新的计算方法可以更准确地预测原子在受到高能电子撞击时如何电离

在电子撞击电离 (EII) 过程中，高能电子与原子发生碰撞，撞掉一个或多个外层电子。为了计算在这些撞击过程中发生电离的概率，研究人员使用了一个称为“电离截面”的量。EII 是影响热等离子体中电荷平衡的主要过程之一，但到目前为止，其截面已被证明极难通过理论计算进行研究。

通过发表在《欧洲物理学杂志 D》上的新研究，德国吉森尤斯图斯-李比希大学的 Stefan Schippers 和同事对 EII 截面进行了新的计算，结果与他们的实验结果非常吻合。他们的发现可以为研究热等离子体的许多研究领域提供有用的新见解，包括天体物理学和受控核聚变。

到目前为止，EII 截面的计算特别具有挑战性，主要有两个原因：参与该过程的电子之间可能出现复杂的相互作用，以及受影响的原子中可能的电子结构种类繁多。

在他们的研究中，Schippers 的团队通过在计算中考虑 EII 过程的几个重要方面来解决这些挑战：包括快速移动电子的相对论性质，以及电子和离子之间的量子尺度相互作用。他们没有关注受影响原子的单个电子配置，而是考虑了许多不同电子配置的平均效应。

研究人员通过计算多种碰撞能量下多电荷氙离子的单 EII 和双 EII 截面来测试他们的方法。然后他们将这些理论值与实际实验结果进行了比较。

在大多数情况下，他们的理论截面与实验结果非常吻合——只有在较低的碰撞能量下，也就是电离可能发生的阈值时，理论截面才会变得不那么准确。基于这一成功，Schippers 和同事现在希望他们的方法可以为未来研究中的 EII 截面计算提供重要指导。