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《沈阳师范大学》 2018年
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N_2和N_2~+分子结构计算及光谱模拟

陈晨  
【摘要】:随着航天技术、天体物理、受控热核反应和等离子体物理研究的不断发展,分子结构及其光谱的研究越来越有意义。在天体物理方面,可以通过分析光谱对星体的形成和演化进行研究;在等离子体诊断方面,由于等离子体光谱可以很好的描述热稠密物质的辐射性质,因此可以通过等离子体光谱对等离子体的温度密度等性质进行诊断,同时分子结构光谱也是低温等离子体辐射输运模拟需要的重要参数;核武器在大气中爆炸后,大量释放能量以光辐射的形式在大气中传播,因此研究大气分子对辐射的吸收能力非常重要,有助于研究武器杀伤能力和环境破坏能力。物理学家通过不透明度来研究物质的辐射吸收能力,用分子的辐射吸收截面来表示。大气中N_2含量最高,且在电离层存在N_2~+分子,N_2和N_2~+在天体物理和等离子体物理等方面具有重要应用,本文对N_2和N_2~+体系进行分子结构计算和光谱模拟。实验上,分子光谱精确测量难度很大,并且往往只能获得特定波段的分子光谱数据,因此开展理论研究以获得系统分子光谱非常重要。主要研究内容如下:(1)使用多参考组态相互作用方法得到N_2分子体系的基态X~1Σ_g~+电子态及三个激发态a'~1Σ_u~-、b~1Π_u和a~1Π_g电子态势能曲线并给出相应的偶极跃迁矩阵元;给出N_2~+分子体系的基态X~2Σ_g~+电子态及两个激发态A~2Π_u和B~2Σ_u~+电子态势能曲线同时给出各允许跃迁的电子态之间的偶极跃迁矩阵元,并拟合给出各个电子态光谱常数用于判断势能曲线计算的准确度。(2)求解一维振动Schr?dinger方程得到N_2分子X~1Σ_g~+、a'~1Σ_u~-、b~1Π_u和a~1Π_g电子态及N_2~+分子X~1Σ_g~+、A~2Π_u和B~2Σ_u~+电子态振动能级和波函数,并利用振动能级来计算N_2和N_2~+振动束缚能便于相关应用。(3)通过对各个电子态的玻尔兹曼因子和所有电子态的所有振转状态数的乘积求和分别得到N_2和N_2~+的总配分函数。(4)最后模拟在100atm压强下,温度分别为295K、500K、1000K、2000K、2500K、5000K、10000K和20000K情况下的N_2和N_2~+分子不透明度,给出分子辐射吸收截面随着波长变化的关系图。
【学位授予单位】:沈阳师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O561

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