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高离化态钨离子双电子复合过程的相对论理论研究

作　者: 张义钊
导　师: 符彦飙
学　校: 西北师范大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 高离化态离子双电子复合速率系数截面相对论组态相互作用方法外推方法经验拟合公式
分类号: O562.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

双电子复合（DR）过程作为重要的电子-离子非弹性碰撞现象之一,是实验室高温等离子体和天体等离子体中影响等离子体电离平衡的一种很重要原子动力学过程,它对建立和维持等离子体的电离平衡以及对离子激发态布居起着主导作用。高精度的DR强度、截面以及速率系数是模拟和诊断各种天体等离子体及实验室等离子体和研制X射线激光的重要参数。在国际热核聚变实验反应堆（ITER）的设计中,偏滤器将完全采用钨材料。而在偏滤器等离子体的辐射冷却过程中,复合过程是高离化态钨离子辐射损失的重要原因。同时,钨还将用作等离子体诊断探针元素。因此,对钨离子双电子复合（DR）过程的研究有很重要的实际应用价值。本文利用相对论组态相互作用方法对等核系列钨离子的双电子复合过程进行了研究。对类铷W³⁷⁺离子的研究结果表明:在电子温度为1eV-5×10⁴eV范围内,4p电子激发对DR速率系数的贡献最大,且4l壳层电子激发对DR速率系数的贡献在低温时,远大于3l壳层电子激发的贡献,随着温度的增加,3l壳层电子激发对DR速率系数的贡献逐渐增大,当电子温度到达650 eV时,3l壳层电子激发对DR速率系数的贡献达到总DR速率系数的12.5%。所以在温度较高的等离子体环境中,3l激发的贡献必须予以考虑。随着温度的增加,Δn= 2芯激发的DR速率系数逐渐增大,最大可以达到总DR速率系数的22%。对于W³⁸⁺,W⁴⁴⁺和W⁴⁶⁺离子的研究结果表明:对于W⁴⁶⁺离子,在电子温度kT_e>5eV时,3d电子激发的贡献最大。对于W⁴⁴⁺离子,在中低温时4s电子激发的贡献最大,在较高温时3d电子激发的贡献最大。对于W³⁸⁺离子,4p电子激发的DR速率系数始终最大,在高温时3d电子激发的贡献接近4p电子激发的贡献。随着温度的增加,W³⁸⁺,W⁴⁴⁺和W⁴⁶⁺离子芯激发的DR速率系数逐渐增大,最大分别可达到总DR速率系数的26%,22.5%和21%。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章引言  10-19
  1.1 电子与离子碰撞的基本过程  10-12
  1.2 双电子复合(DR)过程  12-14
    1.2.1 双电子复合(DR)的物理图像  12-13
    1.2.2 双电子复合过程的研究意义和研究现状  13-14
  1.3 本文的研究内容  14-16
  参考文献  16-19
第二章理论方法  19-29
  2.1 双电子复合(DR)截面和速率系数计算公式  19-20
  2.2 理论方法  20-28
    2.2.1 局域中心势的选择  21-23
    2.2.2 Dirac方程的求解  23-24
    2.2.3 角向积分和哈密顿矩阵元  24-25
      2.2.3.1 单电子算符  24-25
      2.2.3.2 双电子算符  25
    2.2.4 径向积分  25-26
    2.2.5 辐射跃迁速率  26-27
    2.2.6 自电离速率  27-28
  参考文献  28-29
第三章类铷钨离子的DR 过程  29-59
  3.1 引言  29-31
  3.2 DR 速率系数随l' 的变化  31-32
  3.3 高里德堡态电子跃迁对DR速率系数的影响  32-34
  3.4 组态混合对DR速率系数的影响  34-44
    3.4.1 组态混合对3d电子激发DR速率系数的影响  35-36
    3.4.2 组态混合对45电子激发DR速率系数的影响  36-39
    3.4.3 组态混合对4p电子激发DR速率系数的影响  39-41
    3.4.4 组态混合对4d电子激发DR速率系数的影响  41-44
  3.5 不同电子激发的DR速率系数  44-53
    3.5.1 3s电子激发的DR速率系数  44-45
    3.5.2 3p电子激发的DR速率系数  45-47
    3.5.3 3d电子激发的DR速率系数  47-48
    3.5.4 4s电子激发的DR速率系数  48-49
    3.5.5 4p电子激发的DR速率系数  49-51
    3.5.6 4d电子激发的DR速率系数  51-52
    3.5.7 不同电子激发的总DR速率系数  52-53
  3.6 Δn =0 ，Δn = 1 和Δn =2 三类不同芯激发的DR 速率系数  53-54
  3.7 总DR 速率系数的拟合及与RR 和TBR 的比较  54-55
  3.8 小结  55-56
  参考文献  56-59
第四章钨等核系列离子的DR 过程  59-70
  4.1 DR 速率系数随l' 的变化  59
  4.2 不同电子激发的DR 速率系数  59-62
  4.3 Δn =0 ，Δn = 1 和Δn = 2 三类不同芯激发的DR 速率系数  62-64
  4.4 总DR 速率系数的拟合及DR 截面  64-67
  4.5 DR、RR和TBR速率系数的比较  67-68
  4.6 小结  68-69
  参考文献  69-70
第五章总结与展望  70-73
  5.1 总结  70-71
  5.2 展望  71
  参考文献  71-73
附录Ⅰ：硕士学位期间发表论文情况  73-74
附录Ⅱ：硕士学位期间学术会议论文摘要  74-75
致谢  75-76

高离化态钨离子双电子复合过程的相对论理论研究

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