高电荷态多电子离子光电离及退激过程中精细动力学参数的理论研究

The photoionization and subsequent decay processes of highly charged multi-electron ions widely exist in astrophysical plasmas, laboratory plasma and thermonuclear fusion plasmas. The studies on the angular distribution and the polarization properties of photoelectron and decay products (radiation spectrum or Auger electron) following the photoionization process is significant for the development and testing of high-precision atomic theory, revealing the kinetic characteristic and mechanisms of highly charged multi-electron ions. These properties have also become indispensable tools for the diagnosis of plasma state and the analysis of complex spectra. This program will use the relativistic multi-configuration Dirac-Fock (MCDF) method and the density matrix theory, develop and improve the calculation method and establish the related programs with intellectual property rights. On this foundation, the influence of the higher order effects (the electron correlations, the Breit interaction, the QED effect and the non-dipole effect) on the photoionization total/magnetic cross section, angular distribution and polarization properties of photoelectron will study in detailed, and its contribution to the angular distribution and polarization properties of decay products will further discussed. We hope that these studies can provide necessary theoretical support and help for the relevant practical application and experimental study from the aspects of atomic and molecular physics.

高电荷态多电子离子的光电离及其退激衰变过程广泛存在于天体等离子体、实验室等离子体及热核聚变等离子体环境中。对该过程产生的光电子及退激衰变产物（辐射谱线或Auger电子）角向和极化特性等精细动力学参数的研究，不仅对发展和检验高精度的原子结构理论、揭示相关动力学过程的形成机制有着重要的物理意义，而且对诊断等离子的体特性、分析和模拟天体光谱等有着非常重要的应用价值。本项目在多组态Dirac-Fock方法基础上，结合密度矩阵理论，发展和完善相关计算方法，并建立相应的具有自主知识产权的计算程序。在此基础上，详细讨论电子关联、Breit作用、量子电动及电子和辐射场相互作用中的非偶极项等高阶物理效应对强库仑场中光电离总截面/磁子截面以及光电子角向和极化性质的影响，并进一步探讨其对退激衰变产物极化特性和角分布的贡献，以期对相关实际应用领域的研究提供来自原子分子物理方面的理论依据和帮助。

伴随着同步辐射和自由电子激光等优秀光源技术的进步以及位置灵敏测量装置的应用，人们对光电离过程的研究更加深入和细致。由早期对截面和振子强度的测量，转向对角向和极化特性的研究，并揭示了一些新的物理现象。为了解释实验测量的结果并对即将在先进光源上开展的相关实验提供参考，本项目在多组态Dirac-Fock方法基础上，结合密度矩阵理论，发展和完善了研究高电荷态多电子离子的光电离及其退激衰变过程相关精细动力学参数的计算方法，并开发了相应的具有自主知识产权的计算程序。.在此基础上，选择了天体等离子体和聚变等离子体中常见元素作为研究对象，详细讨论电子关联、Breit作用、量子电动及电子和辐射场相互作用中的非偶极项等高阶物理效应对强库仑场中光电离总截面/磁子截面以及光电子角向和极化性质的影响，并进一步探讨其对退激衰变产物极化特性和角分布的贡献。如：研究了Ar 原子3p壳层的序列双光双电离过程，揭示了双光电离过程中的非线性效应；通过对Xe原子np3/2(n=2-5)和md3/2,5/2(m=3,4)壳层光电离后剩余离子取向以及Auger电子角各向异性参数计算，表明剩余离子的取向参数和Auger电子角分布对原子壳层的依赖性很大，对Breit作用和电子交换效应依赖性小；通过对Ba和类Ba离子4d壳层光电离截面、光电子角分布参数和退激发辐射X射线极化度。结果表明，弛豫效应会降低截面的数值，对截面的结果大于角分布参数和极化度的影响，指出了差异的原因，即角分布参数和极化度的计算涉及到跃迁矩阵的比值，因弛豫效应引起的差别相互抵消；通过对Ar17+离子光复合过程研究，揭示了光复合过程中的干涉效应所起到贡献。该研究为高精度的实验测量提供了数据支持，也为理论研究提供了新的思路，即辐射复合和共振复合的干涉效应不能忽略。.这些研究结果不仅对发展和检验高精度的原子结构理论、揭示相关动力学过程的形成机制有着重要的物理意义，而且对诊断等离子的体特性、分析和模拟天体光谱等提供来自原子分子物理方面的理论依据和帮助。