Elektron-iyon birleşmesi ve elektron-iyon çarpışmalı iyonlaşma, gaz fazında otoiyonlaşmaya karşı kararlı dianyonlar, dikatyonlar ve coulomb patlaması
Electron-ion recombination and electron impact ionization, gas phase dianions, dications stable with respect to autoionization and coulomb explosion
Yazar: AYŞE YUMAK
Danışman: PROF. DR. ZİKRİ ALTUN
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Elektron çarpmalı iyonlaşma ve elektron-iyon birleşme süreçleri, plazma parçacık dağılımını önemli ölçüde etkileyen atomik süreçlerin başında gelmektedir. Bu süreçlere ait tesir kesit ve oran katsayıları, plazma dinamiğinin modellenmesi, plazma spektrumunun analizi ve kararlı plazmalarının oluşturulması ile ilgili bilimsel öngörülerin yapılması için kritik öneme sahiptir. Bu nedenle, plazma içerisinde bulunan Na ve Mg konfigürasyonuna sahip Mg+, Ar7+, Kr25+, Sn39+, Xe43+, W63+, Al+-Zn18+, Kr24+, Mo30+ ve Xe42+ iyonlarının dâhil olduğu atomik süreçlere ait tesir kesit ve oran katsayıları hesaplanmıştır.Na konfigürasyonuna sahip iyonların elektron çarpmalı iyonlaşma tesir kesit ve oran katsayıları hem konfigürasyon ortalamalı hem de LSJ seviye ayrışımlı çarpıtılmış dalga yöntemlerinde hesaplanmıştır. Mg konfigürasyonuna sahip iyonların elektron-iyon birleşme süreçlerine ait tesir kesit ve oran katsayıları çok konfigürasyonlu Breit-Pauli yaklaşımı çerçevesinde AUTOSTRUCTURE programları kullanılarak hesaplanmıştır. Radyal orbitallerin hesabında Thomas-Fermi-Dirac-Amaldi model potansiyeli kullanılmıştır. Hızla çarpılmış tesir kesitleri paralel ve dik sıcaklıklara sahip Maxwellian hız dağılımı kullanılarak oran katsayılarına dönüştürülmüştür.Birden fazla negatif veya pozitif yüke sahip gaz fazındaki küçük moleküller, üzerlerindeki itici Coulomb kuvvetlerine rağmen, otoiyonlaşmaya karşı kararlılık göstererek kütle spektrometrelerinde gözlenebilecek bir ömre sahip olmaktadırlar. Bu kararlılığın altında yatan dinamiklerin araştırılması güncel öneme sahip bir araştırma konusudur. Bu nedenle, gaz fazında otoiyonlaşmaya karşı kararlı oldukları düşünülen dianyonlar ve üç atomlu dikatyonlarla ilgili hesaplamalar yapılmıştır. Bu hesaplamalar farklı model kimyaları çerçevesinde Gaussian 03W paket programı kullanılarak yapılmıştır.Konfigürasyon ortalamalı yaklaşımda elde edilen sonuçların çok daha fazla kaynak ve emek isteyen seviye ayrışımlı yaklaşımdan elde edilen sonuçlarla oldukça iyi uyum içerisinde oldukları bulunmuştur. Yüksek duyarlıklı rezonans enerjilerinin özellikle düşük sıcaklık elektron-iyon birleşme süreçleri için kritik önemde oldukları gösterilmiştir. Dianyonların ve üç atomlu dikatyonların termodinamik kararsızlıklarına rağmen en az bir kinetik kararlılığa sahip hallerinin varlıkları bulunmuştur.

Abstract:
Electron impact ionization and electron-ion recombination are among the atomic processes significantly affecting the plasma particle distribution. The cross sections and rate coefficients associated with these processes are critically important for the modeling of plasma dynamics, plasma spectrum analysis, and making scientific predictions for stable plasma formation. For this reason, the cross sections and rate coefficients for the atomic processes involving Mg+, Ar7+, Kr25+, Sn39+, Xe43+, W63+, Al+-Zn18+, Kr24+, Mo30+ and Xe42+ ions of Na and Mg configurations were calculated.Electron impact ionization cross sections and rate coefficients of ions of configurations were calculated in both configuration average and LSJ level resolved distorted wave approximations. Electron-ion recombination cross sections and rate coefficients of ions of Mg configuration were calculated in a multi configuration Breit-Pauli approximation using AUTOSTRUCTURE programs. Thomas-Fermi-Dirac-Amaldi model potential was used for the calculations of radial orbitals. Velocity times cross sections were converted to rate coefficients by using Maxwellian speed distribution with parallel and perpendicular temperatures.Small molecules in the gas phase with more than one negative or positive charge, despite the repulsive Coulomb forces on them, have observable lifetime in a mass spectrometer by being stable towards autoionization. The search for the underlying dynamics of this stability is a current research problem. For this reason, the calculations for dianions and triatomic dications likely to be stable in the gas phase with respect to autoionization were performed. These calculations were done in different model chemistries using Gaussian 03W program package.The results from configuration average calculations were found to be in good agreement with the results of computationally demanding level-resolved distorted wave approximations. Accurate resonance energies were found particularly very important for the calculations of low temperature electron-ion recombination processes. It was found that dianions and triatomic dications, despite their thermodynamic instabilities, have at least one kinetically stable state.