低温缓冲气体池中的流体动力学效应:混合模拟的设计启示

低温缓冲气体束源已成为需要低前向速度冷分子束实验的关键工具。尽管近期实验进展推动了源优化的显著进步,但由于描述稠密缓冲气体与稀疏种子分子所需的大参数范围带来的挑战,数值研究仍存在局限。该工作报道了对流体动力学提取模式下运行的低温缓冲气体束池的数值评估。此前多数研究聚焦于箱式或圆柱形池体,而该团队研究了球形容器中包括涡流形成在内的流体动力学效应,并评估这些效应能否用于提升分子冷却与提取性能。为此,研究人员对氦缓冲气体进行了稳态滑移流模拟,并采用直接模拟蒙特卡洛扩散程序追踪粒子轨迹。通过比较不同缓冲气体通量和注入角度下的源性能,该研究确定了涡流形成可增强分子提取的参数区间。从模拟中提取的实验可观测量为通过分子束速度或飞行时间测量验证这些效应提供了依据。

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