高电荷态离子直接电离与双电子复合的相对论理论研究

摘要

电子与高电荷态离子的碰撞过程的理论研究(以及这些过程相应的截面及速率系数数据)是当前原子分子物理研究中的一项重要课题，它与X激光、受控核聚变以及天体物理中的等离子体物理过程的研究和诊断密切相关，也与我所正在开展的电子束离子阱(EBIT)实验工作密切相关。并且随着实验能量的提高以及研究对象向中高Z元素的高电荷态离子发展，在理论研究中采用全相对论方法越来越显示出其必要性。 本工作采用相对论扭曲波近似方法对电子与高电荷态离子碰撞过程中的直接电离与双电子复合两个重要过程进行了理论计算和研究，具体包括： 一、高电荷态类氢等电子系离子直接电离过程的全相对论系统性的理论研究。①、我们采用相对论扭曲波玻恩交换近似方法计算了Z≤42的10种类氢离子的直接电离截面，与实验测量结果及其它相对论理论计算结果符合得很好。②、对不同Z的离子和不同入射能量下相对论效应的贡献作了分析，并估计了QED效应对计算结果的影响。⑨、给出了高精度的适用于所有中低z类氢离子的直接电离截面经验公式。④、在考虑相对论性的电子麦克斯韦分布的情况下，给出了全相对论的类氢离子直接电离速率系数经验公式。相比现有的经验公式，我们所给的公式具有范围广、精度高、使用方便的特点。 上述工作已在JournalofQuantitativeSpectroscopy&RadiativeTransfer杂志上发表(见附录)。 二、类氦等电子系列离子双电子复合过程的相对论计算的系统研究。①、我们采用相对论组态相互作用近似方法系统计算了10≤Z≤54的13个类氦离子的双电子复合过程，得到的截面数据和速率系数与已发表的实验数据及其它理论结果较一致。②、系统研究和讨论了级联辐射对DR截面的影响，辐射分支比随不同DR共振及原子序数z的变化，以及用于速率系数外推的n-3。标度律的有效性等物理问题。⑨、给出了适用于中低Z类氦离子的双电子复合速率系数经验公式，比其它的经验公式参量更少、精度更高。 上述工作中有关类氦rr34+离子双电子复合过程的计算已在ChinesePhysics杂志上发表，全部工作的总结已投稿给JournalofQuantitativeSpectroscopy&RadiativeTransfer(见附录)。 三、高电荷态金离子双电子复合过程的相对论理论研究。①、我们采用相对论组态相互作用近似方法计算了类钴、类镍和类锌金离子的双电子复合截面和速率系数，其中类钴和类锌离子的计算至今未见报道。由于在实验中已能分辨开来自3d-n′f5/2和3d-n′f7/2两种跃迁所发出的谱线，我们也分开计算了经过4ln′f5/2和4ln′f7／2两个中间态的DR过程。②、对DR的三种辐射退激过程的贡献作了详细的比较和讨论，包括一次退激到单激发态的过程，一次退激到不可自电离的双激发态的过程，以及经过可自电离的双激发态的级联辐射完成DR的过程。我们发现，在不同温度下这三种跃迁的相对比重有很大的变化。③、对组态平均对速率系数计算的影响作了详细分析，计算表明采用组态平均近似给低温下的速率系数计算带来很大的误差，而且对不同的离子偏离细致能级计算的正负方向不同。另外对组态相互作用的影响也作了讨论，组态相互作用会使低温时的速率系数有较明显的改变。 上述工作中有关类镍金离子的研究已在ChinesePhysicsLetters杂志上发表(见附录)。本文的第一章为引言，简单介绍了本研究工作的意义、现状、工作内容和完成情况。第二章详细介绍直接电离过程的理论计算方法以及类氢离子直接电离的计算结果和分析讨论。第三章详细介绍双电子复合过程的理论研究框架，以及类氦离子和高电荷态金离子双电子复合的计算结果和分析讨论。 上述工作得到国家自然科学基金和863高核技术项目资助。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

第二章类氢等电子系离子直接电离过程的相对论理论研究

第三章类氦等电子系离子与高电荷态金离子双电子复合过程的理论研究

附录硕士期间已发表与已投稿论文目录

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