un aperçu de la dynamique des interactions sodium-azote à charge unique. Les sections efficaces totales sont présentées dans la plage d'énergie d'impact comprise entre 10 keV et 10 MeV et comparées aux données expérimentales disponibles. Les sections efficaces différentielles simples et doubles sont présentées à des énergies de 30, 40, 50 et 60 keV liées aux énergies du plasma diagnostique utilisé dans la fusion nucléaire.

L'ionisation est l'un des phénomènes qui jouent un rôle majeur dans la physique des rayonnements et dans l'étude de la structure des atomes et des molécules1. De plus, il revêt également une importance significative dans l’étude du plasma de fusion. Dans les plasmas de fusion tokamak confinés magnétiquement, la distribution et les concentrations des ions d'impuretés excités ont un impact important sur les profils de bord du plasma. Pour mesurer les paramètres du plasma (c'est-à-dire la température, les concentrations d'impuretés et la densité) ainsi que la turbulence du plasma2, une méthode de diagnostic qui nécessite l'injection d'un faisceau atomique neutre rapide dans le plasma de bord est utilisée pour une résolution spatio-temporelle élevée. De nombreux atomes ont été utilisés comme faisceaux de diagnostic neutres, tels que l'hélium, le lithium et l'azote2,3,4,5,6. De plus, dans les réacteurs tokamak, le processus d’ensemencement d’azote est utilisé pour refroidir le plasma de bord7. Une raie d'émission est générée par la collision du faisceau atomique neutre avec les particules constitutives du plasma, les raies d'émission permettent une meilleure compréhension des profils de bord du plasma. Les méthodes de diagnostic précises reposent sur la connaissance des sections efficaces très précises des systèmes de collision dans le plasma de bord.

À des fins de diagnostic, l’hélium était le premier choix pour être utilisé comme faisceau de diagnostic. De nombreux modèles théoriques ont été utilisés pour étudier les processus d'ionisation dans les systèmes de collision impliquant de l'hélium. Cependant, en comparant les données théoriques et expérimentales de la section efficace différentielle double (DDCS), nous trouvons un écart significatif entre elles. En étudiant le DDCS par rapport à la distribution angulaire des électrons éjectés de l'atome d'hélium, Madison8 et Manson et al9 ont utilisé un potentiel Hartree-Fock pour obtenir des fonctions d'onde électronique liée et continue afin de calculer la section efficace différentielle dans l'approximation de Born d'onde plane pour les protons. et des projectiles d'électrons respectivement. Leurs résultats étaient en bon accord avec les données expérimentales à des énergies d'impact élevées. L'approximation CDW-EIS (continuum-distorted-wave-eikonal-initial-state) a été utilisée par Fainstein et al10 pour étudier la section efficace différentielle dans l'interaction entre l'atome d'hélium et les projectiles nus. La méthode CDW-EIS est une simplification de la méthode CDW11, tandis que la méthode CDW utilise une fonction d'onde coulombienne entièrement électronique, la méthode CDW-EIS utilise le comportement asymptotique de la fonction d'onde mentionnée (c'est-à-dire la phase coulombienne logarithmique)12. Les résultats de Fainstein et al10 présentaient un léger désaccord avec les données expérimentales à certains angles d'éjection. La méthode d'approximation de Born à ondes déformées à trois corps (3DWBA), utilisée pour étudier l'ionisation de l'hélium par des électrons de faible énergie en géométrie coplanaire, a été suggérée par Jones et Madison13. Le 3DWBA inclut l'interaction entre l'électron incident et l'électron éjecté, cette inclusion a conduit à un accord élevé avec les données expérimentales. D'autre part, Jones et al.14 ont utilisé les fonctions d'onde introduites par Alt et Mukhamedzhanov15 et Berakdar16 dans le 3DWBA, et les résultats calculés montrent moins de concordance avec les données expérimentales.