Простая импульсная модель прямой трехтельной рекомбинации и функция эффективности третьего тела


Просмотр статьи
PDF, 646,9 КБ

A simple hard sphere model of direct three-body recombination and the effectivity function of the third body

Recombination of ions is one of the important classes of elementary processes in low temperature plasma and chemical kinetics. The paper describes a simple hard sphere model of direct three-body recombination. In the framework of this model, the two recombining particles and the third body which withdraws excess energy from the recombining pair are represented by elastic balls of infinitesimal radii, only one encounter of the third body with the recombining particles during a given three-body collision being allowed. We have found the effectivity function of the third body, i.e., the dependence of the minimum possible (residual) internal energy of the recombination product on the collision energy of the recombining particles and the energy of collision of the third body with the recombining pair. The residual energy of the product molecule is expressed in terms of the masses of all the three particles, the potential well depth in this molecule, and both the collision energies by simple formulas. For recombination of the Cs+ and Br– ions in the presence of the Ar, Kr, Xe, Hg atoms, the hard sphere effectivity functions we have calculated differ drastically from the trajectory ones. This indicates the prevailing role of the effects connected with the topography of the potential energy surfaces and the dynamics of particle collisions.

direct three-body recombination, hard sphere model, two collision energies, effectivity function of the third body, potential well depth


Том 17, выпуск 3, 2016 год



Одним из важных классов элементарных процессов в низкотемпературной плазме и химической кинетике является рекомбинация ионов. В статье описана простая импульсная модель прямой трехтельной рекомбинации. В рамках этой модели две рекомбинирующие частицы и третье тело, отбирающее избыточную энергию от рекомбинирующей пары, представляются упругими шарами пренебрежимо малых радиусов, причем допускается только одно соударение третьего тела с рекомбинирующими частицами в течение данного акта трехтельного столкновения. Найдена функция эффективности третьего тела, т.е. зависимость минимально возможной (остаточной) внутренней энергии продукта рекомбинации от энергии столкновения рекомбинирующих частиц и энергии столкновения третьего тела с рекомбинирующей парой. Остаточная энергия молекулы-продукта выражается через массы всех трех частиц, глубину потенциальной ямы в этой молекуле и обе энергии столкновения посредством простых формул. Для рекомбинации ионов Cs+ и Br– в присутствии атомов Ar, Kr, Xe, Hg вычисленные “импульсные” функции эффективности резко отличаются от “траекторных”, что указывает на преобладающую роль эффектов, связанных с топографией поверхностей потенциальной энергии и динамикой столкновений частиц.

прямая трехтельная рекомбинация, импульсная модель, две энергии столкновения, функция эффективности третьего тела, глубина потенциальной ямы


Том 17, выпуск 3, 2016 год



1. Азриель В.М., Русин Л.Ю. Квазиклассическое траекторное моделирование трехтельной рекомбинации ионов Cs+ и Br– в присутствии атомов Kr, Xe и Hg // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2006. Т. 4. http://chemphys.edu.ru/issues/2006-4/articles/101/ (19 с.).
2. Азриель В.М., Кабанов Д.Б., Колесникова Л.И., Русин Л.Ю. Динамика рекомбинации ионов в низкотемпературной плазме // Изв. Акад. наук, сер. Энергетика. 2007. Вып. 5. С. 50–69.
3. Азриель В.М., Русин Л.Ю. Динамика прямой трехтельной рекомбинации ионов // Хим. физика. 2008. Т. 27. № 7. С. 5–18.
4. Кабанов Д.Б., Русин Л.Ю. Метод исследования детальной динамики элементарных процессов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2009. Т. 8. http://chemphys.edu.ru/issues/2009-8/articles/200/ (15 с.).
5. Колесникова Е.В., Кабанов Д.Б., Русин Л.Ю. Метод исследования граничных условий реализации элементарного процесса прямой трехтельной рекомбинации ионов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2010. Т. 10. http://chemphys.edu.ru/issues/2010-10/articles/321/ (27 с.).
6. Колесникова Е.В., Колесникова Л.И., Русин Л.Ю. Безградиентные методы оптимизации для исследований динамики элементарных процессов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2010. Т. 10. http://chemphys.edu.ru/issues/2010-10/articles/337/ (52 с.).
7. Azriel V.M., Kolesnikova E.V., Rusin L.Yu., Sevryuk M.B. Dynamical mechanisms of direct three-body recombination // J. Phys. Chem. A. 2011. V. 115. № 25. P. 7055–7064.
8. Kabanov D.B., Rusin L.Yu. Detailed dynamics of three-body recombination of ions in central collisions // Chem. Phys. 2012. V. 392. № 1. P. 149–159.
9. Колесникова Е.В., Русин Л.Ю. Оценка ошибок применения безградиентного метода к некоторым задачам динамики элементарных процессов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2012. Т. 13, вып. 1. http://chemphys.edu.ru/issues/2012-13-1/articles/303/ (20 с.).
10. Кабанов Д.Б., Русин Л.Ю. Механизмы прямой трехтельной рекомбинации атомарных ионов при центральном столкновении // Хим. физика. 2012. Т. 31. № 7. С. 16–27.
11. Колесникова Е.В., Русин Л.Ю. Стабилизация двухатомных продуктов рекомбинации тяжелых ионов // Хим. физика. 2012. Т. 31. № 9. С. 3–14.
12. Azriel V.M., Rusin L.Yu., Sevryuk M.B. Dynamics of two-stage direct three-body recombination of ions // Chem. Phys. 2013. V. 411. P. 26–34.
13. Ермолова Е.В., Русин Л.Ю. Эффективность третьего тела в прямой рекомбинации ионов // Хим. физика. 2014. Т. 33. № 5. С. 3–14.
14. Ермолова Е.В., Русин Л.Ю., Севрюк М.Б. Импульсная модель прямой трехтельной рекомбинации тяжелых ионов // Хим. физика. 2014. Т. 33. № 11. С. 12–25.
15. Азриель В.М., Колесникова Л.И., Русин Л.Ю. Статистическая динамика прямой трехтельной рекомбинации тяжелых ионов в присутствии атомов аргона и ксенона // Хим. физика. 2016. Т. 35. № 8. С. 3–10.
16. Ермолова Е.В., Русин Л.Ю. Эффективность стабилизации продуктов в прямой трехтельной рекомбинации. В издании: На стыке наук. Физико-химическая серия. II Международная научная Интернет-конференция (28 января 2014 года). Материалы конференции в двух томах. Сервис виртуальных конференций Pax Grid. Казань: ИП Синяев Д.Н., 2014. Том I. С. 125–137.
17. Азриель В.М., Колесникова Л.И., Русин Л.Ю. Статистическая динамика прямой трехтельной рекомбинации. В издании: На стыке наук. Физико-химическая серия. III Международная научная Интернет-конференция (29 января 2015 года). Материалы конференции в двух томах. Сервис виртуальных конференций Pax Grid. Казань: ИП Синяев Д.Н., 2015. Том I. С. 5–15.
18. Ермолова Е.В., Кабанов Д.Б., Русин Л.Ю., Севрюк М.Б. Детальная динамика стабилизации продуктов рекомбинации тяжелых ионов в области энергий от 0.01 эВ до 10 эВ. В издании: На стыке наук. Физико-химическая серия. III Международная научная Интернет-конференция (29 января 2015 года). Материалы конференции в двух томах. Сервис виртуальных конференций Pax Grid. Казань: ИП Синяев Д.Н., 2015. Том I. С. 96–110.
19. Ермолова Е.В., Русин Л.Ю., Севрюк М.Б. Модель жестких сфер в теории прямой трехтельной рекомбинации ионов. В издании: На стыке наук. Физико-химическая серия. III Международная научная Интернет-конференция (29 января 2015 года). Материалы конференции в двух томах. Сервис виртуальных конференций Pax Grid. Казань: ИП Синяев Д.Н., 2015. Том I. С. 111–121.
20. Колесникова Е.В. Разработка программного комплекса для определения оптимальных условий прямой трехтельной рекомбинации ионов Cs+ и Br– с участием третьего тела. Дипломная работа. М.: МИСиС, 2008. 136 с.
21. Азриель В.М. Траекторное моделирование динамики столкновительно-индуцированной диссоциации и ионной рекомбинации. Дисс. на соискание ученой степени докт. физ.-мат. наук. М.: ИНЭПХФ РАН, 2008. 299 с.
22. Ермолова Е.В. Динамика процессов прямой трехтельной рекомбинации тяжелых ионов. Дисс. на соискание ученой степени канд. физ.-мат. наук. М.: ИНЭПХФ РАН им. В.Л. Тальрозе, 2013. 187 с.
23. Русин Л.Ю., Колесникова Е.В., Акимов В.М., Кабанов Д.Б., Колесникова Л.И., Попов Б.Е. Разработка программного комплекса для определения оптимальных условий прямой трехтельной рекомбинации ионов Cs+ и Br– с участием третьего тела. Отчет во ВНТИЦ. М.: ИНЭПХФ РАН, 2008. 150 с. Инвентарный номер 02200 803401.
24. Русин Л.Ю., Азриель В.М., Акимов В.М., Кабанов Д.Б., Колесникова Е.В., Колесникова Л.И., Попов Б.Е. Траекторное моделирование динамики прямой трехтельной рекомбинации ионов Cs+ и Br– в присутствии атомов Kr, Xe и Hg. Отчет во ВНТИЦ. М.: ИНЭПХФ РАН, 2008. 46 с. Инвентарный номер 02200 803602.
25. Русин Л.Ю., Кабанов Д.Б., Азриель В.М., Акимов В.М., Колесникова Е.В., Колесникова Л.И., Попов Б.Е. Детальная динамика элементарных процессов образования и рекомбинации ионов в области энергий столкновения от 0.1 до 10 эВ. Отчет во ВНТИЦ. М.: ИНЭПХФ РАН, 2008. 78 с. Инвентарный номер 02200 803603.
26. Русин Л.Ю., Колесникова Е.В., Колесникова Л.И., Кабанов Д.Б. Определение диапазонов значений кинематических параметров прямой трехтельной рекомбинации ионов Cs+ и Br– с участием третьего тела. Отчет во ВНТИЦ. М.: ИНЭПХФ РАН, 2009. 57 с. Инвентарный номер 02200 900519.
27. Русин Л.Ю., Колесникова Е.В., Колесникова Л.И., Кабанов Д.Б. Обзор и сравнение безградиентных методов оптимизации применительно к задаче определения оптимальных кинематических параметров прямой трехтельной рекомбинации ионов Cs+ и Br– с участием третьего тела. Отчет в ЦИТиС. М.: ИНЭПХФ РАН, 2010. 83 с. Инвентарный номер 02201 050101.
28. Русин Л.Ю., Колесникова Е.В., Колесникова Л.И., Кабанов Д.Б. Количественное сравнение безградиентных методов оптимизации для определения оптимальных кинематических параметров прямой трехтельной рекомбинации ионов. Отчет в ЦИТиС. М.: ИНЭПХФ РАН, 2010. 114 с. Инвентарный номер 02201 056569.
29. Русин Л.Ю., Азриель В.М., Акимов В.М., Кабанов Д.Б., Колесникова Е.В., Севрюк М.Б. Статистическая и детальная динамика образования, обменных процессов и рекомбинации ионов в низкотемпературной плазме. Отчет в ЦИТиС. М.: ИНЭПХФ РАН, 2012. 72 с. Инвентарный номер 02201 261712.
30. Nelder J.A., Mead R. A simplex method for function minimization // Computer J. 1965. V. 7. № 4. P. 308–313. Erratum: Computer J. 1965. V. 8. № 1. P. 27.
31. Маергойз А.И., Никитин Е.Е., Русин Л.Ю. Динамика образования ионов при столкновительной диссоциации двухатомных молекул. В книге: Химия плазмы. Вып. 12. Под ред. Б.М. Смирнова. М.: Энергоатомиздат, 1985. С. 3–55.
32. Ленин Л.В., Русин Л.Ю., Севрюк М.Б. Процессы диссоциации и комплексообразования при столкновениях молекул галогенидов цезия с атомами инертных газов и ртути: импульсная модель. Деп. в ВИНИТИ 10.12.1991, № 4561-В91. 189 с.
33. Севрюк М.Б. Динамический анализ атомно-молекулярных столкновений. Дисс. на соискание ученой степени докт. физ.-мат. наук. М.: ИНЭПХФ РАН, 2003. 312 с.
34. Русин Л.Ю., Севрюк М.Б. Импульсная модель в теории атомно-молекулярных столкновений: аннотированная библиография вплоть до 1991 года. Отчет в ЦИТиС. М.: ИНЭПХФ РАН им. В.Л. Тальрозе, 2015. 108 с. Регистрационный номер 215100 170008.