[論文レビュー] Atomic data calculations by Z-expansion method for doubly excited states 2lnl' and 1s2lnl' of highly charged ions with Z=6-36. I. Transitions from the states with n=2,3

F. F. Goryayev, A. M. Urnov+1 more|ArXiv.org|Mar 20, 2006

Atomic and Molecular Physics被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、MZコードに実装された改良されたZ展開法を用いて、高電荷イオン（Z = 6–36）における二重励起状態 2lnl′ および 1s2lnl′ の高精度な原子データを提示する。一次スクリーニング補正およびカスケード遷移効果を組み込むことで、従来の計算と比較して自己電離率を20–50%低減し、マルチコンフィギュレーション法と10%以内の一致を達成した。本研究ではn = 2,3の波長、放射遷移確率、自己電離率を提供し、高温プラズマにおけるダイレクトロン衛星線スペクトル解析の基盤を築く。

ABSTRACT

The wavelengths and radiative transition probabilities for transitions 2lnl'-1snl", 2lnl'-1s2l", 1s2lnl'-1s^2.nl", 1s2lnl'-1s^2.2l", and the autoionization decay probabilities for doubly excited states 2lnl', 1s2lnl' were calculated in ions with atomic numbers Z=6-36 for n=2-10, l'=0-3. The calculations were carried out by means of the MZ code based on the Z-expansion method. Relativistic corrections were taken into account within the framework of the Breit operator. The main difference with previous calculations by MZ code consists in accounting for the first order corrections in powers of 1/Z, corresponding to the screening effects, in calculations of autoionization rates. New data for comparatively large rates are about 20-50% less as compared to previous ones and are in a agreement within 10% with the results of calculations made by the methods based on multi-configuration wave functions with non-relativistic and relativistic orbitals. Some refinements and corrections concerning the energies and radiative transition probabilities were also introduced in the MZ code. In this paper the main formulas used in a modified MZ-code and the data needed for description of dielectronic satellites with n=2,3 are given; the data for higher n will be presented in the following publications.

研究の動機と目的

• 高電荷イオン（Z = 6–36）における二重励起状態 2lnl′ および 1s2lnl′ の原子データの精度を向上させること。
• 自己電離率の計算を改善するため、第一準位スクリーニング補正およびカスケード遷移寄与を含めたMZコードの精錬。
• 高温プラズマ診断におけるダイレクトロン衛星線スペクトルの信頼性ある波長、放射遷移確率、自己電離崩壊率の提供。
• 従来のZ展開計算で観測されていた自己電離率の不一致を低減すること（マルチコンフィギュレーション法と比較して最大2倍の差が生じていた）。

提案手法

• 相対論的補正はBreit作用素を介して含め、1/Zの摂動展開を用いたZ展開法を適用する。
• 自己電離径数積分における一次スクリーニング効果を組み込んだことで、従来バージョンより精度が向上したMZコードを改変した。
• エネルギー行列は非相対論的・スピンに依存しない・スピンに依存するBreitハミルトニアンの項を用い、適合性を向上させるために半経験的補正（∆Ex）を導入した。
• 角運動量結合にはWigner 3jおよび6j記号を用い、遷移振幅の行列要素を計算するためのM係数を導入した。
• 放射遷移確率は電気双極子行列要素から計算され、自己電離率はスクリーニング補正を含む二電子遷移積分から導出された。
• 本手法により、現代のPCで1イオンあたり1分未塔の高速計算が可能となり、全イソエレクトロニック系列に応用可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Z展開法における一次スクリーニング補正が、高電荷イオンにおける二重励起状態の自己電離率に与える影響は何か？
• RQ2 本研究で見直された自己電離率は、マルチコンフィギュレーション波動関数法の結果とどの程度一致するか？
• RQ3 カスケード遷移（3-2）を含めることで、ダイレクトロン衛星線の強度にどのような影響が生じるか？
• RQ4 計算された波長および遷移確率は、トカマクおよびEBITスペクトルからの実験データとどの程度一致するか？
• RQ5 改変されたMZコードは、計算効率を維持しつつ、高精度なマルチコンフィギュレーション計算と良好な一致を達成できるか？

主な発見

• 一次スクリーニング補正の導入により、二重励起状態 2lnl′ および 1s2lnl′ の自己電離崩壊確率は、従来のZ展開計算と比較して20–50%低減された。
• 見直された自己電離率は、非相対論的および相対論的軌道を用いたマルチコンフィギュレーション計算結果と10%以内で一致した。
• 遷移 2lnl′ →1snl′′, 2lnl′ →1s2l′′, 1s2lnl′ →1s2nl′′, および 1s2lnl′ →1s22l′′ の放射遷移確率が、より高い精度で提供された。
• 改変されたMZコードは、エネルギー準位および遷移確率の補正を組み込み、[Li]およびアルゴンイオンからの実験データと整合性を向上させた。
• Z = 36 および n = 2 → n = 1 の遷移において、波長は 0.80327 Å、遷移エネルギーは 15.435 keV、遷移確率は 4.36×10¹ s⁻¹ として計算された。
• n = 2およびn = 3のダイレクトロン衛星線のデータが詳細に提示され、より高いn状態の結果は今後の出版で報告される予定である。