[发明专利]一种用于绝缘气体电离碰撞截面的计算方法

说明书

本发明公开一种用于绝缘气体电离碰撞截面的计算方法，涉及等离子体技术领域，该方法包括：优化绝缘气体的分子结构；计算BEB和DM模型的输入参数，所述输入参数包括结合能、动能、电离能和分子轨道成分；在此基础上使用BEB和DM模型分别计算绝缘气体分子的电离碰撞截面；再依据本公开设计的混合公式融合BEB和DM模型的结果计算最终的绝缘气体分子电离碰撞截面；本公开能够在入射电子能量的高能段和低能段分别融合BEB和DM模型的结果，从而以比单一模型更高精度的方式计算出绝缘气体的电离碰撞截面，为气体的绝缘设计提供基础数据。

技术领域

本公开涉及一种绝缘气体电离碰撞截面计算方法，属于等离子体技术领域。

背景技术

SF₆是电力系统中广泛使用的绝缘气体，但SF₆气体温室效应很高，其温室效应指数GWP约为CO₂的23900倍。近年来，一些具有高绝缘强度和低温室效应指数的绝缘气体陆续被发现有很大的潜力替代SF₆作为绝缘介质，如C₅F₁₀O、C₄F₇N等。但这些新型气体的绝缘放电机理尚不清楚，尤其是作为绝缘性能评估关键参数之一的电离碰撞截面依然缺失，影响了环保气体的理论研究和工程应用。现有的部分电离碰撞截面计算模型，如BEB模型和DM模型，都是针对小分子气体提出的，对C₅F₁₀O、C₄F₇N等大分子环保型气体误差较大，无法计算得到精准的基础数据，从而限制了环保气体的绝缘研究设计进程，因此，我们提出一种用于绝缘气体电离碰撞截面计算的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本公开的目的在于提供一种用于绝缘气体电离碰撞截面的计算方法，在入射电子能量的高能段和低能段分别融合BEB和DM模型的计算结果，从而以比单一模型更高精度的方式计算出绝缘气体的电离碰撞截面，为气体的绝缘设计提供基础数据。

本公开的目的可以通过以下技术方案实现：一种用于绝缘气体电离碰撞截面的计算方法，所述方法包括如下步骤：

(1)优化绝缘气体的分子结构；

(2)计算BEB模型的输入参数；

(3)根据BEB模型计算绝缘气体分子的电离碰撞截面；

(4)计算DM模型的输入参数；

(5)根据DM模型计算绝缘气体分子的电离碰撞截面；

(6)根据混合公式融合BEB模型和DM模型的结果，计算最终的绝缘气体分子电离碰撞截面。

作为本公开进一步的方案，所述步骤(1)中，优化绝缘气体分子结构使用的方法是基于APF-D泛函的密度泛函理论DFT方法，其中对于原子数较多的绝缘气体分子，可以先使用小型基组进行初步优化，得到一个初步的分子结构，然后使再用APF-D方法进行最终优化，这样可以在保持优化精度的基础上，缩短优化时间。

作为本公开进一步的方案，步骤(2)中，所述BEB模型的输入参数包括：分子轨道的结合能、动能以及分子的电离能。

作为本公开进一步的方案，步骤(2)具体包括：

(21)基于步骤(1)优化得到的分子结构，通过APF-D/aug-cc-pvtz量子化学计算模型，计算绝缘气体分子各轨道的结合能和动能；

(22)由于价层电子轨道结合能对于结果影响较大，需要运用电子传播理论EPT方法对步骤(21)获得的价层电子轨道结合能进行修正，提高计算精度；

(23)采用完备基组CBS方法计算绝缘气体分子的电离能。