【摘 要】
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高离化态离子广泛存在于高温等离子体物质中,是非完全电离等离子体的基本构成,其辐射过程的研究对诸如X射线天文学、可控核聚变等涉及高温等离子体的相关研究领域具有非常重要的意义。因其核电荷数高且电子数远少于核电荷数,强库伦相互作用在该体系中起决定性作用,使其展现出不同于一般原子体系的物理特征。一方面相对论和高阶量子电动力学效应将变得相对显著;另一方面由于原子核强的库伦吸引使其电子运动具有更小的空间和时间
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高离化态离子广泛存在于高温等离子体物质中,是非完全电离等离子体的基本构成,其辐射过程的研究对诸如X射线天文学、可控核聚变等涉及高温等离子体的相关研究领域具有非常重要的意义。因其核电荷数高且电子数远少于核电荷数,强库伦相互作用在该体系中起决定性作用,使其展现出不同于一般原子体系的物理特征。一方面相对论和高阶量子电动力学效应将变得相对显著;另一方面由于原子核强的库伦吸引使其电子运动具有更小的空间和时间尺度,内壳层电子激发形成的短寿命共振态将在相关的动力学过程中起到重要作用。本论文针对高离化态离子体系的物理特征,对其中最普遍的电偶极辐射开展了如下三方面研究:(1)我们首先研究了类Li离子1s12p2和类B离子1s12s22p2双电子激发共振态的2p-1s强电偶极辐射跃迁过程,发现在这类具有壳层内强电子关联的高离化态离子体系中,电子关联作用的相对论效应(即Breit相互作用)将对该共振态产生显著影响,从而对其相关辐射跃迁过程产生重要影响。此外发现该共振态可有效通过双电子复合过程产生,据此建议了相关的实验测量方案,并被后续实验证实。该结果扩展了人们对于相对论效应在高离化态离子体系电磁辐射过程中所起作用的传统认知,并可能在未来高温等离子体的精密诊断中发挥作用。(2)结合近期在X射线自由电子激光装置上进行的与重要天文问题有关的Fe16+离子3C与3D电偶极跃迁线振子强度比测量的实验研究,我们系统研究了该实验所涉及Fe15+和Fe16+离子与自由电子激光相互作用过程相关的原子线性级联过程,提出该实验与理论计算值不一致的原因可能是由于强入射光所引起的Fe15+到Fe16+的粒子数转移。我们的结果表明目前实验并不能说明现有理论计算值存在问题,最终解决天文观测中与该跃迁线有关的问题可能还需要考虑其它因素。(3)高离化态离子在实际应用中大量存在于高温等离子体环境中,需要了解清楚外部等离子体环境对体系辐射过程的影响。利用改进的Debye-Hückel模型,在考虑电偶极辐射跃迁时空尺度的基础上,研究了不同等离子体屏蔽对类Ne离子3C和3D发射线的跃迁能量及振子强度的影响,发现一种由于屏蔽使得自旋—轨道耦合效应相对增强从而对跃迁速率产生显著影响的机制,并提出一套描述整个类Ne离子等电子系列该过程原子参数拟合方案,可方便用于相关应用模拟研究中。
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