钇原子和钽原子能级辐射参数的研究

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原子和离子辐射参数(寿命、分支比、跃迁几率和振子强度等)在许多领域具有重要应用。在原子物理学领域,可靠的原子和离子辐射参数可用来检验原子理论计算结果,有助于推动原子理论的发展。在核聚变物理和等离子体物理学领域,原子和离子振子强度数据是诊断等离子体和构建等离子体物理模型所需的重要参量。在天体物理学领域,随着空间观测技术的发展,人们获得了海量高质量的天体光谱。准确的光谱分析需要有可靠的原子辐射参数为依据,尤其是谱线的振子强度和跃迁几率数据,它们是确定元素丰度不可或缺的基础数据。结合实验测量的自然辐射寿命与分支比数据,可准确确定跃迁几率和振子强度的实验值。虽然许多研究组对钇原子(Y I)能级的辐射参数进行了测量研究,但仍然有很多已知能级的辐射参数未确定。据我们所知,前人对钽原子(Ta I)能级辐射参数的测量研究相当稀少,只有五篇文献报道了其辐射参数的实验值。鉴于此,本文对Y I和Ta I能级的辐射参数进行了测量研究。本文采用时间分辨激光诱导荧光(TR-LIF)技术测量了Y I和Ta I能级的自然辐射寿命。在测量过程中,采用激光烧蚀真空室中旋转的金属靶片来获得自由原子束。采用二倍频、三倍频及拉曼频移等手段将染料激光的基频波长扩展至实验所需波段。处于激发态的原子或离子向下自发发射产生的荧光,经单色仪进行波长选择,然后由光电倍增管探测,最后输入到数字示波器中进行采集和存储。最后对采集的荧光衰减曲线进行e指数拟合或卷积拟合确定能级的寿命值。本文采用傅里叶变换光谱技术确定谱线的跃迁分支比。傅里叶变换光谱是利用美国国家太阳天文台(National Solar Observatory,缩写为NSO)的傅里叶变换光谱仪测量的。我们在NSO数据库(ftp://nispdata.nso.edu/FTScdrom/)中获取这些光谱。根据文献报道的氩谱线的高精度分支比数据,标定出我们所使用的每个NSO光谱的光谱响应曲线,将待测谱线进行面积积分得到谱线的面积强度。用此强度除以光谱响应值获得谱线的真实强度,最终确定谱线的跃迁分支比。本文的具体研究内容包含以下两部分:一、利用TR-LIF技术,测量了Y I位于15245.80345947.505 cm-1之间17个能级的自然辐射寿命,其中13个能级的寿命属于首次测量。本文测量的寿命值在6.7到1200 ns之间,并且除了38635.481 cm-1能级的寿命误差为13.5%以外,其余能级的寿命误差均在10%以内。经对比,我们的测量结果与前人已测结果符合较好。此外,对本文已测寿命的17个能级,利用在NSO数据库中获取的Y元素的傅里叶变换光谱,确定了72条谱线的跃迁分支比。将这些分支比数据结合本文测量的寿命结果,确定了谱线的跃迁几率和振子强度。二、利用TR-LIF技术,测量了位于30664.6643550.78 cm-1之间的20个Ta I能级的自然辐射寿命,据我们了解,其中17个能级的寿命属于首次测量,且寿命误差均在10%以内。此外,对本文测定寿命的20个能级,通过分析Ta元素的傅里叶变换光谱,确定了其中13个能级97条谱线的跃迁分支比,结合本文测量的寿命和分支比数据,确定了谱线的跃迁几率和振子强度。综上,本文确定了Y I和Ta I一些能级的辐射参数。这些辐射参数在原子理论计算、激光介质分析、等离子体诊断、核反应过程模拟及天体光谱分析等研究领域具有重要意义。
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