電子與類氫-類鋰離子碰撞激發(fā)及輻射性質(zhì)的理論研究.pdf

1、電子碰撞激發(fā)(Electron Impact-Excitation,即EIE)是存在于各種等離子體中最基本的原子物理過程之一,包括天體物理、熱核聚變以及各種實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的等離子體。高精度的電子碰撞激發(fā)參數(shù)對模擬各種等離子體光譜和診斷等離子體的狀態(tài)非常重要。由于熱電子速率分布的各向異性或者是電磁場的影響,電子與離子碰撞之后處于激發(fā)態(tài)的離子在各磁子能級的布局通常呈非統(tǒng)計(jì)性分布,導(dǎo)致其輻射光譜極化。近年來,隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的不斷發(fā)展,大量的等離子體

2、極化譜被觀測到,并成為研究等離子體內(nèi)部各向異性電子能量分布和角分布,以及診斷等離子體溫度、密度的重要探針。在電子束離子阱、同步輻射光源等試驗(yàn)中,定向電子或者是光子與離子作用后也會(huì)輻射極化光譜,對這些極化光譜的實(shí)驗(yàn)和理論研究是人們十分感興趣的課題。目前的研究中由于低入射電子能量時(shí)共振的貢獻(xiàn)比較強(qiáng)以及電子之間的相互作用也比較復(fù)雜,所以人們更多關(guān)注近閾和較低碰撞能時(shí)的碰撞激發(fā)截面、微分截面和極化度。隨著入射電子能量的進(jìn)一步增大,就會(huì)產(chǎn)生一些內(nèi)

3、殼層激發(fā)態(tài)以及亞穩(wěn)態(tài)的激發(fā)過程,而對于較高激發(fā)能時(shí)其精細(xì)的磁子能級激發(fā)截面以及較高碰撞能時(shí)輻射光極化特性及角分布依賴于碰撞能量的變化規(guī)律目前研究甚少。最新的實(shí)驗(yàn)研究已表明,在高電荷離子的電子碰撞過程理論研究中, Breit相互作用的影響不能忽略。然而以往大量的理論研究中,人們卻都忽略了這種效應(yīng)。
　　本文采用多組態(tài)Dirac-Fock(MCDF)理論方法以及我們新發(fā)展的全相對論扭曲波(RDW)計(jì)算程序包REIE06,對高離化態(tài)類氫

4、、類氦、類鋰離子電子碰撞激發(fā)形成激發(fā)態(tài)能級、截面、磁子能級布局情況以及輻射過程輻射光子極化度和極化度角分布等特性做了詳細(xì)的計(jì)算,重點(diǎn)分析了Breit相互作用對其的貢獻(xiàn)。本工作具體內(nèi)容包括:
　　第一章簡要的介紹了本文所涉及到的一些基本概念,描述了高電荷原子碰撞的相關(guān)過程,給出了電子碰撞激發(fā)以及輻射過程的物理圖像。并調(diào)研了少電子體系電子碰撞激發(fā)截面、磁子能級截面以及輻射光極化度的研究背景和研究現(xiàn)狀。
　　第二章細(xì)致的給出了多組

5、態(tài)Dirac-Fock(MCDF)理論方法,給出了求解靶態(tài)波函數(shù)、連續(xù)態(tài)波函數(shù)、電子碰撞激發(fā)相關(guān)參數(shù)所用的理論方法,并對相關(guān)理論方法的高階修正做了細(xì)致的說明。
　　第三章計(jì)算了類氫Ti21+、Fe25+、Sn49+、Au78+離子從基態(tài)1s2S1/2到2p2P3/2的截面、磁量子能級截面,以及輻射X光極化度、角分布隨入射電子能量(1-15倍激發(fā)閾值)的變化規(guī)律。分析了Breit相互作用對總截面、磁子能級截面以及輻射X光極化度的貢獻(xiàn)

6、。對于1s2S1/2到2p2P3/2的躍遷既是電偶極躍遷又是磁四極躍遷,本章也分析了E1-M2混合對輻射X光極化度干涉效應(yīng)。重點(diǎn)以Fe25+離子為例,計(jì)算了輻射X光極化度隨散射角的分布情況。
　　第四章計(jì)算了Z=10-92類氦離子電子碰撞激發(fā)截面和輻射光極化度。重點(diǎn)以類氦Fe24+離子為例,系統(tǒng)計(jì)算了不同入射能量條件下,電子碰撞激發(fā)Fe24+離子從基態(tài)1s21S0到單激發(fā)態(tài)1s2l(l=s,p)、1s3l(l=s,p)各精細(xì)結(jié)構(gòu)能

7、級及磁量子能級的截面,并對亞穩(wěn)態(tài)1s2s1S0、3S1到雙激發(fā)態(tài)2s2p3P1、1P1能級、磁量子能級截面,以及退激發(fā)輻射光子的極化度做了計(jì)算,研究了總截面、磁截面和輻射光譜極化度依賴于入射電子能量的變化規(guī)律,并與包括Breit相互作用的結(jié)果進(jìn)行了比較。同時(shí)給出了激發(fā)態(tài)1s2s3S1,1s2p1P1、3P1,2到基態(tài)1s21S0輻射光極化度隨原子序數(shù)Z的變化規(guī)律。對于雙激發(fā)態(tài),比較了雙電子復(fù)合與電子碰撞激發(fā)兩種機(jī)制時(shí)產(chǎn)生同一輻射譜線極化

8、度差異。最后給出了E1-M2干涉效應(yīng)對雙激發(fā)態(tài)2s2p1P1-1s2s3S1輻射光極化度的影響。
　　第五章在1-6倍激發(fā)閾值能量范圍內(nèi)研究了類鋰Ar15+、Ti19+、Fe23+、Ge29+離子基態(tài)1s22s2S1/2到內(nèi)殼層激發(fā)態(tài)1s2s2p(3P)4P3/2(u)、1s2s2p(3P)2P3/2(q)、1s2s2p(1P)2P3/2(s)電子碰撞激發(fā)總截面和輻射光極化度依賴于入射電子能量的變化。重點(diǎn)以Fe23+離子為例,細(xì)致