Solar wind ion impacts into ice surfaces: A molecular-dynamics study using the REAX force field
Solar wind ion impacts into ice surfaces: A molecular-dynamics study using the REAX force field
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太阳风离子撞击冰面：使用 REAX 力场进行分子动力学研究
DOI：
10.1016/j.icarus.2016.09.037
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发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
3.2
通讯作者：
H. M. Urbassek
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
C. Anders;H. M. Urbassek
采用分子动力学模拟方法研究了太阳风离子辐照冰靶的效应，重点研究了核能沉积的影响。采用了反应力场(REAX)原子间相互作用势，使我们能够对分子键的断裂和形成进行建模，从而跟踪目标中发生的化学行为。作为离子，我们研究了H离子和He离子作为太阳风的典型成分，以及Ne离子作为较重离子的例子；它们以太阳风中最大流量的速度影响，400M/S。冰由H2O、CO2、CH3OH和NH3的混合物组成。我们发现，在离子撞击后，分子在0.2ps内发生解离，并在1ps的时间内形成新的产物；只有水具有较慢的动力学，这是由于高活动性的H原子允许后期复合。从H到Ne离子射束，解离的数量增加，因此产物分子的解离数量也增加，并可以通过这些离子沉积在目标中的能量量来量化。生成的最丰富的产物包括CO、OH和NH2。Ne撞击的反应产物最复杂，包括H3O、甲醛(H_2CO)、HO2和NO。甲醛很重要，因为它相对频繁地形成，并被认为是糖形成的前体。此外，还形成了包含所有CHON元素的分子，其中包括CH2NO、ConH、甲醇胺(CH5NO)和乙炔(C2H2)。反复撞击产生了新的、更复杂的产物物种；我们发现了CN、CH4、CH3NO、甲胺(CH3NH2)和乙酰胺(CH3CONH2)等；复杂物种的形成频率低于简单碎片。所有的弹丸都会发生溅射，甚至是氢。喷射物要么是原始分子--特别是二氧化碳--要么是简单的碎片；只有很少的产品分子被释放出来。
Molecular dynamics simulation is used to study the effects of solar-wind ion irradiation on an ice target, focusing on the effects of nuclear energy deposition. A reactive force field (REAX) interatomic interaction potential is employed that allows us to model the breaking and formation of molecular bonds and hence to follow the chemistry occurring in the target. As ions we study H and He ions as typical constituents of the solar wind, and Ne as an example of a heavier ion; they impact at the speed of maximum flux in the solar wind, 400 km/s. The ice consists of a mixture of H2O, CO2, CH3OH and NH3. We find that molecular dissociations occur within 0.2 ps after ion impact and new products are formed up to a time of 1 ps; only water has a slower dynamics, due to highly mobile H atoms allowing for late recombinations. The number of dissociations, and hence also of product molecules increases from H over He to Ne ion projectiles and can be quantified by the amount of energy deposited in the target by these ions. The most abundant products formed include CO, OH and NH2. Reaction products are most complex for Ne impact, and include H3O, formaldehyde (H2CO), HO2, and NO. Formaldehyde is important as it is formed relatively frequently and is known as a precursor in the formation of sugars. In addition, molecules containing all CHON elements are formed, among which are CH2NO, CONH, methanolamine (CH5NO), and ethyne (C2H2). Repeated impacts generate novel, and more complex product species; we found CN, CH4, CH3NO, methylamine (CH3NH2), and acetamide (CH3CONH2), among others; the complex species are formed less frequently than the simple fragments. Sputtering occurs for all projectiles, even H. The ejecta are either original molecules – in particular CO2– or simple fragments; only few product molecules are emitted.
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通讯作者：
H. Urbassek