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《中国科学技术大学》 2012年
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多原子分子的低能电子散射动力学理论研究

王永峰  
【摘要】:电子与多原子分子散射过程在天气物理、等离子体物理以及生物体系的辐射损伤中都是非常重要的过程。首先,为了进一步的探究辐射对生物分子的电子诱导损伤机理,我们利用单中心展开结合模型相互作用势的方法对低能电子与生物分子的散射动力学过程展开了理论研究,我们研究的生物分子有DNA碱基异构体、半胱氨酸和胱氨酸、丝氨酸分子的异构体。其次,基于甲硫醛和甲酰胺分子在天体物理和光化学中的重要作用,我们又利用R-matrix方法对甲硫醛和甲酰胺分子的低能电子散射动力学过程展开了研究。 在低能电子贴附到DNA碱基(腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶)分子的异构体上形成形状共振态(shape resonance)中,存在两种不同类型的芡振态,π*和σ*共振态。此外对于嘌呤和嘧啶分子我们分别观察到四个和三个π*共振态。通过比较同一个碱基的不同异构体,发现在π*共振态的能量位置和波函数都存在明显的异构化引起的差异。在本工作中我们首次探究并发现了DNA碱基的异构化效应对共振态的影响。 在低能电子与半胱氨酸和胱氨酸的散射动力学研究中,我们关注的是形状共振态及其解离动力学。在解离动力学机制的已有研究中,主要讨论同一个共振态对分子中不同的化学键断裂的选择性上。而在本工作中,通过瞬态负离子(temporary negative ion, TNI)的一维复势能曲线的计算,我们提出了另外一种机制,不同的共振态与分子中特定化学键直接断裂之间的清晰关系。此外胱氨酸的最低共振态的波函数显示出了明显的局域σ*(S-S)反键轨道的特征,这表明双硫键在低能解离性电子贴附(dissociation electron attachment, DEA)中很容易断裂。 在低能电子与丝氨酸异构体的散射动力学理论研究中,一方面发现了异构化效应对于形状共振态及其解离动力学的影响,另一方法还发现了不同的共振态与分子中特定键直接断裂之间的清晰关系。此外通过解离动力学的研究,还很好地解释了气相丝氨酸分子的解离性电子贴附(DEA)的实验结果。 在低能电子与甲硫醛的散射动力学的理论研究中,我们运用R-matrix方法首次计算了弹性积分散射截面、微分截面、动量转移截面和电子态激发的非弹性散射截而。在10eV能量范围内,发现了三个芯激发的形状共振态(core-excited shape resonances)和三个Feshbach共振态(Feshbach resonances)。通过执行系列的散射计算,证实了前两个芯激发的形状共振态可能会引起C=S键断裂并且产生S-(2P)离子和处于不同电子态的CH2中性碎片。 在低能电子与甲酰胺的散射动力学的研究中,我们运用R-matrix方法结合静态交换势(static-exchange, SE)近似、静态交换加极化势(SE plus polarization,SEP)近似和密耦合(close-coupling, CC)近似计算了弹性散射截面,并且发现了最低的π*共振态分别处于4.55、2.25和2.67eV,表明该形状共振态的能量位置对于极化效应的处理是非常敏感的。在CC近似下,我们还对微分截面、动量转移截面和电子态激发截面进行了计算,除了一个π*形状共振态之外,还发现了一个芯激发的形状共振态和三个Feshbach共振态,这些共振态在甲酰胺的低能解离性电子贴附(DEA)的实验中可能起着非常重要的作用。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:O643.12

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