电子关联和Breit相互作用对类氦离子双内壳层洞态辐射跃迁的影响

论文摘要

内壳层洞态原子的能级结构和辐射退激发过程是原子物理学研究的热点领域之一。开展此研究,可以理解电子关联、相对论和量子电动力学效应对该奇异原子的结构和跃迁性质的影响,检验多体量子理论,揭示原子中的电子角动量耦合规律,也可为天体和实验室等离子体的温度、密度和离化度分布提供重要的诊断信息,为等离子体理论建模提供必要的原子数据。本文系统研究了电子关联效应、Breit相互作用和QED效应对类氦离子双内壳层洞态原子的能级结构和辐射退激发过程的影响;建立了恰当的描述单、双洞原子态的电子关联模型;探索了内壳层双洞态原子辐射退激发通道的竞争关系,为在大科学装置兰州重离子研究装置（HIRFL）平台上观测双洞态离子X射线谱提供理论预言。本文得到的计算结果可为HIRFL上的高精度X射线光谱实验提供必要的参考、指导和分析,也可以深入理解内壳层洞态的物理机制和相互作用,并为其它应用提供高精度的基础原子数据。本文基于多组态Dirac-Fock、活动空间方法,应用GRASP2K程序包,在系统的考虑了电子关联效应、Breit相互作用和QED效应的基础上,研究了类氦离子的基态1s2、激发态2s2p和1s2s的能级结构、单电子单光子（OEOP）和两电子一光子（TEOP）的辐射跃迁性质。主要研究内容包括:基于多组态Dirac-Fock（MCDF）、活动空间方法,选择了Ne、Si、Ar、Ca、Fe、Ni、Cu、Zn、Kr、Nb和Ag 11种类氦离子,计算了其基本原子性质如能级结构、辐射跃迁性质。建立了一种有效的类氦离子基组态1s2和激发态2s2p、1s2s能级结构及跃迁数据的电子关联模型,计算得到了类氦离子基组态1s2和激发态2s2p、1s2s的能级、跃迁几率;随着活动轨道基空间系统的扩展,能级的计算结果趋于收敛,表明我们所构建的关联模型是收敛的。在此基础上,系统的研究了电子关联效应、Breit相互作用、QED效应对跃迁能、跃迁几率的贡献;2s2p-1s2s（OEOP）、2s2p-1s2（TEOP）跃迁的跃迁能量和几率与已有的实验观测结果和其他理论计算结果吻合的非常好,这进一步说明我们所建立的电子关联模型是合理的。基于我们的计算,分析了电子关联效应、Breit相互作用和QED效应对跃迁能和跃迁几率的影响。当前的计算结果及分析表明,随着原子核电荷数Z的升高,电子关联效应、Breit相互作用和QED效应对跃迁能、跃迁几率的贡献是越来越小的。原子序数Z较低时,核-电子之间的库仑相互作用与电子-电子间相互作用存在明显的竞争关系;而高Z时,核与电子之间的库仑相互作用占据主导地位。计算得到的原子数据有助于进一步对类氦离子的OEOP和TEOP跃迁开展实验和理论研究,也可为天体和实验室等离子体模拟提供精确的原子数据,具有非常重要的科学意义和潜在的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 洞态原子
•   1.2 内壳层双洞态原子研究背景
•   1.3 内壳层双洞态原子研究现状
•   1.4 本文研究内容
• 第二章 理论方法
•   2.1 引言
•   2.2 多组态Dirac-Fock（MCDF）方法
•     2.2.1 组态波函数（CSFs）
•     2.2.2 原子态波函数（ASFs）
•     2.2.3 变分原理
•     2.2.4 活动空间方法
•     2.2.5 电子关联效应
•   2.3 高阶效应修正
•     2.3.1 原子核的有限体积效应修正
•     2.3.2 Breit相互作用
•     2.3.3 量子电动力学（QED）的辐射修正
•   2.4 辐射跃迁几率
•   2.5 GRASP2k程序包
• 第三章 电子关联效应、Breit相互作用和QED效应对K壳层双洞态类氦离子能级结构和E1 辐射跃迁性质的影响（10≤ Z≤47）
•   3.1 引言
•   3.2 类氦离子基组态和激发态2s2p、1s2s原子结构的计算模型
•   3.3 类氦离子2s2p和1s2s组态间单电子单光子跃迁（OEOP）
•   3.4 类氦离子2s2p和1s2 组态间两电子一光子跃迁（TEOP）
•   3.5 电子关联效应对类氦离子双内壳层洞态辐射跃迁的影响
•   3.6 Breit相互作用对类氦离子双内壳层洞态辐射跃迁的影响
•   3.7 量子电动力学（QED）效应对类氦离子双内壳层洞态辐射跃迁的影响
•   3.8 小结
• 第四章 总结与展望
•   4.1 总结
•   4.2 展望
• 参考文献
• 附录 Ⅰ：攻读硕士学位期间发表论文情况
• 附录 Ⅱ：攻读硕士期间参加的学术会议
• 附录 Ⅲ：类氦离子（ ）OEOP和TEOP跃迁的原子数据
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 曹铭欣

导师: 丁晓彬

关键词: 多组态,电子关联效应,活动空间方法,相互作用,效应,能级结构,辐射跃迁性质

来源: 西北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 西北师范大学

基金: 国家重点研发计划项目(批号:2017YFA0402300),国家自然科学基金(批号:U1832126,11264035)

分类号: O562

总页数: 56

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