Wetenschappers hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het berekenen van de ionisatie-energieën van atomen wanneer ze worden beïnvloed door hoogenergetische elektronen. De aanpak, beschreven in een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review A, zou kunnen leiden tot nauwkeurigere voorspellingen van hoe atomen zich gedragen in verschillende omgevingen, waaronder die in plasma's en fusiereactoren.

Wanneer een atoom wordt beïnvloed door een hoogenergetisch elektron, kan een deel van de energie van het elektron worden overgedragen naar de elektronen van het atoom, waardoor deze opgewonden of zelfs geïoniseerd raken (uitgeworpen uit het atoom). De energie die nodig is om een ​​atoom te ioniseren staat bekend als de ionisatie-energie.

De ionisatie-energie van een atoom hangt af van een aantal factoren, waaronder de energie van het invallende elektron en het aantal elektronen in het atoom. Voor eenvoudige atomen, zoals waterstof, kan de ionisatie-energie relatief eenvoudig worden berekend. Voor complexere atomen, zoals atomen met veel elektronen, worden de berekeningen echter veel moeilijker.

De nieuwe aanpak die door de wetenschappers is ontwikkeld, maakt gebruik van een techniek die de ‘density functionele theorie’ (DFT) wordt genoemd. DFT is een kwantummechanische methode die kan worden gebruikt om de eigenschappen van atomen, moleculen en vaste stoffen te berekenen. De wetenschappers gebruikten DFT om de ionisatie-energieën van een aantal atomen te berekenen, waaronder waterstof, helium en lithium.

De wetenschappers ontdekten dat hun nieuwe aanpak de ionisatie-energieën van de atomen met veel grotere nauwkeurigheid kon voorspellen dan eerdere methoden. Dit komt omdat DFT rekening houdt met de interacties tussen alle elektronen in het atoom, wat belangrijk is voor het nauwkeurig berekenen van de ionisatie-energie.

De nieuwe aanpak zou kunnen leiden tot nauwkeurigere voorspellingen van hoe atomen zich gedragen in verschillende omgevingen, waaronder die in plasma's en fusiereactoren. Dit kan belangrijk zijn voor het ontwerpen van nieuwe materialen en apparaten die bestand zijn tegen de zware omstandigheden in deze omgevingen.

Naast de potentiële toepassingen ervan in plasmafysica en fusieonderzoek, zou de nieuwe aanpak ook kunnen worden gebruikt om de eigenschappen van atomen en moleculen op andere gebieden te bestuderen, zoals scheikunde, biologie en materiaalkunde.