[论文解读] 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 3

一句话总结

本论文采用在MZ代码中实现的改进Z展开方法，为高电荷态离子（Z = 6–36）中的双激发态2lnl′和1s2lnl′提供了高精度的原子数据。通过引入一阶屏蔽修正和级联跃迁效应，作者将自电离率相比先前计算降低了20–50%，与多配置方法的吻合度达到10%。本研究提供了n = 2,3的波长、辐射跃迁概率和自电离率，为高温等离子体中类镍卫星谱线分析奠定了基础。

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.

研究动机与目标

• 改进高电荷态离子（Z = 6–36）中双激发态2lnl′和1s2lnl′的原子数据精度。
• 通过在自电离率计算中引入一阶屏蔽修正和级联跃迁贡献，优化MZ代码。
• 为高温等离子体诊断中的类镍卫星谱线提供可靠的波长、辐射跃迁概率和自电离衰变率。
• 减少早期Z展开计算中观察到的自电离率偏差，此前其与多配置方法结果相差最高达2倍。

提出的方法

• 采用1/Z的微扰展开形式的Z展开方法，通过布雷特算符引入相对论修正。
• 修改MZ代码，将一阶屏蔽效应引入自电离径向积分中，提升了相比先前版本的精度。
• 利用非相对论、自旋无关和自旋相关的布雷特哈密顿量项构建能量矩阵，并引入半经验修正（∆Ex）以改善拟合效果。
• 使用威格纳3j和6j符号处理角动量耦合，M因子用于计算跃迁矩阵元。
• 辐射跃迁概率由电偶极矩阵元计算，自电离率则基于包含屏蔽修正的两电子跃迁积分推导。
• 该方法可在现代PC上实现每离子计算时间低于1分钟，结果适用于整个等电子序列。

实验结果

研究问题

• RQ1 Z展开方法中的一阶屏蔽修正对高电荷态离子中双激发态自电离率有何影响？
• RQ2 本工作中修正后的自电离率与多配置波函数方法结果的吻合程度如何？
• RQ3 包含级联跃迁（3-2）对类镍卫星谱线强度有何影响？
• RQ4 计算得到的波长和跃迁概率与托卡马克和EBIT谱线实验数据相比如何？
• RQ5 改进后的MZ代码能否在保持计算效率的同时，实现与高精度多配置计算结果的更好一致性？

主要发现

• 由于引入了一阶屏蔽修正，双激发态2lnl′和1s2lnl′的自电离衰变概率相比先前Z展开计算降低了20–50%。
• 修正后的自电离率与使用非相对论和相对论轨道的多配置计算结果在10%以内一致。
• 提供了2lnl′ →1snl′′、2lnl′ →1s2l′′、1s2lnl′ →1s2nl′′和1s2lnl′ →1s22l′′跃迁的辐射跃迁概率，精度得到提升。
• 改进后的MZ代码对能级和跃迁概率进行了修正，增强了与[Li]和氩离子实验数据的一致性。
• 对于Z = 36且n = 2 → n = 1，计算得到的跃迁波长为0.80327 Å，跃迁能量为15.435 keV，跃迁概率为4.36×10¹ s⁻¹。
• 详细呈现了n = 2和n = 3类镍卫星的数据，更高n态的结果将在后续论文中发表。