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类氦镁离子、类铍离子的能级结构和光谱跃迁的理论研究

作　者: 杨天丽
导　师: 谭明亮
学　校: 四川大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 高离化态类氦离子类铍离子电偶极(E1) 磁偶极(M1) 自发跃迁系数加权振子强度能级间隔
分类号: O562.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

本论文根据全相对论多组态Multi-configuration Dirac-Fock理论，采用Grant的多组态Dirac-Fock的程序包GRASP~2(General-Purpose Relativistic AtomicStructure Program 2 1992)，系统地研究了类铍等电子序列(Z=5-92)的高激发态禁戒跃迁的光谱特性；类氦镁、类氦铝离子的能级结构以及镁的各阶电离势。全文共由六章组成：第一章简单地介绍了近几十年来高离化原子离子在理论和实验两方面所取得的研究进展。第二章叙述了研究高离化原子离子能级结构与光谱跃迁的基本理论方法。第三章系统地研究了类氦镁、类氦铝离子的精细能级结构、类氦镁的部分电偶极跃迁及镁的各阶电离势。第四章系统地研究了类铍离子的禁戒跃迁(1s22p3d)l—(1s22p面o、(1s22p4d)l—(1s22p3面。的能级间隔和光谱数据。第五章对类铍钨离子在(1s22p3d)l与(1s22p3d)0之间、(1s22p4d)l与(1s22p3d)0之间产生X-ray激光的可能性进行了分析。第六章是对上述工作的总结。高离化原子离子光谱是研究原子结构、高温等离子体中的原子物理过程以及等离子体诊断技术的基础，是当前原子分子物理研究的前沿。低、中Z元素离子光谱数据已较为全面，但对高Z元素的高离化离子的高激发态的光谱研究还相当缺乏，尚待填补。本文计算的类铍离子的磁偶极(1s22p3d)l—(1s22p石)o、(1s22p4d)l—(1s22p3面。跃迁的能级间隔、自发跃迁几率和加权振子强度等光谱数据、类氦镁离子的电偶极跃迁的自发跃迁几率和加权振子强度，在这方面填补空白。计算中考虑了breit修正、QED修正及核的有效体积效应。研究表明： (1)在类氦镁、类氦铝离子的能级结构计算中，相对论效应、breit修正及QED修正使得部分能级发生交错和倒置，breit修正和QED修正在能量中占有很大的比例。这两种修正在高离化重元素离子的计算中应考虑。 (2)计算镁的电离势时，电子相关作用对计算结果影响较大，若计算中考虑了相关能使得计算结果更接近实验值。 (3)类氦镁的电偶极跃迁表明：高离化离子的光谱线非常密集，对某一特定的线系，自发跃迁几率和加权振子强度随着激发态主量子数n的增加而减少，在高离化原子中由于相对论效应，使得违反LS耦合选择定则的跃迁因满足jj耦合选择定则成为可能。 (4)首次从理论上得到了类铍离子的磁偶极(1s22p3d)l—(1s22p3d)0、磁偶四川大学硕士论文极（IS22P4d）l叶IS22P3d）。跃迁的能级间隔、自发跃迁系数和加权振子强度。其中能级间隔随着核电荷数Z增加而增大，增长速率远比类被离子电偶极跃迁的能级间隔增长快得多。对于自发跃迁系数而言，在低Z段元素离子其值很小，随着核电荷数增加急剧变大，以致在重元素离子区己达到 10’量级，与中性原子的电偶极跃迁相当，在整个等电子序列计算中的增长速率远比电偶极跃迁增长的快，这一点与电偶极跃迁有区别。（5）通过对钨等离子体中的主要物理过程的计算分析可知：在零密度场下，仅从双电子复合过程出发，可能在（Is勺p3d）；和（Is勺p3d儿，（l勺；和（Is勺人之间产生相应的X－fsy激光光谱，但强度很弱；若计及其他物理过程，则激发态之间很难产生X｛ay激光光谱。在考虑外强场（电场、光强）条件下，双电子复合过程有可能比其他的物理过程更显著，在双电子复合机制下产生相应的X寸ay激光的可能性还是存在。但具体的结果还有待于从理论和实验两方面做进一步地研究。重要的是，由朱正和教授和叶安培博士提出的“在合适的泵浦机制下产生非电偶级的X－y激光谱线”这一新观点为寻找最佳泵浦机制和新的激光工作物质提供了一个新的发展方向。上述计算的类氦、类镀离子的原子结构和光谱数据将有助于实验物理工作者在激光等离子体诊断领域中对仍未观察到的类氦、类披等离子体谱线的辨认，并为这方面提供深入的理论和实验推动作用。

全文目录

中文摘要  2-4
英文摘要  4-10
第一章引言  10-15
  1．1 高离化态原子结构与光谱研究的必要性  10
  1．2 高离化态原子结构与光谱研究的发展  10-13
  1．3 本论文的研究内容  13-15
第二章相对论量子力学理论方法  15-34
  2．1 相对论轨道  15-16
  2．2 组态波函数  16
  2．3 原子态波函数  16-17
  2．4 Dirac-Coulomb哈密顿量  17
  2．5 哈密顿矩阵  17-19
  2．6 组态耦合系数  19
  2．7 径向波函数  19-23
  2．8 辐射修正  23-24
  2．9 横向电磁相互作用  24-25
  2．10 原子核的修正  25-26
  2．11 电偶极矩（E1）的W-E矩阵元和跃迁选择定则  26-28
    2．11．1 Winger-Eckart定理的一种描述  26
    2．11．2 W-E矩阵元和LS耦合时电偶极矩（E_1）跃迁的选定则  26-28
  2．12 磁偶极矩（M_1）的W-E矩阵元和跃迁选择定则  28-30
    2．12．1 磁多极矩算符  28
    2．12．2 W-E矩阵元和选择定则  28-30
    2．12．3 宇称定则  30
  2．13 相对论量子力学跃迁几率  30-32
  参考文献  32-34
第三章类氦镁的能级精细结构光谱及电离能的全相对论量子力学计算  34-48
  3．1 引言  34
  3．2 类氦镁Mg（10~+）离子的精细能级结构  34-39
  3．3 类氦镁Mg（10~+）离子的电偶极E_1跃迁光谱数据  39-44
  3．4 He-Lke Mg（10~+）部分理论数据与实验数据的比较  44-45
  3．5 Mg的各阶电离能的全相对论量子力学计算  45-47
  3．6 小结  47-48
第四章类铍离子等电子序列禁戒跃迁光谱数据的多组态全相对论量子理论计算  48-71
  4．1 引言  48-49
  4．2 类铍离子磁偶极M_1跃迁（ls~22p3d）_1——（ls~22p3d）_0理论研究  49-60
    4．2．1 类铍离子磁偶极M_1跃迁（ls~22p3d）_1——（ls~22p3d）_0的能级间隔  49-55
    4．2．2类铍磁偶极跃迁（ls~22p3d）_1——（ls~22p3d）_0的自发跃迁几率和加权振子强度  55-58
    4．2．3 类铍离子磁偶极跃迁（ls~22p3d）_1——（ls~22p3d）_0的过程特征分析  58-60
  4．3 类铍离子（ls~22p4d）_1——（ls~22p3d）_0的跃迁的理论研究  60-68
    4．3．1 类铍离子（ls~22p4d）_1——（ls~22p3d）_0的跃迁的能级间隔  60-64
    4．3．2 类铍离子（ls~22p4d）_1——（ls~22p3d）_0自发跃迁系数和加权振子强度  64-66
    4．3．3 类铍离子（（ls~22p4d）_1——（ls~22p3d）_0跃迁的过程分析  66-68
  4．4 两种跃迁Δn=0、Δn=1的过程比较  68-69
  4．5 小结  69-71
第五章类铍钨离子的X射线激光谱线的可能性研究  71-78
  5．1 X射线激光概述  71-72
  5．2 W~（71+）离子的双电子复合过程  72-73
  5．3 类铍钨离子的X—ray激光光谱的可能性讨论  73-74
  5．4 冕区等离子体中主要物理过程的计算与分析  74-76
  5．5 小结  76-78
第六章总结  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-85

类氦镁离子、类铍离子的能级结构和光谱跃迁的理论研究

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