Valence and core electron capture in proton-alkali atom collisions

Summary

Total capture cross-sections into ground and excited hydrogen states by protons colliding with alkali atoms are reported. By means of simple models the capture of both valence and core electrons is considered. The whole capture process is viewed as one in which the greatest contribution to the total cross-section is given by electrons having orbital velocities approximately matching the projectile relative velocity. Hence, by increasing the projectile relative velocity, the more external electrons are switched off and the more tightly bound ones switched on. The OBK approximation is used and the alkali atom is treated in a one-electron picture. While the agreement with the experiment is good as to the general trend of the total cross-section, quantitative agreement is not satisfactory with the important exception of electron capture from lithium. As the results are found to be quite sensitive to the core electron binding energies, which are only approximately known, the source of the disagreement cannot be traced only to the inadequacy of the adopted scattering model. Before new more sophisticated calculations are started, accurate core electron binding energies must be known. In virtue of the good results for H⁺-Li collisions, the calculations are extended to D⁺-Li collision also. The treatment of the core electron capture given for proton-alkali atom collisions is expected to be qually suitable for any kind of many-electron target atoms.

Riassunto

Si calcolano le sezioni d'urto totali di cattura per il processo di collisione protone-atomo alcalino con la formazione di atomi di idrogeno nello stato fondamentale e in stati eccitati. Si considera la cattura sia di elettroni di valenza che di elettroni di nocciolo. Il maggior contributo alla sezione d'urto totale è dato dagli elettroni aventi velocità orbitali vicine alla velocità relativa del proiettile; quindi con l'aumentare di tale velocità il contributo degli elettroni esterni diventa trascurabile mentre diventa determinante quello degli elettroni più legati. Si è usata l'approssimazione OBK, e l'atomo alcalino è stato trattato come un atomo ad un solo elettrone. Sebbene l'andamento delle sezioni d'urto totali trovate sia in buon accordo con i dati sperimentali, l'accordo quantitativo non è soddisfacente, con l'importante eccezione della cattura elettronica del litio. Si trova che i valori delle sezioni d'urto sono abbastanza sensibili alle energie di legame degli elettroni di nocciolo che sono conosciute soltanto approssimativamente. La causa del disaccordo può quindi non essere dovuta soltanto all'inadeguatezza del modello usato per la trattazione del processo collisionale. Prima di effettuare calcoli più sofisticati è quindi necessario conoscere con maggiore precisione i valori delle energie di legame. In virtù dei buoni risultati ottenuti per il processo di collisione H⁺-Li, si sono estesi i calcoli anche al processo D⁺-Li. Ci si aspetta che la trattazione messa a punto per la cattura elettronica in collisioni protone-atomo alcalino possa essere valida per qualunque tipo di atomi a molti elettroni.

Резюме

Определяются полные поперечные сечения захвата электронов в основное и в возбужденные водородные состояния в результате соударения протонов с щелочными атомами. В рамках простых моделей рассматривается захват валентных и внутренних электронов. Наибольший вклад в полное поперечное сечение дают электроны, имеющие орбитальные скорости, приблизительно равные относительной скорости налетающей частицы. Следовательно, с увеличением относительной скорости налетающей частицы сильно связанные электроны дают основной вклад. Используется приближение ОВК, и щелочной атом рассматривается в одноэлектронном приближении. Хотя согласие с экспериментом общего хода полного поперечного сечения хорошее, количественное согласие не является удовлетворительным, за исключением захвата электрона у лития. Так как полученные результаты очень чувствительны к энергиям связи внутренних электронов, которые известны только приближенно, то источник несовпадений не может быть связан только с неадекватностью используемой модели экранирования. Перед началом новых более точных вычислений необходимо знать точные значения энергий связи внутренних электронов. В силу хороших результатов для соударений H⁺-Li, вычисления обобщаются на случай соударений D⁺-Li. Ожидается, что рассмотрение захвата внутренних электроно, предложенное для соударений протонов с щелочными атомами, является приемлемым для любого сорта многоэлектронных атомов мишени.