稠密等离子体中高离化态原子的光电离过程研究

The study of photoionization processes for high-Z high charged ions has important applications in many research fields. In intense laser field and dense plasma environment, the photoionization processes for high charged ions are one of the major atomic dynamics processes, the influence of the dense plasma ionization balance. Therefore, our project plan systematically to study the influences of intense laser field and plasma environment effect for photon-ionization processes of high charged ions based on relativistic quantum mechanics. With comparisons of the features of photoionization processes under different laser field and plasma environment effect, the influences of these effects are discussed. For the situation without laser field and plasma effect, photoionization processes are studied by combining the multi- configuration Dirac-Fock model with R-matrix theory. For the interaction of intense laser field, theoretical studies are performed by using LOPT and R-matrix Floquet Theory (or IMST). For plasma environment effect, self-consistent ion-sphere model is used to describe it. With the explorations of the influences of intense laser field and plasma environment effect for the processes of photoionization, a deep realization of these effects is made, a guide for experiments is provided, and an important academic significance exists.

中高Z元素高离化态离子的光电离过程研究在很多领域都有重要应用。在强激光场和稠密等离子体环境中，高离化态离子的光电离过程是主要的原子动力学过程之一，影响稠密等离子体的离化平衡。基于此，本项目拟以相对论量子力学为基础，系统研究在强激光场和等离子体环境下中高Z元素高离化态离子的光电离过程。通过比较在不同激光场和等离子体环境中，光电离过程的规律性特征，研究强激光场和等离子体环境对光电离过程的影响。对于无外场无等离子体环境情况，采用相对论多组态Dirac-Fock理论结合R矩阵理论方法研究；对于强激光场作用下，采用LOPT理论和R矩阵弗洛凯理论（或IMST理论）进行研究；在此基础上，基于自洽离子球模型考虑等离子体环境效应对光电离过程的影响。通过系统地探讨了强激光场和等离子体环境对中高Z元素高离化态光电离过程的影响，深化对相应过程的认识，为实验提供指导，具有很大的理论研究意义。

光电离过程是稠密等离子体中的主要原子动力学过程之一，决定和影响着等离子体的离化平衡，研究此过程，对认识稠密等离子体中的原子结构、光谱特性有着重要意义，对建立等离子体状态的诊断方法和技术具有重要参考价值。本项目研究主要包括：1.研究了Sc2+和P2+离子的光电离过程，较好地区分了实验与理论的共振峰结构之间的差异，得出通道耦合效应是影响光电离截面的主要因素之一，计算结果与实验值及其他理论值展现出较好的一致性；获得了N-like ions (Na-Ca) 在电子温度 (104 -107 K)内电子碰撞激发过程的有效碰撞强度，为等离子体光谱模拟提供了可靠的原子参数；探讨了Na原子的内壳层光电离及其俄歇衰变，表明组态相互作用是影响其光电离以及俄歇过程的因素之一，为进一步研究碱金属原子的内壳层动力学过程奠定了一定的理论基础。2.研究了X-ray自由电子激光（XFEL）与Ne相互作用过程，阐述了Ne在2000eV的XFEL下空芯原子产生的电离机制，结果表明空芯原子与裸核都会降低Ne的平均光电离截面，从而表现出X射线透明现象；建立速率耦合方程研究了Ne的电荷态分布随XFEL参数的变化规律，结果表明当脉冲宽度小于10fs时，电荷态的布居有着相对复杂的变化；但当脉冲宽度大于10fs时，电荷态布居基本保持不变。3.改进了现有基于均匀电子气分布的离子球模型，既维持了整个离子球满足电中性条件，又允许束缚电子隧穿至离子球外面，保证了波函数的连续性要求，并用此新模型研究了稠密等离子体中类氦离子的原子结构与跃迁光谱，得到可观测光谱的临界电子密度与实验结果符合得更好，优于其他理论结果。4. 基于FERM3D理论，编写了三维有限元R矩阵计算程序并研究了H2、O2、N2、CO、CO2、C6H6以及CH4等小分子的光电离截面变化规律，结果表明同一分子系统的不同电子轨道存在不同的光电离截面变化趋势。上述研究结果对进一步的研究具有指导意义。