原子核效应对高电荷态少电子体系双电子复合过程影响的理论研究

For highly charged ions with the few electron, the Coulomb field generated by their nuclear charge is much stronger than the electric field strength achieved in the laboratory. Such a strong Coulomb field makes its electrons more tightly bounded. In that case, the relativistic effect, Breit interaction effect, quantum electrodynamics (QED) effect, and the nuclear effect caused by nuclear mass, nuclear spin, nuclear charge distribution, etc. become more important. With the improvement of experimental techniques, the nuclear effect has been able to perform high-resolution measurements on the dielectronic recombination (DR) of the highly charged ions in the few electron system, such as H-like, He-like, Li-like ions. ..Based on the relativistic multi-configuration Dirac-Fock (MCDF) method, a new method and procedure which can deal with atomic-nuclear effects (nuclear mass, nuclear spin, etc.) on the atomic state wave function will be developed. Combining the DR mothed we have developed before, a new method for DR process，in which the nuclear effects will be considered in detail，will be developed also. The DR processes for few electronic systems, such as hydrogen-like, helium-like, lithium-like tungsten, gold and uranium which can be implemented on the HIRFL-CSR device in Lanzhou and the ESR device on GSI in Germany, will be studied in detail. The contributions of nuclear effects on the DR process of these ions and the radiation will be given.

对于少电子体系的高电荷态离子，其核电荷产生的库仑场远远强于目前实验室所能达到的电场强度，如此强的库仑场使其核外电子更紧密地束缚在靠近核的空间，从而使得相对论效应、Breit相互作用、量子电动力学（QED）效应以及由原子核质量、核自旋、核电荷分布等引起的核效应将变得更为重要。随着国内外实验技术的不断提高，核效应对少电子高电荷态离子的双电子复合已经能够进行高分辨率的测量。.本项目拟基于相对论多组态Dirac-Fock（MCDF）方法的基础上，建立和发展能够处理原子核效应（核的质量、核自旋、核电荷分布等）对原子态波函数影响的方法和程序，进一步基于我们已经发展的相关的双电子复合过程的程序，发展包含核效应的高电荷态离子双电子复合过程的方法和程序；以类氢、类氦、类锂的氙、钨、金、铀等少电子体系为例，详细研究核效应和各种高价效应对这些离子的波函数以及双电子复合过程的影响。

高电荷态离子的相对论效应、Breit相互作用、量子电动力学（QED）效应以及由原子核质量、核自旋、核电荷分布等引起的核效应对原子的波函数、能级、碰撞动力学参数都具有非常重要的影响。随着国内外实验技术（如重离子加速器冷却储存环、EBIT等）的不断提高，核效应对少电子高电荷态离子的能级结构和碰撞动力学参数已经能够进行高分辨率的测量。本项目在相对论多组态Dirac-Hartree-Fock（MCDF）方法的基础上，以及我们自主发展的电子碰撞激发过程的程序、双电子复合过程的程序和辐射复合过程的程序等的基础上，开展了考虑这些效应的原子结构参数的高精度理论研究以及碰撞动力学过程的研究：在原子结构参数方面，研究了类锂40Ca17+离子和40,32Ar17+的这些同位素的超精细结构参数、同位素位移等物理。通过对类锂钙离子和类锂氩离子的计算，我们发现对于类锂离子而言，质量位移的贡献都远大于场位移的贡献。研究了类钠Xe43+离子核电荷半径对同位素位移的影响, 计算得到了136,124Xe的方均核电荷半径之差, 得到了类钠Xe同位素的方均核电荷半径之差与同位素位移之间的关系，这为快速确定方均核电荷半径之差提供了理论依据；在双电子复合等动力学参数方面，研究了类氢S15+离子电子碰撞激发和双电子复合过程，模拟了双电子复合和电子碰撞激发和双电子复合产生的X射线谱的特性，为进一步实验反推高离化态离子的电子碰撞激发速率系数提供了一种新方法，解决了硫等离子光谱实验测量结果与理论模拟结果之间长期存在的不一致。完成了钨原子光电离及X射线光子角分布和线性极化特性的研究，该工作有助于人们进一步探索入射光的极化如何影响光电离过程以及出射特征光子的极化和角分布特性。完成了类氢氦离子在德拜屏蔽下的 KLL 双电子复合的研究，为相关的实验研究提供了理论依据。