Транспортные свойства двухкомпонентных радиево-галогенных разреженных газовых сред

  • Дарья Николаевна Меняйлова Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Максим Борисович Шундалов Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; Совместный институт Даляньского политехнического университета и Белорусского государственного университета, 116024, г. Далянь, Китай
  • Юн-Чан Хань Совместный институт Даляньского политехнического университета и Белорусского государственного университета, 116024, г. Далянь, Китай; Даляньский политехнический университет, 116024, г. Далянь, Китай
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-1-52-64

Аннотация

Использованы неэмпирические функции потенциальной энергии и классической кинетической теории. В зависимости от температуры газовой смеси (вплоть до 3000 К) рассчитаны некоторые транспортные свойства (коэффициенты диффузии, вязкости и теплопроводности) двухкомпонентных разреженных газовых сред, состоящих из атомов радия и атомов галогена (F, Cl, Br, I). Расчеты выполнены на основе последовательного аналитического и (или) численного вычисления интегралов для угла рассеяния, сечения рассеяния и столкновений. Разработана подробная методика расчета транспортных свойств с использованием потенциала Морзе. Рассмотрены некоторые численные трудности, возникающие из-за особенностей подынтегральных выражений и разрывного характера переменной интегрирования. Показана зависимость транспортных свойств от массы изотопа. Оценены возможные ошибки, вносимые применением модельной потенциальной функции Морзе вместо реального потенциала взаимодействия между атомами. Полученные результаты могут быть использованы при планировании экспериментов по прямому лазерному охлаждению моногалогенидов щелочноземельных металлов.

Биографии авторов

Дарья Николаевна Меняйлова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

старший преподаватель кафедры высшей математики и математической физики физического факультета

Максим Борисович Шундалов, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь; Совместный институт Даляньского политехнического университета и Белорусского государственного университета, 116024, г. Далянь, Китай

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры физической оптики и прикладной информатики физического факультета Белорусского государственного университета, доцент Совместного института Даляньского политехнического университета и Белорусского государственного университета

Юн-Чан Хань, Совместный институт Даляньского политехнического университета и Белорусского государственного университета, 116024, г. Далянь, Китай; Даляньский политехнический университет, 116024, г. Далянь, Китай

доктор физико-математических наук; профессор Совместного института Даляньского политехнического университета и Белорусского государственного университета, профессор физического факультета Даляньского политехнического университета

Литература

  1. Dulieu O, Gabbanini C. The formation and interactions of cold and ultracold molecules: new challenges for interdisciplinary physics. Reports on Progress in Physics. 2009;72(8):086401. DOI: 10.1088/0034-4885/72/8/086401.
  2. Tarbutt MR. Laser cooling of molecules. Contemporary Physics. 2018;59(4):356–376. DOI: 10.1080/00107514.2018.1576338.
  3. Sunaga A, Abe M, Hada M, Das BP. Merits of heavy-heavy diatomic molecules for electron electric-dipole-moment searches. Physical Review A. 2019;99(6):062506. DOI: 10.1103/PhysRevA.99.062506.
  4. Shuman ES, Barry JF, Glenn DR, DeMille D. Radiative force from optical cycling on a diatomic molecule. Physical Review Letters. 2009;103(22):223001. DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.223001.
  5. Shuman ES, Barry JF, DeMille D. Laser cooling of a diatomic molecule. Nature. 2010;467(7317):820–823. DOI: 10.1038/nature09443.
  6. Barry JF, McCarron DJ, Norrgard EB, Steinecker MH, DeMille D. Magneto-optical trapping of a diatomic molecule. Nature. 2014;512(7514):286–289. DOI: 10.1038/nature13634.
  7. Hemmerling B, Chae E, Ravi A, Anderegg L, Drayna GK, Hutzler NR, et al. Laser slowing of CaF molecules to near the capture velocity of a molecular MOT. Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. 2016;49(17):174001. DOI: 10.1088/0953-4075/49/17/174001.
  8. Truppe S, Williams HJ, Hambach M, Caldwell L, Fitch NJ, Hinds EA, et al. Molecules cooled below the Doppler limit. Nature Physics. 2017;13(12):1173–1176. DOI: 10.1038/nphys4241.
  9. Cheuk LW, Anderegg L, Augenbraun BL, Bao Y, Burchesky S, Ketterle W, et al. Λ-enhanced imaging of molecules in an optical trap. Physical Review Letters. 2018;121(8):083201. DOI: 10.1103/PhysRevLett.121.083201.
  10. Isaev TA, Hoekstra S, Berger R. Laser-cooled RaF as a promising candidate to measure molecular parity violation. Physical Review A. 2010;82(5):052521. DOI: 10.1103/PhysRevA.82.052521.
  11. Garcia Ruiz RF, Berger R, Billowes J, Binnersley CL, Bissell ML, Breier AA, et al. Spectroscopy of short-lived radioactive molecules. Nature. 2020;581(7809):396–400. DOI: 10.1038/s41586-020-2299-4.
  12. Udrescu SM, Brinson AJ, Garcia Ruiz RF, Gaul K, Berger R, Billowes J, et al. Isotope shifts of radium monofluoride molecules. Physical Review Letters. 2021;127(3):033001. DOI: 10.1103/PhysRevLett.127.033001.
  13. Hirschfelder JO, Curtiss ChF, Bird RB. Molecular theory of gases and liquids. New York: Wiley; 1954. 1219 p.
  14. Visscher L, Eliav E, Kaldor U. Formulation and implementation of the relativistic Fock-space coupled cluster method for molecules. Journal of Chemical Physics. 2011;115(21):9720–9726. DOI: 10.1063/1.1415746.
  15. Osika Y, Shundalau M. Fock-space relativistic coupled cluster study on the RaF molecule promising for the laser cooling. Spectrochimica Acta A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2022;264:120274. DOI: 10.1016/j.saa.2021.120274.
  16. Osika Y, Shundalau M. Fock-space relativistic coupled cluster study on the spectroscopic properties of the low-lying states of the radium monobromide RaBr molecule. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2021;276:107947. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107947.
  17. Osika Y, Shundalau M, Han Y-C. Ab initio study on the spectroscopic and radiative properties of the low-lying states of the radium monoiodide RaI molecule. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. Forthcoming 2022.
  18. Taylor WL. Algorithms and FORTRAN programs to calculate classical collision integrals for realistic intermolecular potential [technical report]. Miamisburg (Ohio): Mound Facility, United States Department of Energy; 1979. 45 p.
  19. Colonna G, Laricchiuta A. General numerical algorithm for classical collision integral calculation. Computer Physics Communications. 2008;178(11):809–816. DOI: 10.1016/j.cpc.2008.01.039.
  20. Isaev TA, Zaitsevskii AV, Oleynichenko A, Eliav E, Breier AA, Giesen TF, et al. Ab initio study and assignment of electronic states in molecular RaCl. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2021;269:107649. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107649.
  21. Morse PM. Diatomic molecules according to the wave mechanics. II. Vibrational levels. Physical Review. 1929;34(1):57–64. DOI: 10.1103/PhysRev.34.57.
  22. Pashov A, Docenko O, Tamanis M, Ferber R, Knöckel H, Tiemann E. Coupling of the X 1Σ+ and a3Σ+ states of KRb. Physical Review A. 2007;76(2):022511. DOI: 10.1103/PhysRevA.76.022511.
  23. Shundalau MB, Minko AA. Determination of the optimal energy denominator shift parameter of KRb electronic states in quantum chemical computations using perturbation theory. Journal of Applied Spectroscopy. 2016;82(6):901–904. DOI: 1007/s10812-016-0201-9.
  24. Shundalau MB, Pitsevich GA, Malevich AE, Hlinisty AV, Minko AA, Ferber R, et al. Ab initio multi-reference perturbation theory calculations of the ground and low-lying electronic states of the KRb molecule. Computational and Theoretical Chemistry. 2016;1089:35–42. DOI: 10.1016/j.comptc.2016.04.029.
  25. Wolfram Research, Inc. Mathematica. Version 12.2. Champaign: Wolfram Research, Inc.; 2020.
  26. Medvedev AA, Meshkov VV, Stolyarov AV, Heaven MC. Ab initio interatomic potentials and transport properties of alkalimetal (M = Rb and Cs)-rare gas (Rg = He, Ne, Ar, Kr, and Xe) media. Physical Chemistry Chemical Physics. 2018;20:25974–25982. DOI: 10.1039/C8CP04397C.
Опубликован
2022-02-08
Ключевые слова: транспортные свойства, интегралы столкновений, моногалогениды радия, лазерное охлаждение
Поддерживающие организации Работа выполнена при поддержке государственной программы научных исследований «Конвергенция-2025», а также Международного фонда совместных научных исследований Даляньского политехнического университета и БГУ (проект № ICR2105). Авторы также выражают благодарность Юлии Осика (БГУ) за техническую помощь.
Как цитировать
Меняйлова, Д. Н., Шундалов, М. Б., & Хань, Ю.-Ч. (2022). Транспортные свойства двухкомпонентных радиево-галогенных разреженных газовых сред. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 52-64. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-1-52-64
Выпуск
№ 1 (2022): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Теоретическая физика

Copyright (c) 2022 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).