基于上海EBIT装置的若干原子过程实验与理论研究

论文摘要

高电荷态离子是宇宙中物质存在的重要形式。高电荷态离子相关物理的研究促进了原子结构、多体相互作用、相对论效应、量子电动力学理论的研究,在天体和实验室高温等离子体的诊断和研究中有着重要应用价值。电子束离子阱（EBIT）是一种可以产生和约束高电荷态离子的装置。它的发展为产生和研究高电荷态离子及其相关物理提供了广阔的空间。本文的研究方向是基于EBIT装置的原子过程实验与理论研究,主要内容包括以下四个方面:一、在上海EBIT装置上使用电子束能量快扫描的方法精确测量了类氦到类氧氙离子的KLL双电子复合共振强度,实验的误差在8-10%之间。同时还对相应的共振强度进行了理论计算,并将实验结果与理论结果进行了比较。其中类氦氙离子的共振强度测量与文献[Phys.Rev.A.47,2104（1989）]和[Phys.Rev.A.75,012702（2007）]分别测量碘和钡元素的工作可以作为在Z=50-60元素中理论计算双电子复合的基准。二、在上海EBIT装置上使用Mo吸收箔片,成功测量了辐射复合能量吸收谱,得到了类氦氩离子1s壳层中双电子作用能为301.7±2.9 eV。通过这一测量,在上海EBIT装置上建立了使用吸收谱测量双电子作用能的实验方法。并探讨了吸收谱实验在EBIT装置实验参数诊断中的作用。三、在上海EBIT装置上通过测量类氖钡离子(2p3/253d5/2)1能级到基态2p6跃迁谱线的自然展宽,得到了类氖钡离子激发态(2p3/253d5/2)1的寿命为τ=1.01±0.25 fs。通过这一实验探索,在上海EBIT装置上建立起了高电荷态离子飞秒量级能级寿命测量的方法。四、首次理论研究了超精细相互作用诱导跃迁在类镍离子第一激发能级自发辐射退激中的作用。通过多组态Dirac-Fock方法的理论研究发现,在非零核自旋元素的类镍离子中,超精细相互作用诱导跃迁会大幅度地增加第一激发能级的退激几率。这一理论预测得到了美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室EBIT实验的验证。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 背景
• 1.2 EBIT工作原理
• 1.3 EBIT发展历史与现状
• 1.4 基于上海EBIT的光谱学研究平台
• 第二章 类氦到类氧氙离子KLL双电子复合研究
• 2.1 简介
• 2.2 基于上海EBIT的双电子复合实验研究
• 2.2.1 实验方法
• 2.2.2 实验测量
• 2.3 数据分析
• 2.3.1 理论
• 2.3.2 数据拟合
• 2.4 结果与讨论
• 2.5 小结
• 第三章 基于EBIT的双电子作用能实验研究方法探索
• 3.1 简介
• 3.2 实验原理与测量
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 数据拟合与处理
• 3.3.2 结果讨论
• 3.4 吸收实验在EBIT诊断中的应用展望
• 第四章 基于EBIT的离子激发态寿命测量
• 4.1 简介
• 4.2 EBIT中离子能级寿命测量原理
• 4.2.1 EBIT中离子亚稳态能级寿命测量原理
• 4.2.2 EBIT中离子飞秒量级能级寿命测量原理
• 4.3 实验测量与结果分析
• 4.3.1 实验设置
• 4.3.2 谱仪和多普勒展宽效应
• 4.3.3 类氖钡离子3D能级寿命测量
• 4.4 小结
• 第五章 超精细相互作用诱导跃迁对禁戒态寿命影响研究
• 5.1 简介
• 5.2 MCDF理论方法
• 5.2.1 MCDF理论方法概述
• 5.2.2 关联效应
• 5.2.3 Breit相互作用与修正
• 5.3 超精细相互作用及其诱导跃迁
• 5.3.1 超精细相互作用
• 5.3.2 超精细相互作用诱导跃迁
• 5.4 类镍离子中超精细相互作用诱导跃迁
• 26+离子的超精细相互作用诱导跃迁'>5.4.1 Xe²⁶⁺离子的超精细相互作用诱导跃迁
• 5.4.2 类镍等电子系列中的超精细相互作用诱导跃迁
• 5.5 小结
• 第六章 发表文章汇总
• 参考文献
• 致谢