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电子与原子(离子)的碰撞激发是原子物理学中的基本过程之一,广泛存在于各种温度和密度范围的等离子体中。高精度的电子-原子(离子)碰撞激发的强度、截面以及速率系数是模拟和诊断各种天体等离子体、实验室等离子体以及研制X射线激光非常重要的参数。本文利用基于多组态Dirac-Fock(MCDF)方法及其相应程序包GRASP92和RATIP发展的研究电子-原子(离子)碰撞激发过程的全相对论扭曲波(RDW)方法和计算程序REIE06,对氦原子与类氦离子,锂原子,氮离子,类氖离子以及类Ni、类Cu、类Zn金离子的能级结构、辐射跃迁性质以及电子碰撞激发过程进行了研究,其主要包括:
第一,系统计算了氦原子2 3S亚稳态到2 3P、3 3S、3 3P和3 3D激发态的碰撞激发截面和微分截面,并与实验结果及其它理论结果进行了比较,验证了目前理论方法的正确性和精度;以类氦Fe24+、Xe52+和U90+离子为例,详细讨论了Breit相互作用对碰撞激发截面的影响;以类氦Fe24+离子为例,初步研究了电子碰撞激发中的辐射级联过程。
第二,系统计算了锂原子1s22s基态到1s22p、1s23s、1s23p、1s23d、1s24s、1s24p、1s24d和1s24f激发态及1s2s2、1s2snp(n=2-5)、1s2sns(n=3-5)、1s2pns(n=3-5)和1s2pnp(n=3-5)激发态的碰撞激发截面和微分截面。在内壳层电子的激发中,取分波数;另外,我们还详细研究了不同入射电子能量下,锂原子内壳层电子能损谱。125κ=
第三,以N+离子为例,研究了电子-离子碰撞激发过程中电子关联效应对速率系数的影响。结果表明,在低Z的离子以及低能的碰撞中关联效应对速率系数的影响比较大,考虑更多的关联通常会使计算的速率系数减小。
第四,以中Z类氖离子(Z=50~57)为例,讨论了强组态相互作用对碰撞强度的影响,讨论了沿等电子系列变化时,类氖离子的与X射线激光跃迁有关的碰撞激发截面随原子序数Z的变化行为;研究了中Z类氖离子涉及等离子体诊断的3C与3D跃迁线的强度比值随原子序数Z的变化特性。
第五,由于金元素(Z=79)是惯性约束聚变 (ICF)实验中常用腔体材料,其Au49+、Au50+、Au51+离子的吸收谱线常被用来诊断惯性约束聚变高温等离子体的状态,因此我们系统计算了类Ni、类Cu和类Zn金离子基态3s、3p、3d和4s电子激发到n(n=4、5;l=s、p、d、f)壳层的激发能和碰撞强度。
总之,通过对上述问题的研究,揭示了一些新的现象和物理规律。通过与相关的理论和实验结果的进一步比较,证明目前的方法在处理靶态波函数时,可以很好地考虑电子关联效应,因此可以进一步推广应用到对任意复杂原子或离子的电子碰撞激发过程的研究中。另外,目前的方法还可以进一步用来研究电子碰撞激发过程中的散射电子的角分布以及极化参数等问题。可以预期,随着我国的兰州重离子加速器冷却储存环(CSR)和上海电子束离子阱(EBIT)等先进的大型实验装置的建成和投入使用,目前发展的理论方法通过与相关高精度实验的密切结合,必将在我国的电子碰撞激发方面的研究中发挥重要的作用。