类锂Ca17+、Ar15+离子和类钠Xe43+离子同位素位移的相对论理论研究

作     者：张芳军 

作者单位：西北师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张登红;丁晓彬

授予年度：2021年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 070301[理学-无机化学] 

主      题：多组态Dirac-Hartree-Fock方法 电子关联效应 质量位移 场位移 同位素位移 方均核电荷半径之差 

摘      要：同位素位移是指由于原子核的有限质量和核电荷分布不同而引起的同一元素不同同位素同一跃迁谱线之间的能量差异,它由质量位移和场位移两部分组成。同位素位移的研究一方面被用于检验量子力学理论的精度,探索电子关联效应、Breit相互作用、量子电动力学(QED)效应对同位素位移的影响。另一方面也被广泛地用于提取方均核电荷半径之差以及核变形等原子结构信息,对理解核结构起到了至关重要的作用。本文基于多组态Dirac-Hartree-Fock(MCDHF)方法和活动空间方法系统地研究了类锂钙离子、氩离子和类钠氙离子的能级、跃迁几率、质量位移参数、场位移参数和同位素位移以及电子关联效应、Breit相互作用和QED效应对参数的影响。其主要内容包括:第一,详细地计算了类锂40Ca17+离子2s 2S1/2、2p 2P1/2和2p 2P3/2态的总能量、2s 2S1/2-2p 2P1/2和2s 2S1/2-2p 2P3/2的跃迁波长、跃迁几率、质量位移参数和场位移参数以及同位素位移。通过计算发现对于类锂钙离子而言,质量位移明显大于场位移,且质量位移的主要贡献来自于特殊质量位移。同时发现48,40Ca这两个同位素之间的同位素位移是最大的,可达到1.674 meV。这为以后的相关实验研究提供了参考。第二,详细地计算了类锂40Ar15+离子2s 2S1/2、2p 2P1/2和2p 2P3/2态的总能量、2s 2S1/2-2p 2P1/2和2s 2S1/2-2p 2P3/2的跃迁波长、跃迁几率、质量位移参数和场位移参数以及同位素位移。发现32,40Ar这两个同位素之间的同位素位移是最大的,可达到1.953 meV。此外还研究了电子关联效应、Breit相互作用以及QED修正对同位素位移参数的贡献。结果表明,高离化态轻元素中,Breit相互作用的贡献大于其它的修正。通过计算发现类锂氩离子的质量位移也都大于场位移。第三,详细地计算了类钠136Xe43+离子3s 2S1/2、3p 2P1/2和3p 2P3/2态的总能量、3s 2S1/2-3p 2P1/2和3s 2S1/2-3p 2P3/2的跃迁波长、跃迁几率、质量位移参数和场位移参数以及同位素位移。与类锂40Ca17+和40Ar15+离子不同,通过计算发现类钠氙离子的场位移大于质量位移。最后,利用计算得到的质量位移和场位移参数结合Silwal等人实验观测到的类钠136,124Xe的同位素位移结果,计算了 136,124Xe的方均核电荷半径之差,其推荐值为δ136,124=0.2 69 m2,支持了Silwal等人理论预测结果。