N4+ 原子軌道計算プログラム

サンプルＪＡＶＡプログラム（窒素イオン (N4+) ）

下に示すプログラムをメモ帳などのテキストエディタにコピーして貼り付ければ、簡単にコンパイルして実行できる。
このクラスファイル名は、MathMethod なので、このテキストエディタを "MathMethod.java" として保存してコンパイルするといい。

このサンプルプログラムでは、実行すると、まず、電子１の最初のｘ座標 r1 (MM) と N4+ の全エネルギーの絶対値 (eV) を入力するように画面に表示される。
ここでは、便宜のため、新しい単位を使っている。( 1 MM = 10^-14 meter, 1 SS = 10^-22 second, 1 MM/SS = 10⁸ m/s )
それらを入力すると、電子が、1/4 周した後の電子１の速度 ( VX, (last)VY in MM/SS ) と、軌道 1/4 周に含まれるド・ブロイ波の数 ( midWN ) が画面に表示される。


import java.util.Scanner;
class MathMethod {
 public static void main(String[] args) {
 
 Scanner stdIn=new Scanner(System.in);     // input r1 and |E|
 System.out.println("r1 between nucleus and electron 1 (MM)？ ");  
 double r=stdIn.nextDouble(); 
 System.out.println("total energy |E| of the N4+(eV) ? ");  
 double E=stdIn.nextDouble();
 
 double me=9.1093826e-31; 
 double pai=3.141592653589793; double epsi=8.85418781787346e-12;
 double h=6.62606896e-34; double ele=1.60217653e-19;
 double ab=(ele*ele)/(4*pai*epsi); double ac=ab/me;

 double Eb=-(25*ele*ele*ele*ele*me)/(32*epsi*epsi*h*h); // Eb=2S energy of N4+
 double Rb=(4*epsi*h*h)/(5*pai*ele*ele*me);           // Rb=2S radius of N4+
 double Rbb=Rb*1.0e14;
 double Rbc=Rbb/(Math.sqrt(2));
 System.out.printf("Bohr radius in 2S electron of N4+ :%.2f\n", Rbb);
 
 for (int i=1;i <100;i++) {      // repeat until r1=initial r1+100
 double rr=r*1.0e-14;  // change r(MM) into rr(meter)
                                
                             // disb=distance between e1S and e2S 
 double disb=Math.sqrt(rr*rr+Rb*Rb); 

 double poten=-(2*7*ab)/rr+ab/(2*rr)+(2*ab)/disb-(7*ab)/(Rb);
                             
                            //vya= total E - potential energy - 2S kinetic energy(-Eb)  
 double vya=-(E*1.60217646e-19)-poten+Eb; 

 if (vya >0) {
                               // vyb=initial velocity (ele1,2) from kinetic energy
 double vyb=Math.sqrt(vya/me); 
 double VY=vyb*1.0e-8;         // change m/sec to MM/SS
 double prexx=r; double VX=0.0; double WN=0.0; double preyy=0.0; 
 double xx,yy,vk,preVY,preWN,midWN; xx=0.0;
  
 do {
    xx=prexx+VX; yy=preyy+VY;        //electron 1 position after 1SS
    preVY=VY;preWN=WN ;
    vk=VX*VX+VY*VY;                  //calculation of WN from VX,VY 
                                     // WN=number of de Broglie's waves
    WN=WN+(me*vk*1.0e-6)/h;                        
                                   //calculation of VX,VY from Coulomb force
    double ra=Math.sqrt(prexx*prexx+preyy*preyy);       
    double rb=Math.sqrt(4.0*prexx*prexx+2.0*preyy*preyy);
                                   // rc=distance between e1 and 2Se
    double rc=Math.sqrt(prexx*prexx+(preyy+Rbc)*(preyy+Rbc)+(Rbb*Rbb)/2);
                                   // change MM to meter
    ra=ra*1.0e-14; rb=rb*1.0e-14; rc=rc*1.0e-14;
    prexx=prexx*1.0e-14; preyy=preyy*1.0e-14;
                                   // change velocity (VX,VY)
    VX=VX+1.0e-30*ac*(-(7.0*prexx)/(ra*ra*ra)+(2.0*prexx)/(rb*rb*rb)+prexx/(rc*rc*rc));   
    VY=VY+1.0e-30*ac*((-7.0*preyy)/(ra*ra*ra)+preyy/(rb*rb*rb)+(preyy+Rbc*1.0e-14)/(rc*rc*rc));
    prexx=xx;preyy=yy;
  
   } while (xx >= 0);              //electron has moved a quarter  of an orbit? 
   if (VY > -0.001 && VY < 0.001) {    // last VY condition           
  
  System.out.print("r1: "+r+"   ");
  System.out.printf("VX:%.5f", VX);
  System.out.printf("preVY:%.5f", preVY);
  System.out.printf("VY:%.5f", VY);
  midWN=(preWN+WN)/2; System.out.printf("midWN:%.5f\n", midWN);
    
   }}  r=r+1;
   }}}

サンプルＪＡＶＡプログラム（ 窒素イオン (N4+) ）

サンプルＪＡＶＡプログラム（窒素イオン (N4+) ）