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重元素原子，离子禁戒跃迁研究及基于EBIT的等离子体分解研究

作　者: 刘永
导　师: 邹亚明
学　校: 复旦大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 允许跃迁 禁戒跃迁 超精细诱导跃迁 等离子体诊断 辐射复合 谱项分裂
分类号: O536
类　型: 博士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


禁戒跃迁广泛地存在于各种天体,实验室等离子体中.禁戒跃迁在等离子体电子温度,电子密度诊断方面有着重要的应用.本工作利用基于MulticonfigurationDirac-Fock（MCDF）方法的grasp VU程序包,系统研究了一系列重元素原子,离子的禁戒跃迁.具体内容包括以下几个方面:一.系统研究了类锌等电子系列第一激发态4s4p 1,3P 4条能级的激发能,及它们到基态及它们之间各跃迁的跃迁几率.重点研究了自旋禁戒跃迁4s2 1S0-4s4p 3P1和超精细诱导跃迁4s2 1S0-4s4p 3P0.能级的结果指出了目前存在的实验之一对类锌Zr10+,Mo12+及Rh15+的能级3P2或者3P0的确定有误.首次给出了类锌等电子系的超精细诱导跃迁4s2-4s4p 3P0的跃迁几率.该部分主要内容发表在Journal of Physics B,目前该文已被引用7次.二.系统研究了类铑等电子系列基态谱项分裂[Kr]4d9 2D3/2,5/2,同时计算了能级2D3/2的寿命.本工作关于类铑等电子系列基态谱项分裂的结果和实验值的相对差别在0.1%的水平,关于Xe X谱项分裂的结果指出了其它理论计算值和实验值不符合的原因.基于这一理论计算,我们同时测量了类铑钡离子的基态谱项分裂,实验值和本文理论计算值相差约为4（?）（0.1%）.理论计算结果目前已经整理成文.三.细致研究了锶（Sr）原子第一激发态5s5p 1,3P 4条能级的激发能,及它们到基态及它们之间各跃迁的跃迁几率.研究的重点是能级5s5p 3P2的寿命,由于目前存在的理论值（1048 s）和实验值(520-140+301 s)差别很大.本工作的结果（1071s）和此前的理论值符合的很好.考虑到长寿命能级测量的困难,目前实验值和理论值的差别可能主要来自于实验.该部分主要内容发表在Physical Review A.四.细致研究了锘（No）原子第一激发态7s7p 1,3P 4条能级的激发能,目的是指导即将开展的超重元素能级测量.本工作的计算结果支持目前存在的两组理论值之一,它们之间的差别高达10%.该部分主要内容发表在Physical ReviewA.以上是本博士论文的工作重点,本博士论文另外一部分是基于EBIT（Electron Beam Ion Trap）的实验研究.EBIT是一种用于产生高电荷态离子的小型加速器装置,目前使用该装置已经产生了U92+.这一装置集离子源和光源于一体,被约束在装置中的高电荷态离子与电子发生着各种过程,例如:激发,退激,电离,复合等.我们可以通过研究各种原子过程辐射出的光子来研究原子结构信息.另外,产生的高电荷态离子也可以被引出与其它粒子束或固体表面相互作用.我们利用上海EBIT测量了类氢和裸氪离子的辐射复合过程,通过对辐射复合过程辐射出光子计数率的研究得到了一定条件下上海EBIT中类氢和裸氪离子的数密度.文章发表在Journal of Physics:Conference Series.另外,我们还在东京CoBIT（Compact EBIT）上测量了类铑钡离子的基态谱项分裂.

全文目录


中文摘要  9-11
英文摘要  11-13
第一章 禁戒跃迁研究背景  13-19
  1.1 类锌等电子系研究背景  14-15
  1.2 类铑等电子系研究背景  15
  1.3 锶原子研究背景  15-16
  1.4 锘原子研究背景  16-19
第二章 量子力学基础  19-27
  2.1 量子力学简史  19
  2.2 薛定谔方程  19-20
    2.2.1 含时薛定谔方程  19-20
    2.2.2 定态薛定谔方程  20
  2.3 克莱因-高登方程  20-21
  2.4 狄拉克方程  21
  2.5 Breit相互作用  21-22
  2.6 超精细相互作用  22-24
    2.6.1 超精细相互作用算符  22-23
    2.6.2 超精细结构常数  23-24
  2.7 跃迁  24-27
    2.7.1 跃迁几率  24
    2.7.2 跃迁几率的不同度规形式  24-25
    2.7.3 选择规则  25
    2.7.4 超精细诱导跃迁  25-27
第三章 相对论原子结构计算基础  27-35
  3.1 氢原子狄拉克方程的解  27-28
  3.2 多电子体系  28-29
    3.2.1 中心场近似  28-29
    3.2.2 电子组态  29
    3.2.3 组态波函数  29
  3.3 Dirac-Hartree-Fock方程  29-31
  3.4 多组态Dirac-Hartree-Fock方法  31
  3.5 GraspVU程序包介绍  31
  3.6 计算过程  31-35
    3.6.1 关联效应  31-33
    3.6.2 组态选取  33
    3.6.3 跃迁几率的修正  33
    3.6.4 不同度规跃迁几率比较  33-35
第四章 计算结果与讨论  35-59
  4.1 类锌等电子系计算结果与讨论  35-46
    4.1.1 组态选取  35-37
    4.1.2 自旋禁戒跃迁4s~2 ~1S_0-4s4p~3P_1结果与讨论  37-42
    4.1.3 超精细诱导跃迁4s~2 ~1S_0-4s4p ~3P_0结果与讨论  42-44
    4.1.4 小结  44-46
  4.2 类铑等电子系计算结果与讨论  46-50
    4.2.1 组态选取  46-47
    4.2.2 结果与讨论  47-49
    4.2.3 小结  49-50
  4.3 ~(88)Sr I计算结果与讨论  50-52
    4.3.1 组态选取  50
    4.3.2 结果与讨论  50-52
    4.3.3 小结  52
  4.4 超重元素No I计算结果与讨论  52-57
    4.4.1 组态选取  53
    4.4.2 Yb I结果与讨论  53-57
    4.4.3 No I结果与讨论  57
    4.4.4 小结  57
  4.5 本章小结  57-59
第五章 EBIT相关物理实验  59-75
  5.1 EBIT简介  59-62
    5.1.1 EBIT工作原理  59-60
    5.1.2 EBIT历史介绍  60-62
  5.2 辐射复合实验  62-69
    5.2.1 辐射复合相关背景介绍  62-66
    5.2.2 氪(Kr)辐射复合实验  66-68
    5.2.3 小结  68-69
  5.3 类铑钡(Ba)离子[Kr]4d~9 ~2D谱项分裂测量  69-74
    5.3.1 实验介绍  69
    5.3.2 标定  69-73
    5.3.3 不确定度分析  73
    5.3.4 小结  73-74
  5.4 本章小结  74-75
第六章 发表文章汇总  75-79
参考文献  79-91
致谢  91-92

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 等离子体物理学 > 辐射与测量
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