磁化等离子体环境对氢原子能级结构的影响

丁丁; 曾思良; 王建国; 屈世显

doi:10.7498/aps.62.073201

摘要

本文通过非微扰求解薛定谔方程, 研究了强磁场磁化的等离子体环境中的原子能级结构和辐射动力学过程. 在较宽的磁场强度范围和等离子体屏蔽参数范围内, 给出了氢原子基态以及低激发态的能级、辐射跃迁能量和振子强度等重要的原子参数, 定量地描述了强磁场和等离子体屏蔽共同作用的综合效应. 相关的结果有助于增进对极端环境下原子光谱结构的认识, 在等离子体光谱诊断和天文光谱观测方面有一定的借鉴意义.

关键词:

For hydrogen atom imbedded in Debye plasmas with an external magnetic field, the combined effect on bound-bound transitions has been investigated. The electron eigenenergies and wave functions are determined by non-perturbatively solving the Schrdinger equation. Both transition frequencies and oscillator strengths are presented for a wide range of plasma screening parameters and external magnetic field strengths. With increasing the plasma screening, the shielding effects on the Lyman series are shown to be decreased in its intensity and the red-shift of its frequency. After adding an external magnetic field, atomic energy levels undergo even stronger perturbation, and the line shapes become polarized. The non-perturbative effect is significant for the quantum states (n 3). Comparisons made with other theoretical calculations are shown in good agreement. The results reported here may be useful for the interpretation of spectral properties of H-like ions in laboratory and astrophysical Debye plasmas.

Keywords:

strong magnetic field /
CWDVR generalized pseudospectral method /
energy structure /
oscillator strength

作者及机构信息

1.
陕西师范大学物理学与信息技术学院, 理论与计算物理研究所, 西安 710062;

2.
北京应用物理与计算数学研究所, 计算物理重点实验室, 北京 100088;

3.
北京应用物理与计算数学研究所, 高能量密度物性数据中心, 北京 100088

基金项目: 国家自然科学基金委员会与中国工程物理研究院联合基金 (NSAF批准号: 10976016) 、国家自然科学基金 (批准号: 10904006和11274001) 和中国工程物理研究院科学技术发展基金 (批准号: 2011B0102026 和 2011A0102007) 资助的课题.

Authors and contacts

1.
Institute of theoretical & computational physics, school of physics and information technology, Shannxi Normal University, Xi’an 710062, China;

2.
Science and Technology Computation Physics Laboratory, Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing 100088, China;

3.
Data Center for High Energy Density Physics, Institute of Applied Physics and Computational Mathematics, Beijing 100088, China

Funds: Project supported by NSAF (Grant No. 10976016), the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 10904006, 11274001), and the Science and Technology Funds of China Academy of Engineering Physics (Grant Nos. 2011B0102026, 2011A0102007).

参考文献

[1]	Chang T Q, Zhang J, Zhang J T 1991 Laser Plasma Interactions and Laser Fusion (in Chinese) [常铁强, 张均, 张家泰 1991 激光等离子体相互作用与激光聚变(湖南科学技术出版社)]
[2]	Shertzer J 1989 Phys. Rev. A 39 3833
[3]	Dimova M G, Kaschiev M S, Vinitsky S I 2005 J. Phys. B 38 2337
[4]	Rösner W, Wunner G, Herold H, Ruder H 1984 J. Phys. B 17 29
[5]	Wang J H, Hsue C S 1995 Phys. Rev. A 52 4508
[6]	Kravchenko Y P, Liberman M A, Johansson B 1996 Phys. Rev. Lett. 77 619
[7]	Kravchenko Y P, Liberman M A, Johansson B 1996 Phys. Rev. A 54 287
[8]	Mori K, Hailey C J 2002 APJ 564 914
[9]	Potekhin A Y, Chabrier G 2003 APJ 585 955
[10]	Braams B J 1991 Plasma. Phys. Control. Fusion. 33 715
[11]	Guan X 2006 Phys. Rev. A 74 023413
[12]	Qi Y Y, Wang J G, Janev R K 2009 Phys. Rev. A 80 032502
[13]	Qi Y Y, Wang J G, Janev R K 2008 Phys. Rev. A 78 062511
[14]	Liu L, Wang J G, Janev R K 2008 Phys. Rev. A 77 042712
[15]	Zeng S L, Liu L, Wang J G, Janev R K 2008 J. Phys. B 41 135202
[16]	Bethe H A, Salpeter E 1977 Quantum Mechanics of One- and Two-electron Atom (Plenum, New York)
[17]	Murillo M S, Weisheit J C 1998 Phys. Rep. 302 1
[18]	Salzman D 1998 Atomic Physics in Hot Plasmas (Oxford Univ. Press, Oxford)
[19]	Feit M D, Fleck J A 1983 J. Chem. Phys. 78 301
[20]	Feit M D, Fleck J A, Steiger A 1982 J. Comp. Phys. 47 412
[21]	Zeng S L, Zou S Y, Yan J 2009 Chin. Phys. Lett. 26 053202
[22]	Zeng S L, Zou S Y, Wang J G, Yan J 2009 Acta Phys. Sin. 58 8180 (in Chinese) [曾思良, 邹士阳, 王建国, 颜君 2009 物理学报 58 8180]
[23]	Baye D, Hesse M, Vincke M 2008 J. Phys. B 41 185002
[24]	Saha B, MukherjeeP K, Diercksen G H F 2002 Astron. Astrophys. 396 337
[25]	Paul S, HoY K 2010 Physics of Plasmas 17 082704
[26]	Zhao L B, Stancil P C 2007 J. Phys. B 40 4347

施引文献

[1]	Chang T Q, Zhang J, Zhang J T 1991 Laser Plasma Interactions and Laser Fusion (in Chinese) [常铁强, 张均, 张家泰 1991 激光等离子体相互作用与激光聚变(湖南科学技术出版社)]
[2]	Shertzer J 1989 Phys. Rev. A 39 3833
[3]	Dimova M G, Kaschiev M S, Vinitsky S I 2005 J. Phys. B 38 2337
[4]	Rösner W, Wunner G, Herold H, Ruder H 1984 J. Phys. B 17 29
[5]	Wang J H, Hsue C S 1995 Phys. Rev. A 52 4508
[6]	Kravchenko Y P, Liberman M A, Johansson B 1996 Phys. Rev. Lett. 77 619
[7]	Kravchenko Y P, Liberman M A, Johansson B 1996 Phys. Rev. A 54 287
[8]	Mori K, Hailey C J 2002 APJ 564 914
[9]	Potekhin A Y, Chabrier G 2003 APJ 585 955
[10]	Braams B J 1991 Plasma. Phys. Control. Fusion. 33 715
[11]	Guan X 2006 Phys. Rev. A 74 023413
[12]	Qi Y Y, Wang J G, Janev R K 2009 Phys. Rev. A 80 032502
[13]	Qi Y Y, Wang J G, Janev R K 2008 Phys. Rev. A 78 062511
[14]	Liu L, Wang J G, Janev R K 2008 Phys. Rev. A 77 042712
[15]	Zeng S L, Liu L, Wang J G, Janev R K 2008 J. Phys. B 41 135202
[16]	Bethe H A, Salpeter E 1977 Quantum Mechanics of One- and Two-electron Atom (Plenum, New York)
[17]	Murillo M S, Weisheit J C 1998 Phys. Rep. 302 1
[18]	Salzman D 1998 Atomic Physics in Hot Plasmas (Oxford Univ. Press, Oxford)
[19]	Feit M D, Fleck J A 1983 J. Chem. Phys. 78 301
[20]	Feit M D, Fleck J A, Steiger A 1982 J. Comp. Phys. 47 412
[21]	Zeng S L, Zou S Y, Yan J 2009 Chin. Phys. Lett. 26 053202
[22]	Zeng S L, Zou S Y, Wang J G, Yan J 2009 Acta Phys. Sin. 58 8180 (in Chinese) [曾思良, 邹士阳, 王建国, 颜君 2009 物理学报 58 8180]
[23]	Baye D, Hesse M, Vincke M 2008 J. Phys. B 41 185002
[24]	Saha B, MukherjeeP K, Diercksen G H F 2002 Astron. Astrophys. 396 337
[25]	Paul S, HoY K 2010 Physics of Plasmas 17 082704
[26]	Zhao L B, Stancil P C 2007 J. Phys. B 40 4347

[1]	牟致栋. Rh XIII—Cd XVI离子4s²4p³—4s4p⁴能级与跃迁的理论计算. 物理学报, 2019, 68(6): 063101. doi: 10.7498/aps.68.20181976
[2]	吴圣钰, 张耘, 柏红梅, 梁金玲. Co,Zn共掺铌酸锂电子结构和吸收光谱的第一性原理研究. 物理学报, 2018, 67(18): 184209. doi: 10.7498/aps.67.20180735
[3]	钱新宇, 孙言, 刘冬冬, 胡峰, 樊秋波, 苟秉聪. 硼原（离）子内壳激发高自旋态能级和辐射跃迁. 物理学报, 2017, 66(12): 123101. doi: 10.7498/aps.66.123101
[4]	张宇河, 牛冬梅, 吕路, 谢海鹏, 朱孟龙, 张红, 刘鹏, 曹宁通, 高永立. 2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩在Cu(100)上的吸附生长以及能级结构演化. 物理学报, 2016, 65(15): 157901. doi: 10.7498/aps.65.157901
[5]	李强, 杨合, 薛向欣, 李清伟. 强磁场对金属离子掺杂CaTiO3结构和光学性能的影响. 物理学报, 2014, 63(22): 227803. doi: 10.7498/aps.63.227803
[6]	曹永泽, 李国建, 王强, 马永会, 王慧敏, 赫冀成. 强磁场对不同厚度Fe80Ni20薄膜的微观结构及磁性能的影响. 物理学报, 2013, 62(22): 227501. doi: 10.7498/aps.62.227501
[7]	刘尚宗, 颉录有, 丁晓彬, 董晨钟. 相对论效应对类锂离子能级结构及辐射跃迁性质的影响. 物理学报, 2012, 61(9): 093106. doi: 10.7498/aps.61.093106
[8]	曾思良, 倪飞飞, 何建锋, 邹士阳, 颜君. 强磁场中氢原子的能级结构. 物理学报, 2011, 60(4): 043201. doi: 10.7498/aps.60.043201
[9]	王春江, 苑轶, 王强, 刘铁, 娄长胜, 赫冀成. 强磁场条件下金属凝固过程中第二相的迁移行为. 物理学报, 2010, 59(5): 3116-3122. doi: 10.7498/aps.59.3116
[10]	周业宏, 蔡绍洪. 氯乙烯在外电场下的激发态结构研究. 物理学报, 2010, 59(11): 7749-7755. doi: 10.7498/aps.59.7749
[11]	赵安昆, 任忠鸣, 任树洋, 操光辉, 任维丽. 强磁场对真空蒸镀制取Te薄膜的影响. 物理学报, 2009, 58(10): 7101-7107. doi: 10.7498/aps.58.7101
[12]	李博文, 蒋军, 董晨钟, 王建国, 丁晓彬. 等离子体屏蔽效应对类氢离子能级结构和辐射跃迁性质的影响. 物理学报, 2009, 58(8): 5274-5279. doi: 10.7498/aps.58.5274
[13]	任树洋, 任忠鸣, 任维丽, 操光辉. 3 T强磁场对真空蒸发Zn薄膜晶体结构的影响. 物理学报, 2009, 58(8): 5567-5571. doi: 10.7498/aps.58.5567
[14]	高翱, 王强, 王春江, 刘铁, 张超, 赫冀成. 强磁场条件下Mn-Sb梯度复合材料的制备. 物理学报, 2008, 57(2): 767-771. doi: 10.7498/aps.57.767
[15]	李永强, 吴建华, 袁建民. 等离子体屏蔽效应对原子能级和振子强度的影响. 物理学报, 2008, 57(7): 4042-4048. doi: 10.7498/aps.57.4042
[16]	孟慧艳, 康帅, 史庭云, 詹明生. 平行电磁场中的Rydberg锂原子吸收谱的模型势计算. 物理学报, 2007, 56(6): 3198-3204. doi: 10.7498/aps.56.3198
[17]	庞雪君, 王强, 王春江, 王亚勤, 李亚彬, 赫冀成. 强磁场对铝合金中溶质组元分布状态的影响效果. 物理学报, 2006, 55(10): 5129-5134. doi: 10.7498/aps.55.5129
[18]	王春江, 王强, 王亚勤, 黄剑, 赫冀成. 强磁场对Al-Si合金凝固组织中硅分布的影响. 物理学报, 2006, 55(2): 648-654. doi: 10.7498/aps.55.648
[19]	牟致栋, 魏琦瑛. MoⅩⅣ—RuⅩⅥ离子的3d104s—3d94s4p跃迁谱线波长和振子强度的计算. 物理学报, 2004, 53(6): 1742-1748. doi: 10.7498/aps.53.1742
[20]	韩利红, 芶秉聪, 王菲. 类铍BⅡ离子激发态的相对论能量和精细结构. 物理学报, 2001, 50(9): 1681-1684. doi: 10.7498/aps.50.1681

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