Автореферат (Неупругие процессы при взаимодействии полей тяжёлых ионов и ультракоротких импульсов электромагнитного поля с атомными системами), страница 2

На основе непертурбативных подходах развить теорию по расчёту спектровпереизлучения ультракороткого импульса электромагнитного поля многоатомными системами.5. Изучить взаимодействие двухмодовых квантованных электромагнитных полей с атомами вещества.6. Развитие теории по расчёту спектров переизлучения и сечений ионизациипри взаимодействии ультракоротких импульсов электромагнитного поля иполей ионов с динамическими мишенями.Научная новизна заключается в развитии теорий по расчётам неупругих процессов при взаимодействии полей тяжёлых ионов и ультракоротких импульсов электромагнитного поля с многоатомными и динамическими системами, а также получение, по возможности, основных закономерностей в аналитическом виде:1.

На основе приближения эйконала развита теория по расчётам сечений многократной ионизации (степень ионизации от 1 до 4) быстрых тяжелых высокозарядных структурных ионов при столкновениях с многоатомными системами, с учетом всевозможных возбуждений и ионизации, как снаряда,так и мишени. Развита непертурбативная теория потерь энергии быстрыми тяжелыми высокозарядными структурными ионами при столкновенияхсо сложными молекулами и наночастицами, с учетом всевозможных возбуждений и ионизации, как снаряда, так и мишени. Показано, что эффекткратности столкновений приводит к значительному увеличению обдиркиионного пучка, что можно использовать в ускорительных комплексах.2. Развита непертурбативная теория расчетов потерь энергии на сложных атомах. Показано, что учет введённых непертурбативных оболочечных поправок приводит к заметному улучшению согласия с экспериментом по срав-7нению с расчетами по формуле Бете-Блоха со стандартными поправками.Показано, что теория Бете-Блоха появляется в частном случае нашей теории.

Также установлено, что непертурбативная оболочечная поправка может давать вклад до 50% к теории Бете-Блоха. Развит метод расчёта выходакластеров при ионном распылении твёрдого тела.3. Развита непертурбативная теория расчетов флуктуации потерь энергии насложных атомах. Введена поправка к известной теории Титейка по расчёту флуктуаций потерь энергии. Показано, что теория Титейка являетсячастным случаем нашего подхода. На основе анализа полученных выражений показано, что вклад нашей поправки к теории Титейка может бытьв несколько раз больше (до десяти раз!) результатов рассчитываемых поформуле Титейка, что подтверждено экспериментами. Также проведенырасчёты флуктуации потерь энергии с учётом размеров иона, установлено,что размер иона может давать существенный вклад к теории, где размериона не учитывается, что также подтверждает эксперимент.4.

На основе модельных методов развиты теории для расчёта поляризационной поправки, потерь энергии и флуктуации потерь энергии при столкновении структурного иона любой зарядности с атомами вещества при скоростях иона близкими к атомным v ∼ 1. Показано, что при v >> 1 полученные выражения переходят в известные ранее теории.5. На основе непертурбативных подходах развита теория по расчёту спектровпереизлучения ультракоротких импульсов электромагнитного поля многоатомными регулярными структурами, а также структурами совершающимитепловые колебания атомов. Кроме того, получены простые аналитическиевыражения по расчёту спектров переизлучения многоэлектронными атомами.

Показано, что учет квантованных электромагнитных полей приводит синтенсивной генерации квантово-запутанных фотонов.6. Развита теория по расчёту спектров переизлучения ультракоротких импульсов электромагнитного поля на динамических мишенях, таких как сталкивающийся атом водорода с протоном, релаксирующий атом, оже-переходы.Развитый подход распространён на столкновения ионов с динамическимимишенями, где рассчитываются сечения ионизации.8Достоверность и научная обоснованность полученных результатов ивыводов обеспечивается надёжностью применяемых методов расчёта, тщательным тестированием применяемых алгоритмов и программ, а также сравнениемс результатами расчётов других авторов и экспериментами.Методология и методы исследований.

Методологической основойдиссертационной работы являлись известные приближения квантовой физики иквантовой электродинамики - приближение эйконала, приближение внезапныхвозмущений, теория возмущений, метод вторичного квантования в применениик теории излучения. Кроме того, в диссертационной работе использовались модельные методы, основанные на точном решении уравнения Шредингера. Также, некоторые численные расчёты проводились используя языки программирования C++ и MATHEMATICA.Научная и практическая ценность работы.

Проведено распространение новых непертурбативных теории атомных столкновений, специализированных для описания неупругих процессов при взаимодействии релятивистскихи ультрарелятивистских структурных ионов с изолированными атомами, наслучаи столкновений с двух- и многоатомными системами. Получены выражения и теория по расчёту нового эффекта - эффект кратности столкновений. Показано, что этот эффект можно использовать в ускорительных комплексах для существенного увеличения обдирки ионного пучка.

На основе приближения эйконала развита теория по расчёту ионизационных потерь энергиии флуктуации потерь энергии, получены выражения в виде поправок к общепринятым теориям. Полученные поправки дают большой вклад по отношениюк известным теориям и хорошее согласие с экспериментом. На основе модельных методов развиты теории для расчёта поляризационной поправки, потерьэнергии и флуктуации потерь энергии при столкновении структурного ионалюбой зарядности с атомами вещества при скоростях иона близкими к атомным v ∼ 1 и v больше атомных.

Впервые получены выражения для спектровпереизлучения ультракороткого импульса электромагнитного поля многоатомными регулярными структурами с учётом тепловых колебаний атомов. Показано, что учет квантованных электромагнитных полей приводит с интенсивнойгенерации квантово-запутанных фотонов. Проведены исследования по взаимодействию ультракоротких импульсов электромагнитных полей и полей иона сдинамическими системами. Решено уравнение Шредингера при взаимодействии9аттосекундных и меньших длительности импульсов с многоэлектронными атомами. Показано, что магнитная составляющая электромагнитного поля можетдавать существенный вклад в неупругие процессы и процессы рассеяния придостаточно сильных электромагнитных полях.Результаты полученные в ходе выполнения диссертации планируется использовать в ОИЯИ (Дубна, Россия) для проекта NICA.

Также полученныерезультаты могут быть использованы на ускорителях тяжёлых ионов в другихнаучных лабораториях. Кроме того, результаты могут быть использованы втаких отраслях как: радиационные повреждения, ядерные реакторы, спектроскопия с высоким временным разрешением. Результаты таких исследованийпредставляют интерес для многих конкретных областей физической электроники, атомной и ядерной физики.Связь с плановыми работами.Работа выполнялась в рамках плановых научно-исследовательских работкафедры фундаментальной и прикладной физики Высшей школы естественныхнаук и технологий Северного (Арктического) федерального университета им.М.В.

Ломоносова. Работа была выполнена в рамках проектов, где руководителем являлся автор диссертации - грант Президента Р.Ф., (№МК-3592.2011.2,2011-2012 г.); стипендия Президента РФ молодым учёным и аспирантам (№СП2046.2012.1, 2012-2014 г.); грант РФФИ (№13-02-07017 Д, 2013 г.), грант САФУим.

М.В. Ломоносова (лот №2.1.5, 2014 г.); стипендия Президента РФ молодымучёным и аспирантам (№СП-1800.2015.1, 2015-2017 г.); грант Президента Р.Ф.,(№МК-6289.2018.2, 2018-2019 г.). Кроме того, работа выполнялась в рамках других проектов, где автор диссертации являлся исполнителем - гранты РФФИ(№08-02-00711-а, №08-02-98801-р-север-а, №15-02-01894 А), ФЦП Министерстваобразования Российской федерации "Научные и научно-педагогические кадрыинновационной России"(соглашение №14.А18.21.1302.), проектная часть государственного задания (заявка №1726).Основные положения, выносимые на защиту:1. Теория и методы расчёта сечений многократной ионизации (степень ионизации от 1 до 4) и потерь энергии при столкновениях быстрых тяжелыхвысокозарядных структурных ионов с многоатомными системами.2.

Теория и расчет вклада эффекта кратности столкновений и ориентациимногоатомной мишени относительно направления движения снаряда в про-10цессы потерь энергии, например, молекулой XeF4 и нанотрубкой C300 . Показать, что эффект кратности столкновений приводит к значительным изменениям эффективного торможения при изменении ориентации мишени,при хаотической же ориентации этот эффект малозначителен.3. Теория и расчет потерь энергии на сложных атомах, позволяющий учитывать непертурбативные оболочечные поправки, где теория Бете-Блохаявляется частным случаем нашего подхода. Показать, что учет непертурбативных оболочечных поправок приводит к заметному улучшению согласия с экспериментом по сравнению с расчетами по формуле Бете-Блоха состандартными поправками.4. Теория и расчет флуктуации потерь энергии на сложных атомах.

Показано,что вклад нашей поправки к теории Титейка может быть в несколько разбольше (до десяти раз и более) результатов рассчитываемых по формулеТитейка и привести сравнение с экспериментальными данными. Показать,что учёт размеров иона может давать существенный вклад к теории, гдеразмер иона не учитывается, что также подтвердить экспериментами.5. Модельные методы, на основе которых получены выражения для: поляризационной поправки, потерь энергии и флуктуации потерь энергии пристолкновении структурного иона любой зарядности с атомами вещества прискоростях иона близкими к атомным v ∼ 1, также что при v >> 1 полученные выражения переходят в известные ранее теории.6. Теория по расчёту спектров переизлучения ультракоротких импульсов электромагнитного поля многоатомными регулярными структурами, а такжеструктурами совершающими тепловые колебания атомов.7.