【摘 要】
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电子-原子(离子)的碰撞激发以及退激辐射是各种等离子体,包括天体、实验室、热核聚变等离子体中基本的动力学过程。高精度的截面、速率系数以及辐射跃迁波长、几率等是准确模拟和诊断等离子状态不可获缺的原子参数。近年来,极化电子与Zn原子非弹性碰撞激发过程及退激辐射光谱特性的研究被人们广泛关注。一方面,Zn作为荧光灯中汞元素的重要替代品,具有较大的激发能和电子碰撞动量转移,且对环境无污染等优点,在工业生产中
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电子-原子(离子)的碰撞激发以及退激辐射是各种等离子体,包括天体、实验室、热核聚变等离子体中基本的动力学过程。高精度的截面、速率系数以及辐射跃迁波长、几率等是准确模拟和诊断等离子状态不可获缺的原子参数。近年来,极化电子与Zn原子非弹性碰撞激发过程及退激辐射光谱特性的研究被人们广泛关注。一方面,Zn作为荧光灯中汞元素的重要替代品,具有较大的激发能和电子碰撞动量转移,且对环境无污染等优点,在工业生产中有十分重要的应用。另一方面,Zn作为第四周期第二副族的元素,具有复杂的壳层结构。系统研究电子与Zn原子的碰撞过程对揭示复杂的电子关联效应、相对论效应和自旋交换效应等,以及准确描述处于激发态靶原子内部电子云的分布、激发态原子的取向和排列等有十分重要的意义。本文利用全相对论扭曲波理论方法及课题组自主发展的计算程序REIE06,系统研究了极化电子与Zn原子的电子碰撞激发过程以及退激辐射光谱的极化特性。首先,利用基于多组态Dirac-Fock(MCDF)理论方法的GRASP2K程序包,我们计算了Zn原子基态4s2 1S0、激发态4s4p 3,1P1的能级和波函数。为了考虑复杂的价-价电子、芯-价电子间的关联,提高靶态计算的精确性,三种电子关联模型,即单组态近似(Model A)、价-价电子关联(Model B)、价-价+芯-价电子关联(Model C)模型被构建来逐步扩大相对论组态基。结果表明,电子关联效应对靶态能级的精确计算有重要的影响,Model B与Model A下能级的偏差接近14.56%,Model C与Model A下能级的偏差接近15.1%,与NIST数据比较,本文Model C的计算结果与其偏差小于0.8%。在此基础上,本文进一步计算了入射电子在10-100e V能区,电子碰撞激发Zn原子基态4s2 1S0到激发态4s4p 1P1过程的积分截面。同时,重点对40,60,80和100e V能量时,Zn原子基态4s21S0-4s4p 1P1电子碰撞激发过程的微分截面以及退激辐射光子的Stokes参数(P1,P2,P3)和电子碰撞关联参数(PL,γ,L,P+)进行了细致计算。结果表明:对于中性的Zn原子,复杂的电子关联效应不仅对靶态能级结构的精确计算有重要影响,而且也影响着电子碰撞激发过程的截面以及退激辐射光子的Stokes参数和电子碰撞关联参数等的准确计算。在较低的入射电子能区(<20e V),考虑价-价电子关联效应Model B的结果与不考虑时Model A的结果比较,截面降低了约48%;进一步考虑芯-价电子关联后截面进一步降低约15%,并与实验测量结果符合。在较高的入射电子能区(>20e V),尽管电子关联效应对截面的影响减小,但仍能达到2%。在入射电子能量为40,60,80以及100e V时,本文Model C下计算的微分Stokes参数和电子碰撞关联参数与高精度的电子-光子符合测量技术测量的实验结果相比,本文的计算结果和实验测量结果符合的比较好,但是在小角散射处还是有一定的偏差。本文的计算结果相比以往利用相对论扭曲波计算的结果,本文计算结果有了明显提高,并与系统考虑更多电子关联组态的密耦合方法的计算结果接近。本文工作为进一步开展Zn原子基态到更高激发态电子碰撞激发过程的研究奠定了重要的基础,特别是对高激发态原子退激辐射光子极化特性的研究,目前的实验和理论之间依然存在许多难以理解的偏差,这也是我们下一步计划开展的工作。
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