高电荷态原子电子碰撞辐射极化特性的理论研究

Based on the most advanced relativistic program GRASP92/2K to calculate atomic structures and properties as well as the corresponding codes to deal with electron collision dynamics processes, which have been developed recently by us, in this project we will develop some new theoretical methods and programs to study the polarization properties of radiative lines formed in the electron collision dynamics processes of highly charged ions, such as, electron impact excitation, dielectronic recombination, and radiative recombination. With the use of these new methods and programs, some further studies on influences of relativistic effect, Breit interaction, and electron correlation effect to polarization properties will be carried out, and detailed calculations on polarization properties of radiative lines interested in astrophysical plasmas, MCF, ICF, and ITER studies will be presented. We hope that these studies can provide important help for the related applications.

本项目将在国际上最先进的相对论原子结构和性质计算程序GRASP92/2K和我们最近发展起来的研究各种电子碰撞动力学过程程序的基础上，发展和建立一套研究高电荷态原子的电子碰撞激发、双电子复合和辐射复合过程中产生的辐射跃迁谱线极化特性的理论方法和计算程序。系统地研究相对论效应、Breit相互作用效应以及电子关联效应对辐射跃迁谱线极化特性的影响，精确地计算实验室以及天体等离子体、MCF、ICF和ITER等研究中感兴趣的辐射跃迁谱线的极化特性，以期对实际应用领域的研究提供理论依据和帮助。

高电荷态离子广泛存在于天体、实验室以及热核聚变等离子体中。电子与这些高电荷态离子的非弹性碰撞，包括电子碰撞激发(EIE)、辐射复合(RR)和双电子复合(DR)等动力学过程，是等离子体进行能量输运、维持电离平衡的重要过程，同时也是等离子体产生辐射光谱的重要机制。激发或俘获电子到激发态各磁子能级上的截面有很大的不同，导致从激发态磁子能级向较低能级辐射光谱是强烈极化的。对于高电荷态离子，其光谱结构非常复杂，同时各种效应及相互耦合也变得非常重要，因此需要在理论上系统地研究电子碰撞动力学过程中的辐射跃迁谱线的极化特性。本项目利用国际上先进的研究原子结构和性质的相对论多组态Dirac-Fock(MCDF) 理论方法及计算程序GRASP92(2K)和RATIP，在课题组已建立的研究电子碰撞激发和双电子复合过程的程序包REIE06和REDR05的基础上，开发了处理退激发辐射跃迁谱线极化特性所需磁子截面的理论方法和计算程序，系统研究了部分高电荷态离子的电子碰撞激发和双电子复合过程跃迁谱线的极化特性，并分别考虑了相对论、Breit相互作用、量子电动力学、量子干涉和电子关联等效应以及非偶极跃迁、电子极化和超精细效应等对辐射光谱极化特性的贡献；发展了计算原子内壳层光电离极化性质和角分布的退激辐射x射线RPI-X程序和光电子RPI-E程序，研究了光电离过程中光子与电子相互作用的非偶极项和入射光的极化性质对其辐射极化光谱特性的影响；另外，还研究了等离子体环境对原子（离子）的能级结构、电子碰撞激发及辐射极化特性的影响。通过本项目系统地研究，不但加深了人们对各种效应对高电荷态原子电子碰撞辐射光谱极化特性影响的理解，而且还获得了大量在热核聚变以及天体等离子体研究中感兴趣的辐射跃迁谱线极化特性的数据，为这些领域中等离子体状态的诊断提供了重要的理论依据。