高电荷态钨离子能级结构及双电子复合过程的理论研究

来源 :西北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:susan002
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双电子复合(Dielectronic Recombination-简称DR)过程是电子与高电荷态离子碰撞中重要的复合过程之一,广泛存在于高温天体等离子体、实验室等离子体以及磁约束和惯性约束聚变等离子体中。研究DR过程对等离子体内部电离平衡、能量输运的深入理解以及等离子体辐射光谱、电子温度、密度的诊断都具有十分重要的意义。钨作为国际热核聚变实验堆(ITER)首选的面壁材料,被用于偏滤器中。作为杂质的高电荷态钨离子从壁上分离并扩散进入聚变等离子体中,一方面为等离子体的温度、密度诊断提供重要手段,另一方面高电荷态钨离子的辐射也会使等离子体损失能量,导致等离子体温度降低。为满足ITER聚变研究的需求,目前急需各种高电荷态钨离子高精度的原子参数。基于相对论组态相互作用理论的FAC(Flexible Atomic Code)程序,在相对论扭曲波近似下,本文系统开展了高电荷态类磷到类氮(W59+-W67+)离子能级结构以及DR过程的研究,主要工作包括以下两个方面:第一,系统研究了类镁W62+离子基态(3s2 1S0)1L壳层(2s或2p1/2,3/2)电子激发的DR过程。计算中,为了系统考虑复杂的电子关联效应,W61+离子的共振激发态包括(2s2p)73s231nl’、(2s2p)73s2n’l’n"1"(n=3-12,n’=4-5,n"=4-6)和(2s2p)73s312n1’、(2s2p)73s31n’1’n"1"(n=3-12,n’=4-5,n"=4-6),即同时考虑了 DR 过程和高阶的三电子复合(TR)过程的贡献。研究结果表明,W62+离子L壳层电子激发的DR谱主要分布在1.5-3.0keV能区,最重要的共振峰主要来自(2s2p)73s23l3l’的共振激发态的贡献。考虑来自TR过程共振激发组态的电子关联对精确共振复合谱的计算十分重要,计算中不能忽略。通过对理论计算得到的共振强度进行高斯卷积(FWHM=50eV),本文得到了 W62+离子基态DR过程截面,并与早期Tokyo EBIT上测得的高精度DR实验谱进行了比较,结果表明,本文理论计算的共振位置和相对共振截面与实验符合得都非常好。进一步,通过应用n’-3的外推公式估计高n共振激发组态(n’=13-1000)的贡献,我们获得了等离子体环境下W62+离子的速率系数,并与以往基于紧耦合方法的理论结果进行了比较,发现两者之间有约12%的偏差,其主要原因是以往的计算中忽略了 TR过程的影响。第二,基于对类镁W62+离子的研究,采用相似的计算,包括对高阶TR过程的考虑,本文进一步开展了对类磷到类氮(W59+-W67+)离子基态DR过程的研究,计算得到了 W59+-W67+离子LMn(n=3-20)共振复合过程中所有共振态的能级、辐射跃迁几率、Auger几率、总的宽度、辐射跃迁分支比和共振强度。本文计算的W64+和W63+离子共振态的能级、强度和自电离几率等数据与已有的理论计算进行了比较,符合得较好,偏差普遍小于14.2%,对于其他的W59+-W62+和W65+-W67+离子,目前没有相关的理论和实验数据可供比较。结合以往Tokyo EBIT实验测量,考虑不同电荷态离子的分布,本文对1.5-12.0keV能量范围的实验谱进行了模拟,结果表明:对于能量较低的区域,本文理论和实验的结果是符合的,在高能一侧,两者存在一定偏差,有待后续进一步研究。进一步,本文也计算并给出了等离子体环境下W59+-W67+等核系列离子的DR速率系数,发现离子的总速率系数随着电荷态的降低向高能一侧偏移。本文计算结果与已有理论结果进行了比较,符合得较好。
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