Введение к работе
з
Актуальность темы. Интерес к теории многозарядных ионов вызван их характерными особенностями: существенным отклонением от схемы і/5-свяаи в расположении уровней; усилением интенсивности запрещенных переходов; нахождением частот большинства переходов в рентгеновской области. Эти особенности объясняются релятивизмом движения электронов.
К настоящему времени получены интересные экспериментальные данные при исследовании тяжелых многозарядных ионов с несколькими электронами, например ионов U90+ и U9i+ [1]-[2], измерена энергия расщепления 2pi/2 — 2s в г'-подобном уране [3]. Исследования проводятся на ускорителях с использованием техники эксперимента пучок-фольга, на установках типа электронный пучок - ионная ловушка, при изучении плазмы, полученной в термоядерных установках типа "Токамак", плазмы, полученной с помощью лазера, ведутся астрофизические наблюдения.
Из-за отмеченных выше особенностей, спектры многозарядных ионов существенно отличаются от хорошо изученных спектров атомов и ионов с невысокой степенью ионизации, поэтому для интерпретации полученных данных требуется новая теория, которая должна строится как полностью релятивистская. Теория многооарядных ионов должва использовать дираковские волновые функции для электронов и теорию возмущений по взаимодействию электронов друг с другом посредством квантованного электромагнитного поля. Характерный релятивистский параметр aZ [а и 1/137 -постоянная гонкой структуры, Z - заряд ядра) при больших Z уже не является малым (для =90 aZ « 0.656?) и теория, использующая разложение по aZ в этом случае не применима даже в качестве исходного приближения. Новую теорию можно
4 строить на основе невзаимодействующих релятивистских электронов, движущихся в поле ядра, и учитывать взаимодействие электронов по теории воомущевий, используя параметр малости Z~l. Кроме того необходимо учитывать поправки на структуру ядра. В нерелятивистском случае при aZ <. 1 эффекты сверхтонкого расщепления, изотопического сдвига спектральных линий, вызванные учетом характеристик ядра, были детально изучены [4]. В случае релятивистских электронов структурные ядерные поправки играют важную роль, при больших значениях Z поправка на размер ядра достигает величины Ломбовсхого сдвига. Влияние многоэлектронных эффектов на поправку на размер ядра было рассмотрено в работах [5], [б].
Высокая точность экспериментов требует учитывать все поправки второго порядка по а. В релятивистских единицах порядок величины таких поправок mc?{aZ)n, где тп - масса электрона. Интерес вызывают поправки с п > 3, которые к настоящему времени полностью не вычислены, но важны для сравнения теоретических и экспериментальных результатов. Такими поправками, в частности, являются так называемые поправки на "ссылочное" состояние (ПСС). Эти поправки связаны с сингулярностями, возникающими из-за наличия в сумме по промежуточным состояниям исходного "ссылочного" состояния. ПСС в случае обмена одним поперечным, одним кудоновским (BCR) ж двумя поперечными фотонами (BBR) имеют следующий порядок величины д!(вся) й mQ?(aZf, Д(ввд) sw ma?(aZf. Различие скейлинга сказывается даже при больших значениях заряда ядра Z.
Цель работы.
1. Вывод выражения для ПСС (Кулон-Брейт) для произвольных двухэ-
пектронных состояний с различными энергиями.
2. Численный расчет ПСС (Кулон-Брейт) для низших конфигураций
5 двух- ж трехэлехтронных систем.
3. Аналитический расчет ПСС в пределе малых Z (для контроля численных расчетов).
Положения, выносимые на защиту.
-
Применение метода контура пинии к выводу общего выражения для кулон-брейтовской ПСС при проиовольных энергиях. Получение формул, удобных для численных расчетов.
-
Численный расчет кулон-брейтовской ПСС для низших конфигураций двух- и трехэлектронных систем, содержащих Is, 2s, 2р электроны при всех оначениях Z от 1 до 92. Построение зависимости ПСС от заряда ядра и проверка екейлииха то? {aZf.
-
Получение аналитических выражений для ПСС в пределе малых Z для Is, 2s, 2р состояний.
Научная новизна работы. В диссертации получены следующие новые результаты:
-
Впервые получено выражение для ПСС (Кулон-Брейт) при произвольных (неодинаковых) энергиях.
-
Впервые проиоведен численный расчет ПСС (Кулон-Брейт) и показано, что эти поправки дают вклад в сдвиг энергии литиеподобного урана, который необходимо учитывать при сравнении теории с экспериментом.
Научная и практическая ценность работы. 1. В работе продемонстрировано, как следует использовать метод контура линии для получения кулон-брейтовских поправок на "ссылочное" состояние в теории многозарядных ионов. Этот подход может быть распространен и на ПСС других типов. Полученные общие выражения для ПСС (Кулон-Брейт) при проиовольных (неодинаковых) энергиях
6 могут быть использованы для расчетов ПСС любых состояний многозарядных ионов с несколькими электронами.
2. Численные результаты для ПСС, полученные в работе, дополня
ют набор КЭД поправок второго порядка, расчитанных к настоящему
времени и дают вклад в сдвиг энергии литиеподобного урана, который
необходимо учитывать при сравнении теории с имеющимися прецизи
онными экспериментами.
3. Построенная зависимость ПСС от заряда ядра Z при всех значени
ях Z от 1 до 92 дает воомояшость проанализировать важность учета
ПСС для ионов различной кратности ионизации.
Апробация работы. Работа докладовалась на семинарах кафедры квантовой механики НИИФ СПбГУ, а ее результаты также использовались в докладах на 5 Европейской конференции по атомной и молекулярной физике (Эдинбург, Великобритания 1995), на 26 Европейской конференции по Атомной Спектроскопии: (Барселона, Испания 1994).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в работах (1-4).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и содержит 102 страницы, 15 рисунков и 9 таблиц. Список литературы включает 78 наименований.
