L-壳层和类硫高电荷态离子精密光谱理论研究

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利用原子光谱这一有效手段,科研工作者们逐渐揭开了原子内部结构的神秘面纱,但由于实验测量的局限性、电子关联效应、相对论效应和量子电动力学的影响仍存在很多未解之谜。本工作利用相对论多组态Dirac–Hartree–Fock及随后的组态相互作用(MCDHF/RCI)方法和相对论多体微扰理论(MBPT)方法以类硫和类氧等电子系离子为研究对象细致地研究了粒子的精密光谱,获得了大规模、系统的能级能量、跃迁寿命、跃迁率、振子强度、线强和波长等原子参数。通过与实验测量光谱比对,分析这些光谱的差异获得对天体和等离子体诊断有意义的谱线。具体工作如下:一、利用MCDHF/RCI方法优化的高度相关的波函数计算类硼硫离子n≤5的最低213个组态的激发能量和寿命。除此之外,还提供了与这些能级跃迁相关的多级跃迁率、线强、振子强度等跃迁数据。系统地比较了理论计算的激发能量和NIST数据库提供的实验能量,并指出了一部分不能分辨的及可能存在问题的实验数据。排除这些无法分辨的数据后,对于有效的n≥3高壳层组态的数据,激发能量的理论数据与实验数据的标准偏差为12±341 cm-1。能级结果的精确计算证明了详细的ab initio计算可以在天体物理研究中辅助识别和分辨恒星等天体放射的光谱线。目前天体关注的类硼硫离子的实验数据是稀少的,本次工作提供的高精度原子数据可以为其观测提供参考。二、对类硫(Z=24-30)等电子系粒子的精细光谱进行深入细致的研究。对类硫离子n=3壳层的3s23p4、3p6、3s3p43d、3s23p23d2、3s3p5、3s23p33d和3s3p33d2组态,利用GRASP2K程序包中MCDHF/RCI方法计算了能级能量以及跃迁数据。分析发现3s23p4、3s3p5和3s23p33d组态产生的最强谱线的最低47条能级激发能与Del Zanna最新评估的Fe10+离子的实验值吻合的很好,达到了光谱精度。因此目前的能量可以用在天体物理学和实验室光谱中识别其他类硫离子中几乎是未知的3s23p33d的能级。相反,研究还发现与3s3p43d能级存在明显差异的谱线,因而认为需要对该能级进行更详细的实验研究,建议使用一些新的暂定标识。通过提供的基准表明,目前一致的辐射数据集是准确的,可用于光谱线建模。三、对类氧Ar到Cr等电子系离子的n≤4壳层的2sn2pm(0≤n≤2,4≤m≤6)、2sn2pm3l(1≤n≤2,3≤m≤4,l=s,p,d)、2s22p34l(l=s,p,d,f)254个最低组态的精细光谱进行了深入细致的研究,提供了一套准确的理论能量以及包括电偶极(E1)、磁偶极(M1)、电四极(E2)、磁四极(M2)跃迁的能级跃迁数据。使用MCDHF/RCI方法中的大组态波函数扩展系统地解释了价价、核价和核核电子关联效应。与NIST ASD和CHIANTI数据库收集的实验值相比,目前的理论值非常准确和可靠。调查发现,类氧离子的高精度数据仍然是缺乏的,本次研究希望所得结果对天体光谱研究有用,帮助识别和分辨太阳和其他天体光谱中新发现的光谱线。
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