Моделирование спектров столкновительно-индуцированного поглощения в дальней инфракрасной области методом классических траекторийдипломная работа (Специалист)
Аннотация:Эффект столкновительно-индуцированного поглощения (СИП) в дальней инфракрасной
области имеет существенное значение для радиационного баланса достаточно плотных планетных атмосфер. Экспериментальные исследования спектров СИП проводились для набора
молекулярных систем при отдельных температурах, однако в приложениях востребованы
данные о поглощении в широком диапазоне температуре и частот, в связи с чем возникает
необходимость детального и всеобъемлющего теоретического моделирования спектров СИП.
Квантово-механические расчеты спектров СИП с полным учетом анизотропии межмолекулярных взаимодействий были проведены для ограниченного набора молекулярных систем.
Расчеты, применяющие формализм классической механики, позволяют моделировать спектры СИП значительно быстрее и дешевле.
В данной работе развивается методика моделирования спектров СИП из первых принципов в области рототрансляционной полосы с использованием классических траекторий. В
первой части работы рассмотрены теоретические основы взаимодействия излучения с молекулярными системами. Во второй и третьей частях работы представлены основные элементы
оригинальной методики траекторного расчета. Методика применяется, по мере усложнения, к
двухатомной системе (He−Ar), системе, состоящей из атома и линейной молекулы (Ar−CO2),
и системе, состоящей из двух линейных молекул (N2−N2). Проведенные расчеты основываются на интегральном преобразовании, позволяющем получать спектр поглощения как среднее
по ансамблю траекторий рассеяния. Рассмотрение многоатомных молекулярных пар производится в подвижной системе осей, что позволяет напрямую использовать поверхности
потенциальной энергии и индуцированного дипольного момента, полученные при аппроксимации квантово-химических данных высокого уровня. Классическая динамика столкновения
рассматривается в гамильтоновом формализме с полным учетом анизотропии межмолекулярных взаимодействий. Ключевым элементом разработанной вычислительной процедуры,
обеспечивающим масштабируемость методики при распостранении на многоатомные системы, является расчет производных гамильтониана «на лету» с использованием лагранжиана и
его производных, получение которых в значительной степени автоматизировано при помощи
систем компьютерной алгебры.
Сравнение с экспериментальными данными для систем N2−N2 и Ar−CO2 и данными,
полученными в результате квантово-механических и молекулярно-динамических расчетов,
показывает высокую эффективность развиваемой траекторной методики. С ее помощью в
дальнейшем могут быть рассчитаны из первых принципов спектры СИП систем произвольных многоатомных молекулярных пар, реализация квантовомеханических расчетов для которых не представляется возможной в настоящее время.
Материалы дипломной работы частично опубликованы в Journal of Chemical Physics и
представлены на международных конференциях. Исследования, представленные в работе,
проводились при поддержке проектов РФФИ 18-05-00119, 18-32-20156, 18-55-16006 и программы №28 фундаментальных исследований Президиума РАН.