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高核电荷类锂离子能级结构和跃迁的理论研究

李金英  
【摘要】:原子的高激发态和和高离化态性质在激光物理、 X-射线天体物理、等离子体物理和太阳物理等诸多领域都起着重要作用,因此高核电荷离子的研究不仅成为原子物理的重要研究领域,而且带动整个原子物理学进入一个新的发展阶段。 本文在已有的相关工作基础上,将全实加关联(FCPC)方法应用拓展到处理具有1s~2-原子实的高核电荷类锂体系,计算了高核电荷类锂离子(Z=41-50)等电子序列的电离能、激发能、跃迁能、精细结构劈裂和跃迁几率(振子强度)。计算中针对高电荷离子的特点,我们进一步改进和完善了在中性原子或低电荷离子情形发展起来的理论模型和方法:非相对论能量计算中我们充分地考虑了离子实项数不足引起的修正和高角动量分波对能量的贡献;相对论能量计算中我们除了考虑包括电子的动能修正,Darwin项,电子间接触项,轨道-轨道相互作用及质量极化项在内的各项修正外,同时又计及了量子电动力学(QED)效应和高阶相对论修正;我们在得到各态间各种可能的偶极跃迁振子强度的基础上,将非相对论振子强度和相对论修正后的结果进行了详细的比较,并确定了沿等电子序列,不同跃迁的振子强度随核电荷增大的标度规律。结果表明:高电荷类锂离子的相对论效应和量子电动力学(QED)效应变得更加重要,原子核尺寸(size)效应变得显著,振子强度的相对论效应变得更加重要。 本论文共分为五章内容。 第一章为绪论部分。概括了当前原子分子物理,尤其是高离化原子(HIA)体系理论研究的重点和前沿,总结了目前处理原子结构中几种有效的理论方法并对这些方法处理高离化原子问题进行了比较,重点阐述了全实加关联(简称FCPC)方法在处理具有1s~2原子实的三电子体系中电子关联效应的优势及其取得的成效。 第二章介绍了全实加关联(FCPC)方法的基本思想和理论方法。主要论述如何用Rayleigh-Ritz变分法构建在整个位形空间(从小r区到大r区)都准确可靠的组态相互作用(CI)波函数,在考虑和计算相对论效应,包括电子动能修正,Darwin项,电子间接触项,轨道-轨道相互作用对组态平均能量的一级修正的基础上,如何考虑和计算原子核尺寸(size)效应对体系能量的修正,以及如何考虑和计算相对论效应的高阶修正,从而得到准确可靠的离子的能量(包括电离能,激发能和跃迁能)和精细结构能级。 第三章主要对FCPC方法获得的计算结果进行比较和讨论。给出沿锂等电子序列从NbXXXIX到SnXLVIII的1s~2nl(l=s, p, d, f; n≤5)的组态能级的非相对论能量、相对论修正和质量极化修正、量子电动力学修正和高阶相对论效应对体系能量的贡献,以及精细结构劈裂值的变化规律,重点讨论各项能量值沿着等电子序列随核电荷变化规律和沿Rydberg系列随主量子数的变化规律。所获得的结果与现有文献的数据进行比较。 第四章主要论述了高核电荷(Z=41-50)的类锂体系1s~2nl(l=s, p, d, f; n≤5)态的三种规范下的偶极跃迁振子强度,主要阐述了如何准确可靠地计算跃迁几率(振子强度或线强),将得到的非相对论振子强度与相对论修正后的计算结果进行比较,讨论了相对论效应对跃迁振子强度的影响,并给出它们沿着等电子序列随核电荷变化规律和沿角量子数的变化规律。 第五章是结论和展望,对全文进行了总结和未来工作的展望。


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