CHARGE - CHANGING CROSS SECTIONS

IN ION - ATOM COLLISIONS

N.V.Novikov, Ya. A. Teplova

Scobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Lomonosov Moscow State University, 119991 Moscow, Russia

nvnovikov65@mail.ru teplova@anna19.sinp.msu.ru
Tables and Figures References Analysis Notation Help
Select on Z / Select on i

THE EMPIRICAL ANALYSIS

σ i,i+1 Emax,l1 ( εl1 ) Emax,l1 (Z,Zt,i) σ max,l1 (Z,Zt,i) pl1
σ i,i-1 pc1(Zt)
σ i,i+2 σi,i+2/ σi,i+1

Table 1 Single electron loss cross section: Emax,l1 ( ε l1 )

ion ε l1 ,a.u. E max,l1, MeV/amu
H - -0.027644 c 0.045 ± 0.005
H 0 -0.5 b 0.050 ± 0.020
He - -0.00294 0.022 ± 0.015
He 0 -0.917950 a 0.070 ± 0.015
He + -2.0 b 0.250 ± 0.050
Li 0 -0.196320 a 0.015 ± 0.010
Li + -2.792380 a 0.200 ± 0.050
Li 2+ -4.5 b 0.300 ± 0.050
C 2+ -1.694040 a 0.150 ± 0.040
C 3+ -2.365000 a 0.260 ± 0.050
C 4+ -14.416900 a 1.8 ± 1.5
C 5+ -18.0 b 2.5 ± 1.5
N + -1.110060 a 0.11 ± 0.04
N 2+ -1.755610 a 0.20 ± 0.05
N 3+ -2.766730 a 0.36 ± 0.06
N 4+ -3.590860 a 0.55 ± 0.20
N 6+ -24.5 b 1.5 ± 0.5
O + -1.326920 a 0.10 ± 0.02
O 5+ -5.067100 a 0.40 ± 0.15
O 6+ -27.166750 a 1.3 ± 0.5
O 7+ -32.0 b 2.2 ± 0.3
F 3+ -3.231450 a 0.5 ± 0.3
F 4+ -4.215920 a 0.50 ± 0.15
F 5+ -5.665460 a 0.70 ± 0.50
F 6+ -6.793590 a 1.20 ± 0.25
F 7+ -35.041820 a 2.2 ± 0.5
F 8+ -40.5 b 2.5 ± 0.5
Ne + -1.606580 a 0.070 ± 0.010
Ne 2+ -2.515930 a 0.14 ± 0.05
Ne 3+ -3.615170 a 0.16 ± 0.07
Ne 4+ -4.671550 a 0.33 ± 0.20

a Clementi E., Roetti C. // Atomic data and Nuclear data Tables v.14, 177-478 (1974); b ε l1 = - Z 2 /2 ; c Hart J.F., Herzberg G. // Phys. Rev. 106, 79, (1957).

Table 2 Single electron loss cross section: Emax,l1 (Z,Zt,i)

ion σ i,i+1 Emax,l1 , MeV/amu
H H2 He N2 O2 Ne Ar Kr Xe
H σ -1,0 0.0010 ± 5 0.005 ± 4 0.010 ± 3 0.005 ± 4 0.040 ± 10 0.045 ± 5 0.045 ± 5 0.045 ± 5 0.045 ± 5
σ 0,1 0.020 0.040 ± 10 0.010 ± 5 0.050 ± 20 0.070 ± 20 0.070 ± 20 0.070 ± 20 0.070 ± 30 0.060 ± 20
He σ -1,0 < 0.050 0.022 ± 15 < 0.001 < 0.025 — < 0.037 0.015 ± 7 — —
σ 0,1 < 0.050 0.075 ± 20 0.070 ± 15 0.065 ± 15 — 0.065 ± 15 0.080 ± 20 0.075 ± 15 0.040 ± 30
σ 1,2 0.075 ± 20 0.085 ± 10 0.175 ± 25 0.150 ± 25 0.250 ± 50 0.300 ± 75 0.250 ± 50 0.300 ± 50 0.250 ± 50
Li σ -1,0 — < 0.015 — < 0.015 — — 0.030 ± 15 — —
σ 0,1 — 0.010 ± 5 0.010 ± 5 0.010 ± 5 — 0.015 ± 5 0.030 ± 10 0.025 ± 10 —
σ 1,2 0.13 ± 0.03 0.20 ± 0.03 0.16 ± 0.02 0.23 ± 0.03 — 0.20 ± 0.05 >0.23 >0.25 —
σ 2,3 0.28 ± 0.03 0.26 ± 0.04 0.28 ± 0.05 0.28 ± 0.05 — 0.28 ± 0.05 0.32 ± 0.05 0.32 ± 0.05 —
Ñ σ 2,3 0.09 ± 0.02 0.14 ± 0.03 0.12 ± 0.03 0.20 ± 0.10 — 0.12 ± 0.05 0.20 ± 0.10 — —
σ 3,4 0.10 ± 0.01 0.22 ± 0.05 0.26 ± 0.04 — — 0.30 ± 0.05 >0.30 >0.25 >0.25
σ 4,5 — — — 1.8 ± 1.5 — — 1.8 ± 1.5 <5.0 <5.0
σ 5,6 — 1.5 ± 0.4 1.2 ± 0.2 2.5 ± 0.5 2.0 ± 1.0 2.0 ± 1.0 2.0 ± 1.0 3.8 ± 0.3 < 3.50
N σ 1,2 — — 0.08 ± 0.03 0.07 ± 0.03 0.10 ± 0.03 0.07 ± 0.03 0.14 ± 0.05 0.14 ± 0.05 —
σ 2,3 — — 0.16 ± 0.10 0.16 ± 0.10 — — 0.16 ± 0.10 0.26 ± 0.10 —
σ 3,4 — — 0.30 ± 0.10 0.42 ± 0.10 — 0.35 ± 0.10 0.42 ± 0.10 0.40 ± 0.10 —
σ 4,5 — — 0.35 ± 0.15 0.52 ± 0.10 — — 0.42 ± 0.10 0.75 ± 0.20 —
σ 5,6 — — >0.42 >0.42 — — >0.75 >0.75 —
σ 6,7 (1.5 ± 0.5) — 1.2 ± 0.3 (1.5 ± 0.5) — — < 0.75 < 0.75 —
O σ 1,2 — > 0.030 0.03 ± 0.01 0.10 ± 0.02 0.10 ± 0.02 > 0.08 > 0.08 — —
σ 2,3 — — — < 0.44 — — — — —
σ 3,4 — — < 0.62 < 0.42 — — — — —
σ 4,5 — — < 0.62 < 0.42 — — 0.62 ± 0.15 — —
σ 5,6 — > 0.22 < 0.62 0.40 ± 0.15 — — — — —
σ 6,7 — — 1.2 ± 0.4 1.5 ± 0.5 — — > 1.5 — —
σ 7,8 — > 2.5 2.2 ± 0.3 > 2.0 — > 2.0 > 2.0 — —
F σ 3,4 — — — 0.5 ± 0.3 — — — — —
σ 4,5 — — — 0.50 ± 0.15 — — < 0.52 — —
σ 5,6 — — — 0.63 ± 0.15 — — 0.75 ± 0.15 — —
σ 6,7 — — — 1.20 ± 0.15 — — 1.20 ± 0.25 — —
σ 7,8 — — — 2.0 ± 0.5 — > 2.5 — —
σ 8,9 — 2.0 ± 0.3 > 2.2 > 2.5 — — > 2.5 — —
Ne σ 1,2 — — — 0.070 ± 10 0.050 ± 20 0.040 ± 15 0.060 ± 15 > 0.70 —
σ 2,3 — — 0.12 ± 0.03 0.12 ± 0.03 — 0.14 ± 0.10 0.24 ± 0.12 > 0.09 —
σ 3,4 — — 0.16 ± 0.07 0.33 ± 0.20 — < 0.52 < 0.52 > 0.10 —
σ 4,5 — — 0.33 ± 0.20 0.33 ± 0.20 — 0.33 ± 0.20 0.33 ± 0.25 — —
σ 5,6 — — < 0.52 < 0.52 — < 0.52 — — —

Table 3 Single electron loss cross section: σmax,l1 (Z,Zt,i)

ion σ i,i+1 σ max,l1 , 10 -16 , cm 2 /atom
H H2 He N2 O2 Ne Ar Kr Xe
H σ -1,0 27.0 5.2 7.5 9.0 5.9 6.3 18. 32. 41.
σ 0,1 1.3 0.80 1.3 2.4 2.1 2.1 4.8 4.3 5.4
He σ -1,0 6.5 9.8 14.0 10.8 — >8.4 28.0 — —
σ 0,1 — 0.68 1.0 2.5 2.3 2.3 4.0 4.3 4.3
σ 1,2 0.11 0.13 0.25 0.70 0.84 0.92 1.4 1.7 > 1.7
Li σ -1,0 — 9.1 — 11. — — 30.0 — —
σ 0,1 — 2.4 4.3 9.0 — 5.2 12.0 12.0 15.0
σ 1,2 0.10 0.16 0.26 1.0 — 1.1 1.5 >1.5 —
σ 2,3 0.028 0.027 0.069 0.25 — >0.19 0.72 >0.81 —
Ñ σ 2,3 0.37 0.28 0.60 1.2 — 1.2 3.1 — —
σ 3,4 0.078 0.078 0.18 0.45 — 0.51 0.87 1.0 1.2
σ 4,5 — — — 0.10 — — 0.23 >0.33 >0.44
σ 5,6 — 1.95e-3 0.0082 0.039 0.047 0.080 0.11 0.23 0.33
N σ 1,2 — — 1.5 1.8 2.8 3.3 4.7 5.6 —
σ 2,3 — — 0.71 1.5 — — 2.9 3.2 —
σ 3,4 — — 0.33 0.95 — — 1.8 2.0 —
σ 4,5 — — 0.13 0.41 — — 0.85 0.93 —
σ 5,6 — — > 0.018 0.056 — > 0.11 > 0.15 0.27 0.33
σ 6,7 (0.011) — 0.0040 > 0.023 — > 0.051 > 0.082 0.16 —
O σ 1,2 — > 0.65 1.67 2.3 3.6 > 2.5 > 4.2 — —
σ 2,3 — > 0.18 0.69 1.25 — — — — —
σ 3,4 — — 0.36 1.0 — — > 0.94 — —
σ 4,5 — — 0.18 0.56 — — 0.66 — —
σ 5,6 — > 0.026 0.053 0.27 — > 0.33 0.61 > 0.62 —
σ 6,7 — — 0.0090 0.051 — — > 0.11 — —
σ 7,8 — 0.00077 0.0026 > 0.015 — > 0.021 > 0.042 — —
F σ 3,4 — — — 1.5 — — > 1.5 — —
σ 4,5 — — — 1.1 — — > 1.3 — —
σ 5,6 — — — 0.55 — — 0.85 — —
σ 6,7 — — — 0.26 — — 0.37 — —
σ 7,8 — — — 0.057 — — > 0.14 — —
σ 8,9 — 0.00050 0.0011 > 0.015 — — > 0.033 — —
Ne σ 1,2 — — 1.0 1.7 1.6 3.2 3.2 >3.0 —
σ 2,3 — — 0.79 1.4 — 1.6 2.2 > 2.6 —
σ 3,4 — — 0.45 0.84 — 0.81 1.5 > 1.3 —
σ 4,5 — — 0.26 0.65 — > 0.70 1.2 — —
σ 5,6 — — > 0.13 > 0.50 — 0.39 — — —

Tab.4 Single electron loss cross section: pl1 (E/Emax,l1 )
(where σ i,i+1 ˜ (E/Emax,l1 )** pl1 , E → ∞ )

E/Emax,l1 p l1
1.0 -0.2396
2.0 -0.3653
3.0 -0.4343
5.0 -0.5151
7.0 -0.5669
10.0 -0.6178
20.0 -0.7091
30.0 -0.7585
50.0 -0.8158
70.0 -0.8506
100.0 -0.8853
200.0 -0.9443
300.0 -0.9742
500.0 -1.007
700.0 -1.026
1000.0 -1.043

Tab.5 Single electron capture cross section: pc1 (Zt,E)
(where σ i,i-1 ˜ E** pc1 , E → ∞ )

E, MeV/amu p c1 (Zt=1) p c1 (Zt=2) p c1 (Zt=7) p c1 (Zt=18)
X i+ + H → X (i-1)+ X i+ + He → X (i-1)+ X i+ + N 2 → X (i-1)+ X i+ + Ar → X (i-1)+
0.02 -0.4081 — — -0.2357
0.03 -0.8382 — — -0.7571
0.05 -1.491 -0.3478 -0.8682 -1.268
0.07 -1.967 -0.6763 -1.339 -1.535
0.1 -2.469 -1.062 -1.714 -1.761
0.2 -3.419 -1.890 -2.157 -2.050
0.3 -3.922 -2.397 -2.282 -2.154
0.5 -4.456 -3.039 -2.357 -2.238
0.7 -4.754 -3.446 -2.377 -2.271
1.0 -4.992 -3.857 -2.395 -2.299
2.0 -5.267 -4.552 -2.488 -2.358
3.0 -5.318 -4.878 -2.623 -2.413
5.0 -5.272 -5.163 -2.932 -2.525
7.0 -5.191 -5.272 -3.243 -2.635
10.0 -5.065 -5.299 -3.683 -2.791

Ratio double to single electron loss cross sections.