|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Развитие квантовых и классических методов расчета димерного и столкновительно-индуцированного поглощения для описания континуальных спектров атмосферных молекулдипломная работа (Специалист)
- Научные руководители: Петров С.В., Локштанов С.Е.
- Автор: Чистиков Д.Н.
- Тип: Специалист
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2019
- Аннотация: Исследование механизмов молекулярного поглощения в микроволновой и инфракрасной областях спектра представляет большой интерес для целого ряда атмосферных и астрофизических приложений. В случае плотных газовых атмосфер поглощение излучения во многом связано с эффектами межмолекулярного взаимодействия, приводящего к индукции дипольного момента в результате парных столкновений или образования стабильных ван-дер-ваальсовских димеров. Квантово-механический расчет спектров молекулярных пар с учетом анизотропии потенциала взаимодействия представляет большие вычислительные трудности и возможен в настоящее время лишь для очень ограниченного круга молекулярных систем. Нами развивается альтернативный подход, основанный на использовании метода классических траекторий. Его результаты хорошо согласуются с данными экспериментальных наблюдений и имеющимися в литературе результатами квантовых расчетов, при этом подход значительно проще в вычислительном плане и позволяет моделировать спектры более сложных молекулярных систем. Целью настоящей работы является дальнейшее развитие методов моделирования столкновительно-индуцированных спектров с использованием формализма классической механики и статистической физики, а также исследование границ применимости этих методов к слабосвязанным комплексам. Дипломная работа состоит из трех основных частей. Первая часть посвящена развитию классических методов статистической физики применительно к слабосвязанным системам и сравнению полученных результатов с квантовомеханическими. Показано, что, используя лагранжиан для произвольной молекулярной системы, можно выполнить преобразование фазового интеграла к конфигурационному, не прибегая к формальной детализации вида гамильтониана. Кроме того использование лагранжиана позволяет построить численную схему генерации начальных условий для траекторного расчета спектров. Для выяснения границ применимости и анализа точности используемых нами классических методов статистической физики, проведено детальное сравнение рассчитанных нами квантовых и классических сумм по связанным состояниям для трех модельных систем: двухатомной молекулы, Ar-HCl и Ar-CO2. Построена система примеров, моделирующих и объясняющих наблюдаемые регулярные отличия квантовых и классических статсумм, не исчезающие в пределе высоких температур. Вторая часть дипломной работы посвящена спектральным моментам – интегральным характеристикам спектров столкновительно-индуцированного поглощения. Они могут быть рассчитаны двумя путями: интегрированием коэффициента поглощения как функции частоты, либо вычислением статистических средних в фазовом пространстве. Нами развита вычислительная методика, позволяющая рассчитывать второй спектральный момент как среднее в фазовом пространстве путем интегрирования методом Монте-Карло при известных потенциальной и дипольной поверхностях. На примере системы N2-N2 произведено сравнение рассчитанных из первых принципов температурных зависимостей нулевого и второго моментов с данными, извлеченными из экспериментальных спектров столкновительно-индуцированного поглощения. Третья часть работы посвящена применению квантовомеханических методов к расчету связанных состояний слабосвязанных комплексов. Путем решения системы дифференциальных уравнений связанных каналов найдены энергии и волновые функции связанных состояний систем Ar-HCl и Ar-CO2. Расчеты проведены как с учетом кориолисова взаимодействия – то есть взаимодействия вращения комплекса как целого с внутренним вращением мономера в комплексе – так и без его учета. Проанализирована возможность вычисления вклада кориолисова взаимодействия упрощенным способом в рамках теории возмущений. Исследования, представленные в дипломной работе, выполнялись в рамках проектов РФФИ 18-55-16006 и 18-05-00119. Часть полученных результатов докладывалась на международных конференциях и опубликована в Journal of Chemical Physics.
- Добавил в систему: Локштанов Сергей Евгеньевич