電子と酸素分子の衝突...j.chem.phys. 98, 9560 (1993)...
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電子と酸素分子の衝突
断面積データ
市川行和
J. Phys. Chem. Ref. Data 38, 1 (2009)
Itikawa et al., J.Phys.Chem.Ref.Data 18, 23 (1989) (JPCRD89)
JPCRD89
抜けていたもの
Qvib
(non-resonance, v=0→1)
Qion
(O2+
生成)
Qdiss
(Qm
)
JPCRD89
大幅に修正が必要なもの
Qvib
(resonance)
Qexc
0.001
0.01
0.1
1
10
cros
s se
ctio
n (1
0 –1
6 cm
2 )
0.01 0.1 1 10 100 1000electron energy (eV)
totelas
mom v=0-1
ion (tot)
ion (diss)
diss
exc (B)
exc (a)
exc (b)
e + O2
rot (1-3) Born
v=0-1 resonance
emis (1N)attach
Itikawa JPCRD 2009
トピックス
(I)
共鳴(<
1 eV)(II)
解離
(III)
電子状態励起
(I)
共鳴(<1 eV)
共鳴寿命
≫
振動周期
共鳴状態(負イオン)の振動構造を考慮する
必要あり
e + O2 (v=0) → O2−
**(v") → e + O2 (v')
LinderZ.Naturf. 26a, 1617(1971)
(I)
共鳴(<1 eV)
共鳴幅はきわめて小さい
→
実験で決めることは不可能
実験値は断面積を共鳴ピークについて積分し たもの(Qres
∙ΔE)を与える
JPCRD89では
ΔE(理論値)を採用してQres
を決めた
JPCRD89
(I)
共鳴(<1 eV)
新しいデータ
実験
Allan J.Phys.B
28, 5163 (1995)
理論
Higgins J.Phys.B
28, 3391 (1995)
Allan J.Phys.B 28, 5163 (1995)
0.01
0.1
1
10
cros
s se
ctio
n (1
0 –16
cm
2 )
0.12 3 4 5 6 7 8
12 3 4 5 6 7 8
102 3 4 5
electron energy (eV)
v=0 → 1
v=0 → 2
v=0 → 1 resonance
v=0 → 2 resonance
e + O2 vibrational excitation
Allan J.Phys.B 28, 5163 (1995)
Allan J.Phys.B 28, 5163 (1995)
(I)
共鳴(<1 eV)
弾性散乱
効果あり(DCSのみデータあり)
回転励起
不明
振動励起
効果あり
全散乱断面積
あり(定性的)
応用上は影響なし?
(幅が狭すぎる)
(II)解離
e + O2 →
O + O + e
実験
P.C.Cosby, J.Chem.Phys. 98, 9560 (1993)
高速中性粒子は半導体検出器で検出可
AB (高速)
+ e →
A(高速)
+ B(高速)
+ e
A, Bを同時に検出すれば解離断面積が求まる[高速の中性分子ビームは分子イオンを気体中
で電荷交換して作る]
Cosby: N2, O2, CO に応用
高速標的ビームを用いた 解離断面積の測定
高速ビーム法(Cosby)
CO→C+O の例
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
cros
s sec
tion
(10 –
16 c
m2 )
200150100500electron energy (eV)
e + O2 dissociation for neutral products
3種類の解離機構
e + O2 →
O + O + e 中性解離
O + O+ + 2e 解離イオン化
O + O−
解離付着
0.001
0.01
0.1
1
cros
s se
ctio
n (1
0 -16 c
m2 )
12 3 4 5 6 7 8 9
102 3 4 5 6 7 8 9
1002
electron energy (eV)
e + O2 dissociation
O + O + e
O + O–
O + O+ + 2e
解離に関する最近の review
J.W. McConkey et al.Phys. Rep. 466, 1 (2008)
Electron impact dissociation of oxygen- containing molecules – A critical review
dissociative excitation (emission) も含む
e + O2 →
O + O* + e
(III)電子状態励起
状態 励起エネルギー(eV)
B 3Σu- 6.120
A 3Σu+ 4.340
C 3∆u 4.262
c 1Σu- 4.050
b 1Σg+ 1.627
a 1∆g 0.977
X 3Σg- 0
励起断面積データのある電子状態
O2 (X) →
O2 (B 3Σu−)
実験
Wakiya J.Phys.B 11, 3913 (1978)
Shyn et al. Phys.Rev A 50, 4794 (1994)
WakiyaJ.Phys.B 11, 913 (1978)
5
6
789
0.1
2
3
4
5
6
789
1
2
3
4
5
cros
s se
ctio
n (1
0 -16
cm
2 )
5 6 7 8 910
2 3 4 5 6 7 8 9100
2 3 4 5 6 7 8 91000
electron energy (eV)
e + O2 exc of B Wakiya Shyn swarm (Jeon)
e + O2
exc of B 3Σu-
DCS measured by
Wakiya (1978)
50 eV
0.1
1
10
100
DC
S (1
0 -18
cm2 /s
r)
180160140120100806040200scattering angle (deg)
e + O2 exc of B DCS at 50 eV
Johnson Shyn
O2 (X) →
O2 (B 3Σu−)
Wakiya78
散乱角の大きいところのDCSが大きすぎる
→
Shyn94 を採用する
要検討!!!
分子の電子状態励起断面積
2原子分子(H2
, N2
, …)
データは多数あり
一致は必ずしも良くない
多原子分子(CO2
, H2
O, …)
ほとんど実験値がない
分子の電子状態励起
実験が困難な理由
多数の状態が重なっている
振動構造が複雑(特に、多原子分子)
断面積データを使う際は注意が必要
e + O2 : 今後の問題
電子状態励起
特に、E > 100 eV
回転励起
実験なし
解離の詳細
電子状態励起との関係
生成物
Data compilations by Y. Itikawa
N2 JPCRD 35, 31 (2006)O2 JPCRD 38, 1 (2009)H2 JPCRD 37, 913 (2008)CO2 JPCRD 31, 749 (2002)H2 O JPCRD 34, 1 (2005)
JPCRD=J. Phys. Chem. Ref. Data
Y. ItikawaMolecular Processes in Plasmas- Collisions of charged particleswith molecules -
Springer, 2007