铼原子和铑原子能级辐射参数的研究

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原子和离子能级的自然辐射寿命、跃迁几率和振子强度等辐射参数是等离子体物理、原子物理和天体物理等研究领域中重要的基本数据。各种大型地基望远镜和太空望远镜等天文观测技术的不断发展为人们带来了大量前所未有的高分辨率、高信噪比的高质量天体光谱,而这也为人们深入研究各类天体的结构、状态以及演化等问题提供了坚实的数据基础。多年来,国内外研究组已经对大量的天体光谱进行了分析,然而,在被研究的各种元素谱线中,部分元素的研究探索相对较少,如铼元素和铑元素。人们已证实铼元素的谱线存在于一些化学特殊星的光谱中,在一些星体的光谱中,人们观测到了铑元素谱线的存在,但几十年来,由于辐射参数的缺乏以及能级结构知识的贫瘠,有关铼元素和铑元素的报道非常有限。鉴于此,本文对铼原子、铑原子部分能级的自然辐射寿命进行了实验测量研究,理论计算确定了分支比,将辐射寿命实验值与理论分支比相结合来确定半经验跃迁几率和振子强度值。本文采用时间分辨激光诱导荧光技术和一步激发方案对铼原子和铑原子部分能级的自然辐射寿命进行了测量研究;首先利用一台Nd:YAG激光器来烧蚀真空室中旋转的铼元素或铑元素靶材以获得等离子体,然后用另一台Nd:YAG激光器来泵浦DCM染料激光器以产生基频光,通过倍频、三倍频以及受激拉曼散射等非线性光学手段来得到所需波长的激发光以便将等离子体中处于较低能级的原子激发到目标能级。真空室中自发辐射所产生的荧光经单色仪分光后被光电倍增管探测并传输到示波器中显示并记录其荧光衰减信号。最后,在电脑中对衰减曲线进行拟合从而确定所测能级的自然辐射寿命。本文的具体研究内容包含以下两个部分:一、利用时间分辨激光诱导荧光技术测量研究了位于32591.63~47970.82cm-1能级范围内的铼原子共19个奇宇称能级的自然辐射寿命,其中15个能级为首次测量。本文所测得的寿命结果与前人相比符合的较好,寿命结果范围为9.9~132 ns。在此基础上,运用考虑了相对论修正和实极化效应的Hartree-Fork(HFR+CPOL)方法理论计算了其中18个能级(32591.63~47970.82 cm-1)的寿命和分支比。将实验能级寿命与理论分支比相结合,确定了波长范围在211.089~441.089 nm之间47条谱线的半经验跃迁几率和振子强度值。二、运用时间分辨激光诱导荧光技术测量研究了铑原子位于31101.75~50721.44 cm-1范围内共20个奇宇称能级的自然辐射寿命,其中17个能级的寿命为首次测量。寿命值分布在7.0~38.4 ns之间,除了36985.25和40576.95 cm-1这两个能级的寿命结果误差较大,分别为11.5%和11.8%之外,其余18个能级的寿命误差均在10%以内。理论方面,运用HFR+CPOL方法计算得到了其中17个能级(31101.75~48811.47 cm-1)的理论寿命值与63条谱线的分支比;将实验测得的能级寿命与理论分支比相结合,确定了波长范围在231.8370~428.8702nm之间63条谱线的半经验跃迁几率和振子强度值。综上所述,本文研究确定了铼原子、铑原子部分激发态能级的自然辐射寿命、跃迁分支比、跃迁几率以及振子强度等辐射参数,其中很多能级是高激发态。这些数据丰富了原子数据库,对于原子理论研究、天体光谱分析、核反应过程模拟、等离子体物理、以及激光物理等领域都具有重要科学意义和应用价值。
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