【摘 要】
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原子或离子的电子碰撞激发过程广泛存在于各种等离子体环境中,是产生光谱的主要机制之一。当原子或离子被定向电子束或各向异性速度分布的电子碰撞激发后会产生各向异性且强烈极化的特征光谱。与传统可观测物理量如截面、强度以及速率系数等相比,特征光谱角向和极化分辨的性质对各种物理效应和相互作用更为敏感。基于这种敏感性,特征光谱的角分布和极化度等可观测物理量已被广泛用来研究Breit相互作用和超精细相互作用等在内
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2017YFA0402300）； 国家自然科学基金项目（批准号:12174315,11804280,11774292,11864036,11874051）； 甘肃省高等学校科研项目（项目编号:2018A-002）；
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原子或离子的电子碰撞激发过程广泛存在于各种等离子体环境中,是产生光谱的主要机制之一。当原子或离子被定向电子束或各向异性速度分布的电子碰撞激发后会产生各向异性且强烈极化的特征光谱。与传统可观测物理量如截面、强度以及速率系数等相比,特征光谱角向和极化分辨的性质对各种物理效应和相互作用更为敏感。基于这种敏感性,特征光谱的角分布和极化度等可观测物理量已被广泛用来研究Breit相互作用和超精细相互作用等在内的前沿热点内容。本文在描述原子碰撞中极化和关联现象的密度矩阵理论和研究原子结构与光谱的相对论多组态Dirac-Fock方法以及研究电子碰撞激发过程的相对论扭曲波方法的框架下系统地研究了类氦和类氖离子经电子碰撞激发辐射特征光谱的角向和极化性质。主要内容包括:一、研究了超精细相互作用对核自旋I=1/2的类氦Tl79+离子经电子碰撞激发辐射特征磁四极（M2）谱线(1s2p~33/2P2→1s2 1S0)角分布的影响。发现超精细相互作用使得M2谱线的角分布变得更加各向同性,并且核磁矩越大各向同性越显著;除此之外,角分布对碰撞电子能量非常敏感。基于研究结果,我们建议可以通过精确测量M2谱线的角分布来提取同位素离子核磁偶极矩和核自旋等信息。二、基于上述工作,继续研究了超精细相互作用对核自旋I=1/2的类氦Tl79+离子经电子碰撞激发辐射特征Kα1(1s2p 1,3P1,2→1s2 1S0)谱线角分布的影响。发现Kα1谱线的角分布对碰撞电子能量也非常敏感,与M2谱线角分布不同的是,超精细相互作用使得Kα1谱线的角分布变得更加各向异性,并且对核磁矩不敏感。基于研究结果,我们建议在低碰撞能量特别是激发阈值附近,精确测量Kα1谱线的角分布可以作为研究高电荷少电子离子超精细相互作用的有效工具。三、受Reed等人工作的启发,研究了Breit相互作用对类氦离子经电子碰撞激发辐射特征电偶极（E1）谱线(1s2p ~1P1→1s2 1S0)角分布和极化度的影响。发现Breit相互作用使得E1谱线的极化度和角分布的各向异性大大降低,并且这种影响强烈依赖于碰撞电子能量和原子序数。四、鉴于3C和3D谱线在天体物理中的重要性,研究了类氖Fe16+离子经电子碰撞激发辐射特征3C(1s~22s~22p~51/23d~13/2P1→1s~22s~22p6 1S0)和3D(1s~22s~22p~53/23d~35/2D1→1s~22s~22p6 1S0)谱线的角向和极化性质,发现3C和3D谱线的角向和极化行为几乎一致,但都明显依赖于碰撞电子能量。基于研究结果,我们建议可以通过测量3C和3D谱线的角分布和极化度来揭示相关等离子体中碰撞电子的有关信息。综上,我们研究了类氦和类氖离子经电子碰撞激发辐射特征光谱的角向和极化性质。基于研究结果,我们发现辐射特征光谱的角向和极化性质不仅可以作为揭示高电荷态离子超精细相互作用和Breit相互作用等物理效应和相互作用的工具,并且基于对碰撞电子能量的敏感性,角分布和极化度的测量也可作为一种诊断等离子体各向异性的工具。因此,我们期望该理论研究工作能够为潜在的相关实验研究提供理论指导。
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