内壳层洞态原子辐射退激发过程的理论研究

The energy structure and radiative decay processes of the inner-shell hole state are one of the hot subject of atomic physics. Investigations on it are helpful to explain the effects of electron correlation, relativity and quantum electro-dynamics on the energy structure and radiative transition of these exotic atoms. It is also helpful to reveal the situation of the electron coupling in the complex atom system. For the astrophysics and laboratory plasma, some important diagnosis information, such as the composition, temperature, density and the charge state distribution were provided by these basic atomic physics processes. It is also important to obtain the highly accurate atomic data which is crucial to the plasma modeling. The Multi-Configuration Dirac-Fock method combined with the restricted active space method and relativistic configuration interaction method will be used to investigate the effects of the electron correlation, relativity and quantum electro-dynamics on the energy structure and radiative transitions from the inner-shell hole state systematically. A reasonable, appropriate electron correlation model will be constructed for describing the complex electron correlation effects in the inner-shell hole state. The competition among the radiative decay channels from the inner-shell hole state will be studied to provide the reference and instruction for the experimental high precision X-ray spectrum in HIRFL. Some necessary reference, instruction and analysis for the high precision X-ray spectrum in HIRFL are expected when the project accomplished. It is also expected to have more comprehensive understanding on the physical mechanism and interaction of the inner-shell hole state. Some fundamental atomic data with high precision will be provided for the future potential application.

内壳层洞态原子的能级结构和辐射退激发过程是原子物理学研究的热点领域之一。开展此研究，可以理解电子关联、相对论和量子电动力学效应对该奇异原子的结构和跃迁性质的影响，检验多体量子理论，揭示原子中的电子角动量耦合规律，也可为天体和实验室等离子体的温度、密度和离化度分布提供重要的诊断信息，为等离子体理论建模提供必要的原子数据。本项目将采用多组态Dirac-Fock、限制性活动空间和相对论组态相互作用方法，系统研究相对论、电子关联和量子电动力学效应对内壳层洞态原子的能级结构和辐射退激发过程的影响；建立恰当的描述洞原子态的电子关联模型；探索内壳层洞态原子辐射退激发通道的竞争关系，为在大科学装置HIRFL平台上观测X射线谱提供理论预言。本项目的实施，可为HIRFL上的高精度X射线光谱实验提供必要的参考、指导和分析，也可以深入理解内壳层洞态的物理机制和相互作用，并为其它应用提供高精度的基础原子数据。

内壳层洞态原子的能级结构和辐射退激发过程是原子物理学研究的热点领域之一，其辐射衰变过程中的两电子一光子(TEOP)跃迁完全是由电子关联效应所引起的，所以是研究原子中电子关联效应的最佳对象。目前TEOP及其伴线的高精度X射线谱仍缺乏研究。本项目在全相对论多组态Dirac-Hartree-Fock理论和结合活动空间方法的基础上，通过系统考虑电子关联效应、Breit相互作用和量子电动力学效应，首先分析了这些效应对类氦离子TEOP和OEOP跃迁能和跃迁几率的贡献，验证和评估了已公开发表的与TEOP相关的原子数据，建立了能恰当描述内壳层洞原子中电子关联效应的电子关联模型，在此基础上预言了26<Z<47的元素的类氦离子的TEOP跃迁能量和跃迁几率，为观察高Z离子中电偶极禁戒跃迁提供了一种新途径；其次研究了不同数目的旁观空穴对TEOP辐射衰变过程的影响，获得了较高精度的原子数据，分析了光谱所呈现的特征和随旁观空穴数目变化的规律，详细分析了不同实验条件下的总谱特征，近而在理论上预言了可能被观测到的实验谱，为下一步在HIRFL实验环CSRe内靶上观测的K壳层单双洞态的X射线谱提供帮助；接着计算了类氦（Z=2-113）等电子序列中的电子-电子相互作用能，获得了类氦离子能级下对应的电子-电子相互作用能，对库仑相互作用、核效应、自能和真空极化修正的贡献进行了分析；同时，对高离化态钨离子能级结构和辐射跃迁性质进行了研究，探索适用于描述简单和复杂组态钨离子中电子关联效应的关联模型。本项目的实施，可以进一步深入理解相对论、电子关联、Breit和量子电动力学效应对该奇异洞态原子能级结构和跃迁性质的影响，一方面可为天体和实验室等离子体的温度、密度和离化度分布提供重要的诊断信息，在等离子体理论建模中具有重要的意义，另一方面也可为HIRFL上的高精度X射线光谱实验提供必要的参考、指导和分析，也可以深入理解内壳层洞态的物理机制和相互作用，并为其它应用提供高精度的基础原子数据。