原子和高离化态离子的光电离过程的理论研究

论文摘要

光电离是光与原子或离子作用的主要过程之一,是辐射复合的逆过程。对光电离过程的研究在天体物理、X射线激光、高温等离子体以及热核聚变等的研究中都有广泛应用。在本论文中,对光电离截面随光子能量的变化规律、光电离末态的Auger退激发过程以及光电离的逆过程—辐射复合做了初步的研究。以锂原子为例,研究了光电离截面随光子能量的变化规律、弛豫效应对光电离截面的影响以及主光电离截面和振激光电离截面随价电子态的变化规律。结果表明:随着光子能量的增大,光电离截面普遍减小。在原子内壳层电子的光电离过程中,弛豫效应较强,而在外壳层电子的光电离过程中,弛豫效应较弱。对应于不同态的内壳层光电离过程,弛豫效应的影响也不同:对激发态的影响比对基态的影响大,对高激发态的影响比对低激发态的影响大。内壳层电子的主光电离截面和振激光电离截面随着初态中价电子态的升高会发生剧烈的变化,尤其是在电离域附近,但是没有呈现出明显的规律。以碱金属元素K和Rb以及稀有气体元素Ne和Ar为例,研究了内壳层光电离末态的Auger退激发过程。首先计算了处于基态和亚稳态的K和Rb的光电子谱和Auger谱,与最新的实验做了比较,符合很好。其次计算了处于基态和亚稳态的Ne和Ar的光电子谱和Auger电子谱并分析了其结构。通过对碱金属元素和稀有气体元素的光电子谱和Auger电子谱的分析可知:从基态光电离内壳层电子的几率大于从亚稳态光电离内壳层电子的几率;“共轭”光电离过程对Auger谱的影响相比主光电离和振激光电离过程对Auger谱的影响小一到两个数量级。以高离化态金离子（类镍Au51+、类铜Au50+和类锌Au49+离子）为例,研究了光电离的逆过程—辐射复合及其辐射退激发过程。其中,辐射复合谱与已有实验结果符合很好。研究结果表明:对于类镍Au51+、类铜Au50+和类锌Au49+离子而言,将一个自由电子俘获到n = 4壳层的几率最大。在辐射复合过程之后,处在n = 4壳层的俘获电子的辐射退激发谱线最强,并且体现了整个辐射退激发级联谱的主要特征。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 参考文献
• 第二章 理论方法
• 2.1 引言
• 2.2 能级和波函数的计算
• 2.2.1 Dirac-Coulomb哈密顿
• 2.2.2 单电子轨道波函数
• 2.2.3 组态波函数（CSF）
• 2.2.4 原子态波函数（ASF）
• 2.2.5 Dirac方程
• 2.2.6 连续态电子波函数
• 2.3 对多组态MCDF方法的修正
• 2.3.1 原子核的有限体积效应以及运动学修正
• 2.3.2 Breit相互作用
• 2.3.3 量子电动力学（QED）效应
• 2.4 光电离及其相关过程的理论计算
• 2.4.1 光电离（PI）截面
• 2.4.2 辐射复合（RR）截面
• 2.4.3 辐射退激发级联（RDC）谱
• 参考文献
• 第三章 Li原子光电离过程中的弛豫效应
• 3.1 引言
• 3.2 电子轨道的弛豫
• 3.3 弛豫效应对Li原子光电离截面的影响
• 3.3.1 内壳层光电离截面
• 3.3.2 外壳层光电离截面
• 3.3.3 弛豫效应对内壳层光电离截面的影响
• 3.4 Li原子内壳层光电离截面随价电子态的变化规律
• 3.5 小结
• 参考文献
• 第四章 光电离末态的Auger退激发过程研究
• 4.1 引言
• 4.2 K和Rb原子光电离末态的Auger退激发过程研究
• 4.2.1 K原子的2p光电子谱和Auger谱
• 4.2.2 Rb原子的3d光电子谱和Auger谱
• 4.3 Ne 和 Ar 原子的光电离末态的 Auger 退激发过程研究
• 4.3.1 Ne 原子的 1s 光电子谱和 Auger 谱
• 4.3.2 Ar 原子的 2p 光电子谱和 Auger 谱
• 4.4 小结
• 参考文献
• 第五章 光电离的逆过程—辐射复合及其退激发过程的研究
• 5.1 引言
• 5.2 高离化态Au离子的辐射复合过程
• 5.3 高离化态 Au 离子的辐射退激发过程
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 总结与展望
• 附录
• 致谢