高剥离态原子与中性气体碰撞电荷转移光谱的理论研究

The highly charged ions (HCIs) exist widely in the laboratory and astrophysical plasmas,the electron capture process in collisions of HCIs with neutral gases is an important frontier direction in atomic and molecular physics, especially for the charge transfer spectrum produced in the collisions, it can be used as an important tool to diagnose the plasma properties. The theoretical study on charge transfer process is a big challenge because it involves the multibody dynamics of highly excited states, multi-channel coupling interactions and the multicenter electron correlations.This project will develop the semi-classical two-center atomic orbital close-coupling method to calculate the charge transfer spectrum in collisions of HCIs with neutral gases in the middle and high energy region. The effect of multibody dynamics of highly excited states, multi-channel coupling interactions and the multicenter electron correlations on the charge transfer cross section and spectrum will be studied.The obtained atomic data can be used to simulate the spectrum of EUV and soft X-ray in the astrophysics, and also used in the diagnostics of plasmas in Tokomak.

高剥离态原子广泛存在于实验室和天体等离子体环境中，它与中性气体碰撞的电荷转移过程是原子分子物理研究的一个重要前沿领域；特别是碰撞后产生的电荷转移发射光谱，可以作为诊断等离子体状态的一个重要手段。高剥离态原子与中性气体的电荷转移过程，涉及到高激发态的多体动力学效应、大量反应通道之间的相干耦合作用以及多体多中心电子关联效应，这是重粒子碰撞理论研究的难点之一。本项目将针对该难点问题，发展半经典的双中心原子轨道强耦合理论方法和计算程序，研究中高能区高剥离态原子与中性气体碰撞的电荷转移过程及随之的发射光谱，阐明高激发态多体动力学效应、多通道相干耦合效应和多体电子关联效应对电荷转移截面和电荷转移光谱的影响。本项目得到的高精度原子参数可以应用到天体物理的EUV和软X射线光谱模拟，以及实验室托克马克等离子体电荷转移光谱诊断的研究中，解决相关的物理问题。

离子与原子分子碰撞的电荷转移过程一直是原子物理中一个非常活跃的研究领域。高剥离态原子与中性气体在中高能区碰撞发生电荷转移时，靶中的电子以被俘获到入射离子的高激发态为主，并且会在大量能级之间分布。碰撞过程中很多反应通道会发生耦合相干作用，同时有很大几率发生双或多电子转移过程，多体多中心电子关联效应会直接影响反应动力学过程，并且伴有涉及连续态的电离过程发生。本项目聚焦上述难点问题，发展原子轨道强耦合方法，系统地研究了中高能区高剥离态原子与中性气体碰撞电荷转移过程，并利用得到的态选择截面模拟了电荷转移发射光谱。通过本课题的研究，我们清楚地阐明了高激发态多体动力学效应、多通道相干耦合效应及电子关联效应对电荷转移截面和电荷转移发射光谱的影响，深化了对重粒子碰撞动力学的认识。且本项目产生的大量的高精度原子参数也可以应用到天体物理的EUV和软X射线光谱模拟，以及实验室托可马克等离子体电荷转移光谱诊断的研究中，解决相关物理问题。在本项目的资助下，我们已在国内外物理学核心期刊发表学术论文7篇，做会议邀请报告一次。