發(fā)布時間：2020-11-19 02:40

　　 雙電子:復(fù)合(Dielectronic Recombination,DR)過程作為一種重要的原子物理過程,廣泛存在于宇宙天體和實驗室等離子體中。在基礎(chǔ)研究方面,DR過程是研究超精細(xì)分裂、同位素位移、電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)、相對論效應(yīng)和量子電動力學(xué)效應(yīng)等物理問題的一種重要手段。在應(yīng)用方面,DR在決定非局域熱平衡等離子體的能級布居和電離平衡中發(fā)揮著重要作用,其精確的共振截面和速率系數(shù)對于解釋宇宙射線源光譜、診斷等離子體溫度和密度等性質(zhì)非常重要。蘭州重離子冷卻儲存環(huán)HIRFL-CSR提供了高品質(zhì)的離子束和電子束,為DR精細(xì)譜學(xué)的實驗研究創(chuàng)造了條件。匹配的理論計算一方面可以更好地理解實驗譜線,分析各個共振峰的共振來源及強度。另一方面,理論與實驗相結(jié)合可以更好得研究電子關(guān)聯(lián)、組態(tài)相互作用等物理效應(yīng)。第一部分我們利用基于相對論組態(tài)相互作用方法(RCI)的FAC程序(Flexible atomic code)研究了簡單體系(類鋰Xe51+ 和 W71+離子)△n = 0 的DR過程。首先我們詳細(xì)介紹了相對論組態(tài)相互作用方法(RCI)以及與DR過程相關(guān)的理論計算公式(見第二章)。接著我們應(yīng)用FAC程序研究了類鋰Xe51+離子DR過程,其中來自于高里德堡態(tài)(n→ ∞)的貢獻(xiàn)通過應(yīng)用基于量子數(shù)虧損理論(QDT)的外推法得到。最后我們得到了類鋰Xe51+離子的兩個線系(2s → 2P1/2,3/2)完整的DR譜,其與ESR上的實驗譜以及MCDF計算結(jié)果符合得很好。尤其對于標(biāo)度的共振強度,相比于MCDF理論,FAC結(jié)果與實驗符合得更好(見第三章)。接著針對作為國際熱核聚變ITER裝置內(nèi)壁材料的鎢元素(W,Z=74),我們應(yīng)用同樣的方法首次計算了高電荷態(tài)類鋰W71+離子的儲存環(huán)電子-離子復(fù)合譜,同時討論了 QED和Breit相互作用對體系的能級結(jié)構(gòu)的重要影響。最后結(jié)合等離子體環(huán)境給出了相應(yīng)的等離子體速率系數(shù),其與AUTOSTRUCTURE的結(jié)果整體符合得很好。該工作為未來儲存環(huán)CSRe,上的DR實驗提供了理論指導(dǎo),同時也為ITER中聚變等離子體的診斷和識別提供了重要參數(shù)(見第四章)。第二部分我們進(jìn)一步發(fā)展了基于短程散射矩陣解析延拓性的R-R-Eigen程序,并應(yīng)用于強關(guān)聯(lián)類鈹Ar14+體系的電子-離子復(fù)合過程的研究。具體地,第五章詳細(xì)介紹了相對論本征通道R矩陣方法,主要包括準(zhǔn)完備基靶態(tài)的準(zhǔn)備、本征通道R矩陣方法、多通道量子數(shù)虧損理論(MQDT)、輻射和自電離幾率四個方面。接著第六章應(yīng)用該方法細(xì)致研究了Ar13+離子1.5+分波。基于計算得到的高精度的散射矩陣參數(shù),通過求解MQDT方程并結(jié)合高維對稱投影量子數(shù)虧損圖(即JHANGZ圖)給出了一系列束縛態(tài)的能級位置。此外,根據(jù)自電離能區(qū)各個通道的相移特性得到了各個自電離態(tài)的共振位置和線寬。該工作是DR計算的重要部分,且很好地闡述了高電荷態(tài)離子(HCIs)中電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)的重要性。第七章首次應(yīng)用上述方法研究了類鈹Ar14+離子的電子-離子復(fù)合過程。在充分考慮電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)的前提下,考慮來自共振態(tài)0.5～7.5±分波的貢獻(xiàn),得到了共振能量0～5eV內(nèi)的速率系數(shù)譜線,其與CSRm上的實驗結(jié)果及AUTOSTRUCTURE結(jié)果整體符合地很好。尤其是在近電離閾附近(0.5eV),我們的計算的與內(nèi)殼層強關(guān)聯(lián)躍遷(2s2→2p2)相關(guān)的三電子復(fù)合(TR)與實驗符合得更好。通過細(xì)致分析,我們得到了各個共振峰的共振來源及其相應(yīng)的振子強度,很好的解釋了實驗譜線。該工作一方面驗證了我們R-R-Eigen理論方法的正確性,同時也說明了類鈹強關(guān)聯(lián)體系能級結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與特殊性。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院近代物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O562
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 概述
    1.1 概述
    1.2 雙電子復(fù)合過程
        1.2.1 電子-離子復(fù)合過程的物理圖像
        1.2.2 DR過程的研究背景和意義
        1.2.3 DR過程的實驗方法
        1.2.4 DR過程的理論方法
    1.3 本文的內(nèi)容及結(jié)構(gòu)
第二章 基于相對論組態(tài)相互作用方法（RCI）的雙電子復(fù)合計算
    2.1 Flexible Atomic code（FAC）簡介
    2.2 理論方法
        2.2.1 波函數(shù)與哈密頓量
        2.2.2 局域中心勢的選擇
        2.2.3 Dirac方程的求解
        2.2.4 角向積分和哈密頓矩陣元
        2.2.5 徑向積分
        2.2.6 輻射躍遷速率
        2.2.7 自電離速率
    2.3 雙電子復(fù)合過程的計算公式
    2.4 本章小結(jié)
51+離子雙電子復(fù)合過程的理論研究'>第三章 類鋰Xe⁵¹⁺離子雙電子復(fù)合過程的理論研究
    3.1 引言
    3.2 雙電子復(fù)合譜:精細(xì)結(jié)構(gòu)計算
    3.3 高里德堡態(tài)的能量和共振強度
    3.4 本章小結(jié)
71+離子雙電子復(fù)合過程的理論研究'>第四章 類鋰W⁷¹⁺離子雙電子復(fù)合過程的理論研究
    4.1 引言
    4.2 能級與輻射躍遷
    4.3 雙電子復(fù)合譜
    4.4 高里德堡態(tài)的能量和共振強度
    4.5 等離子體速率系數(shù)
    4.6 本章小結(jié)
第五章 基于相對論本征通道R矩陣方法（R-R-Eigen）的雙電子復(fù)合計算
    5.1 引言
    5.2 理論方法
        5.2.1 準(zhǔn)完備基方法準(zhǔn)備靶態(tài)
        5.2.2 本征通道R矩陣方法
        5.2.3 多通道量子數(shù)虧損理論（MQDT）
        5.2.4 面向DR過程的共振位置、自電離和輻射躍遷過程
    5.3 本章小結(jié)
13+離子1.5⁺分波的理論研究'>第六章 類硼Ar¹³⁺離子1.5⁺分波的理論研究
    6.1 引言
    6.2 散射矩陣即MQDT參數(shù)的計算
    6.3 束縛能級與散射矩陣精度
    6.4 自電離態(tài)的共振位置及線寬
    6.5 本章小結(jié)
14+離子電子-離子復(fù)合過程的研究'>第七章 類鈹Ar¹⁴⁺離子電子-離子復(fù)合過程的研究
    7.1 引言
13+離子2.5⁺分波的理論研究'>    7.2 類硼Ar¹³⁺離子2.5⁺分波的理論研究
        7.2.1 MQDT參數(shù)
        7.2.2 束縛能區(qū)JHANGZ圖
        7.2.3 自電離能區(qū)JHANGZ圖
14+離子的電子-離子復(fù)合共振譜'>    7.3 Ar¹⁴⁺離子的電子-離子復(fù)合共振譜
    7.4 本章小結(jié)
第八章 總結(jié)與展望
    8.1 總結(jié)
    8.2 展望
參考文獻(xiàn)
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本文編號：2889575