中高Z离化态原子的光谱、电离能及铁L壳层等离子体光谱模拟

论文摘要

激光等离子体发射的X射线谱包含着十分丰富的信息,是研究等离子体形成,发展并进行等离子体状态诊断的有力工具之一,在惯性约束聚变研究中具有非常重要的意义。本文对高离化态原子的结构和光谱、电离能以及铁的激光等离子体在中高能电子温度范围内各相关原子动力学过程、离子丰度、X谱线贡献和形成等方面进行了较深入的理论研究。 首先,用多组态全相对论（MCDF）方法系统计算了类镍等电子系列（Z=49-82）3d-4p、3d-4f、3p-4s和3p-4d电偶极跃迁（E1）的波长、振子强度等原子参数。在此基础上,对中高Z元素高离化度离子的能级精细结构跃迁进行了详细计算和分析,建立了较为完整的高Z元素类镍的X射线光谱,得到了精确的波长表。 其次,用MCDF理论系统地研究和计算了中高Z元素Li-like到Ne-like等电子系列基态电离能（Z=37-82）,详细分析了电子相关能和高阶修正能量的影响和贡献,得到其等电子系列随Z的变化关系,结果表明Breit贡献随着Z的增加而迅速上升,而QED的贡献随Z的变化不大,仅仅在零上下波动,并建立了不同等电子系列电离能的新拟合公式。 最后,利用碰撞辐射平衡和离化平衡下的等离子体X-射线发射谱理论,对铁元素L壳层等离子体,在中高能区电子温度范围内,以碰撞激发、离化、辐射复合和双电子复合等动力学过程为主的Fe24+、Fe23+和Fe22+三离子体系X射线谱进行了理论模拟,得到其X射线光谱图,反映出X射线谱辐射波长、辐射强度同电子温度、密度之间的关系,得到了等离子体诊断所关心的电子温度、密度参量的定性关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 高离化态原子结构与光谱研究背景
• 1.2 高离化态原子结构与光谱研究的发展
• 1.3 电子离子碰撞激发和电离
• 1.4 本论文的研究内容
• 参考文献
• 2 相对论量子力学理论方法
• 2.1 相对论轨道
• 2.2 组态波函数
• 2.3 原子态波函数
• 2.4 相对论哈密顿量
• 2.5 哈密顿矩阵
• 2.6 组态耦合系数
• 2.7 径向波函数
• 2.8 原子核的修正
• 2.9 横向电磁相互作用
• 2.10 量子电动力学效应
• 2.11 电偶极矩（E1）的W-E矩阵元和跃迁选择定则
• 2.11.1 Wigner-Eckart定理
• 2.11.2 W-E矩阵元和LS耦合时电偶极矩（E1）跃迁的选择定则
• 2.11.3 宇称定则
• 2.11.4 LS耦合时电偶极矩（E1）跃迁的选择定则
• 2.12 磁偶极矩（M1）的W-E矩阵元和跃迁选择定则
• 2.12.1 磁多极矩算符
• 2.12.2 W-E矩阵元和选择定则
• 2.12.3 宇称定则
• 2.13 相对论量子力学跃迁几率
• 参考文献
• 3 类镍等电子系列电偶极跃迁光谱的相对论多组态计算
• 3.1 引言
• 3.2 类镍金、钨离子精细结构计算
• 3.2.1 计算方法和结果
• 3.2.2 计算结果的分析
• 3.2.2.1 组态相互作用效应
• 3.2.2.2 核的有限体积效应
• 3.3 类镍等电子系列偶极跃迁波长和振子强度
• 3.3.1 3d-4f跃迁振子强度分析
• 3.4 结论
• 参考文献
• 4 中高Z元素Li-like到Ne-hke等电子系列基态电离能的MCDF理论计算
• 4.1 引言
• 4.2 理论方法
• 4.3 讨论与分析
• 4.3.1 Breit和 QED修正对等电子系列电离能的贡献
• 4.3.2 核的有限体积分布对电离能的贡献
• 4.3.3 Li-like到Ne-like等电子系列基态电离能的MCDF理论计算
• 4.3.4 Pd、Au和 Pb元素临近电离度的电离势能分析
• 4.3.5 不同等电子系列电离能的新拟合公式
• 4.3.6 结论
• 参考文献
• 5 Fe的L壳层碰撞离化等离子体光谱模拟诊断
• 5.1 引言
• 5.2 电子-离子碰撞激发
• 5.2.1 FAC处理电子碰撞激发的理论和方法
• 5.2.1.1 碰撞截面公式
• 5.2.1.2 连续轨道的Dirae方程的求解
• 5.2.1.3 径向积分的计算算
• 5.2.1.4 Quasi-Relativistic近似
• 5.2.1.5 分波求和
• 5.2.2 Ne-like Fe碰撞激发强度和截面的计算法
• 5.3 电子-离子碰撞离化
• 5.3.1 FAC处理电子碰撞离化的理论和方法
• 5.3.1.1 相对论扭曲波理论
• 5.3.1.2 Conlomb-Born-Exchange近似理论
• 5.3.1.3 Binary-Encounter-Dipole理论
• 5.3.2 Ne-Like Fe碰撞截面的计算
• 5.4 Li-like Fe的光离化和辐射复合
• 5.4.1 光离化和辐射复合截面的拟合公式
• 5.4.2 计算结果和分析
• 5.5 Li-like Fe的辐射光谱模拟
• 5.5.1 平衡几率方程求解
• 5.5.2 多动力学速率系数求解
• 5.5.3 各动力学过程对谱线形成的贡献
• 5.5.4 Li-like Fe等离子体 L壳层辐射谱线模拟
• 5.5.5 结论
• 参考文献
• 6 总结
• 声明
• 致谢