HIRFL-CSR高电荷态离子双电子复合精密谱的理论研究

论文摘要

双电子:复合（Dielectronic Recombination,DR）过程作为一种重要的原子物理过程,广泛存在于宇宙天体和实验室等离子体中。在基础研究方面,DR过程是研究超精细分裂、同位素位移、电子关联效应、相对论效应和量子电动力学效应等物理问题的一种重要手段。在应用方面,DR在决定非局域热平衡等离子体的能级布居和电离平衡中发挥着重要作用,其精确的共振截面和速率系数对于解释宇宙射线源光谱、诊断等离子体温度和密度等性质非常重要。兰州重离子冷却储存环HIRFL-CSR提供了高品质的离子束和电子束,为DR精细谱学的实验研究创造了条件。匹配的理论计算一方面可以更好地理解实验谱线,分析各个共振峰的共振来源及强度。另一方面,理论与实验相结合可以更好得研究电子关联、组态相互作用等物理效应。第一部分我们利用基于相对论组态相互作用方法（RCI）的FAC程序（Flexible atomic code）研究了简单体系（类锂Xe51+ 和 W71+离子）△n = 0 的DR过程。首先我们详细介绍了相对论组态相互作用方法（RCI）以及与DR过程相关的理论计算公式（见第二章）。接着我们应用FAC程序研究了类锂Xe51+离子DR过程,其中来自于高里德堡态（n→ ∞）的贡献通过应用基于量子数亏损理论（QDT）的外推法得到。最后我们得到了类锂Xe51+离子的两个线系（2s → 2P1/2,3/2）完整的DR谱,其与ESR上的实验谱以及MCDF计算结果符合得很好。尤其对于标度的共振强度,相比于MCDF理论,FAC结果与实验符合得更好（见第三章）。接着针对作为国际热核聚变ITER装置内壁材料的钨元素（W,Z=74）,我们应用同样的方法首次计算了高电荷态类锂W71+离子的储存环电子-离子复合谱,同时讨论了 QED和Breit相互作用对体系的能级结构的重要影响。最后结合等离子体环境给出了相应的等离子体速率系数,其与AUTOSTRUCTURE的结果整体符合得很好。该工作为未来储存环CSRe,上的DR实验提供了理论指导,同时也为ITER中聚变等离子体的诊断和识别提供了重要参数（见第四章）。第二部分我们进一步发展了基于短程散射矩阵解析延拓性的R-R-Eigen程序,并应用于强关联类铍Ar14+体系的电子-离子复合过程的研究。具体地,第五章详细介绍了相对论本征通道R矩阵方法,主要包括准完备基靶态的准备、本征通道R矩阵方法、多通道量子数亏损理论（MQDT）、辐射和自电离几率四个方面。接着第六章应用该方法细致研究了Ar13+离子1.5+分波。基于计算得到的高精度的散射矩阵参数,通过求解MQDT方程并结合高维对称投影量子数亏损图（即JHANGZ图）给出了一系列束缚态的能级位置。此外,根据自电离能区各个通道的相移特性得到了各个自电离态的共振位置和线宽。该工作是DR计算的重要部分,且很好地阐述了高电荷态离子（HCIs）中电子关联效应的重要性。第七章首次应用上述方法研究了类铍Ar14+离子的电子-离子复合过程。在充分考虑电子关联效应的前提下,考虑来自共振态0.5～7.5±分波的贡献,得到了共振能量0～5eV内的速率系数谱线,其与CSRm上的实验结果及AUTOSTRUCTURE结果整体符合地很好。尤其是在近电离阈附近（<0.5eV）,我们的计算的与内壳层强关联跃迁（2s2→2p2）相关的三电子复合（TR）与实验符合得更好。通过细致分析,我们得到了各个共振峰的共振来源及其相应的振子强度,很好的解释了实验谱线。该工作一方面验证了我们R-R-Eigen理论方法的正确性,同时也说明了类铍强关联体系能级结构的复杂性与特殊性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
•   1.1 概述
•   1.2 双电子复合过程
•     1.2.1 电子-离子复合过程的物理图像
•     1.2.2 DR过程的研究背景和意义
•     1.2.3 DR过程的实验方法
•     1.2.4 DR过程的理论方法
•   1.3 本文的内容及结构
• 第二章 基于相对论组态相互作用方法（RCI）的双电子复合计算
•   2.1 Flexible Atomic code（FAC）简介
•   2.2 理论方法
•     2.2.1 波函数与哈密顿量
•     2.2.2 局域中心势的选择
•     2.2.3 Dirac方程的求解
•     2.2.4 角向积分和哈密顿矩阵元
•     2.2.5 径向积分
•     2.2.6 辐射跃迁速率
•     2.2.7 自电离速率
•   2.3 双电子复合过程的计算公式
•   2.4 本章小结
• 51+离子双电子复合过程的理论研究'>第三章 类锂Xe⁵¹⁺离子双电子复合过程的理论研究
•   3.1 引言
•   3.2 双电子复合谱:精细结构计算
•   3.3 高里德堡态的能量和共振强度
•   3.4 本章小结
• 71+离子双电子复合过程的理论研究'>第四章 类锂W⁷¹⁺离子双电子复合过程的理论研究
•   4.1 引言
•   4.2 能级与辐射跃迁
•   4.3 双电子复合谱
•   4.4 高里德堡态的能量和共振强度
•   4.5 等离子体速率系数
•   4.6 本章小结
• 第五章 基于相对论本征通道R矩阵方法（R-R-Eigen）的双电子复合计算
•   5.1 引言
•   5.2 理论方法
•     5.2.1 准完备基方法准备靶态
•     5.2.2 本征通道R矩阵方法
•     5.2.3 多通道量子数亏损理论（MQDT）
•     5.2.4 面向DR过程的共振位置、自电离和辐射跃迁过程
•   5.3 本章小结
• 13+离子1.5⁺分波的理论研究'>第六章 类硼Ar¹³⁺离子1.5⁺分波的理论研究
•   6.1 引言
•   6.2 散射矩阵即MQDT参数的计算
•   6.3 束缚能级与散射矩阵精度
•   6.4 自电离态的共振位置及线宽
•   6.5 本章小结
• 14+离子电子-离子复合过程的研究'>第七章 类铍Ar¹⁴⁺离子电子-离子复合过程的研究
•   7.1 引言
• 13+离子2.5⁺分波的理论研究'>  7.2 类硼Ar¹³⁺离子2.5⁺分波的理论研究
•     7.2.1 MQDT参数
•     7.2.2 束缚能区JHANGZ图
•     7.2.3 自电离能区JHANGZ图
• 14+离子的电子-离子复合共振谱'>  7.3 Ar¹⁴⁺离子的电子-离子复合共振谱
•   7.4 本章小结
• 第八章 总结与展望
•   8.1 总结
•   8.2 展望
• 参考文献
• 发表文章目录
• 简历
• 致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 豆丽君

导师: 马新文

关键词: 双电子复合,三电子复合,电子关联,组态相互作用方法,本征通道矩阵方法,复合速率系数

来源: 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 中国科学院大学(中国科学院近代物理研究所)

分类号: O562

总页数: 129

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