发布时间 : 星期三 文章Gd19+离子双电子复合过程的理论研究-fyb资料更新完毕开始阅读98a356890408763231126edb6f1aff00bed5700a
3. 2 激发和辐射通道
图2展示了j = （4s24p64d9）-14l10f的DR速率系数. 由图可见, 4d电子激发的DR速率系数最大, 4s电子激发的DR速率系数最小. 考察曲线峰值附近, 4p电子激发的DR速率系数是4d电子激发的8. 4%, 其对总DR速率系数的贡献不可以忽略. 4s电子激发的DR速率系数是4d电子激发的0. 8%, 其贡献在本文接下来对DR速率系数各类效应的分析讨论以及总DR速率系数的计算中予以忽略. DR rate coefficients/cms3-1j = 4d4l10f10-12Gd19+j = 4p4l10f10-1310-14j = 4s4l10f110100kTe/eV 1000 图 2 4s,4p,4d电子激发对DR速率系数的贡献. j = (4s24p64d9)-14l10f.
Figure 2 DR rate coefficients for 4s, 4p and 4d electrons excitation. j = (4s24p64d9)-14l10f.
图3展示了j = (4p64d9)-1nl10l’, n = 4, 5, 6的DR速率系数. 由图3(a)可见, 在全温度区域内, 对于4d电子激发, n = 4的DR速率系数最大, n = 6的最小. n = 5的DR速率系数峰值仅为n = 4的峰值的5. 4%. 而n = 6的DR速率系数峰值仅为n = 4的峰值的1. 3%. 图3(b)为4p电子激发的DR速率系数. 由图可见, n = 5的DR速率系数峰值为n = 4的峰值的42. 4%. n = 6的DR速率系数峰值为n = 4的峰值的10. 6%, n = 6的DR速率系数峰值为n = 5的峰值的26. 9%. 4p电子激发的n = 5, 6的贡献相对于4d电子激发的n = 5, 6的贡献要大得多, 原因在于4p54d1010l’中4d为满壳层, 高壳层电子无法向4d跃迁, 导致中间双激发态4p54d1010l’的贡献降低. 由于图1中, 4p电子激发的DR速率系数峰值处是4d电子激发的8. 4%, 相应的(4p64d9)-16l10l’对总DR速率系数的贡献应该在1%以下. 并且随着n的增大, 相应的贡献急剧降低, 故而在我们的计算中, 忽略n > 6的贡献.
19+ 3-1Gd10-1119+DR rate coefficients/cmsDR rate coefficients/cms(a)45j = 4dnl10l'n = 4,5,68Gd3-110-124(b)j = (4p)4dnl10l'n = 4,5,65910-1210-1356 610-1310-14110100kTe/eV100010000110100kTe/eV100010000
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图 3 j = (4p64d9)-1nl10l’, n = 4, 5, 6的DR速率系数 Figure 3 DR rate coefficients for 4d (a) and 4p (b) excitation.
j = (4p64d9)-1nl10l’, n = 4, 5, 6.
图4展示了j = 4d84f10f, 辐射跃迁末态f = 4d910f, 4d94f, 4d84f5l'', 4d84f6l'', 4d84f7l'', 4d84f8l''的DR速率系数. 曲线4为辐射跃迁至4l壳层, 曲线5为辐射跃迁至4l, 5l壳层的DR速率系数. 两者之间在峰值处有6.6%的差异. 曲线6为辐射跃迁至4l-6l的DR速率系数, 和曲线5有1.3%的差异. 曲线7为辐射跃迁至4l-7l的DR速率系数, 和曲线6有0.03%的差异. 曲线8包括了辐射跃迁至4l-8l的贡献, 可以看到基本上和曲线7重合. 考虑到不同的中间双激发态的辐射跃迁差异, 我们的计算中忽略辐射跃迁至7l以上壳层的贡献.
DR rate coefficients /cms3-1 8x10-12Gd6x10-1219+87654x10-12110100kTe /eV100010000 4 5 6 7 84j=4d4f10ff= 994:4d10f+4d4f85:4+4d4f5l''86:4+5+4d4f6l''87:4+5+6+4d4f7l''88:4+5+6+7+4d4f8l''8
图4 辐射跃迁至不同壳层的DR速率系数. j = 4d84f10f.
Figure 4 Influence of radiative channels for DR rate coefficients. j = 4d84f10f.
3. 2 级联退激的影响
图5展示了三种辐射跃迁末态类型的DR速率系数. 辐射跃迁根据前面的分析, 考虑跃迁至4l-7l壳层. 图中, RS+NRS表示中间双激发态的辐射跃迁考虑了共振稳态跃迁（RS）和非共振稳态跃迁（NRS）；DAC表示在考虑NRS+RS的基础上, 考虑了辐射跃迁至可自电离态及其随后的级联退激；NDAC表示考虑和DAC相同的第一步辐射跃迁, 但不考虑随后的级联退激. 图5(a)中间双激发态j = 4d84f10f. 可以看到各种类型的辐射跃迁的DR速率系数相等. 原因是其辐射末态大部分都处于电离限以下. 在李等[11]对Gd18+离子电离限附近双激发态能级的计算中, 4d84f2, 4d84f5l都处于电离限下, 辐射跃迁到这些能级的都NRS跃迁. 图5(b)中j = 4d85l10f, 130eV温度处曲线DAC的DR速率系数是RS+NRS的1.5倍, 并且随着温度的增加,
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DAC的贡献逐渐增大, 在50000eV处是2.2倍. 在李等[11]计算的能级图中, 4d85f5l的能级都处于电离限以上, 相应的辐射跃迁到这些能级上的级联退激对DR速率系数都有影响. 130eV温度处曲线NDAC的DR速率系数是DAC的2倍, 说明中间态的第一步辐射跃迁末态的Auger几率比较大, 其平均分支比小于0.5, 所以计算中需要考虑第一步辐射跃迁末态分支比的影响. 在李等[11]计算的能级图中, 4p电子激发的双激发态相对于4d电子激发, 有更多的双激发态处于电离限以上, 其DAC效应的影响会更大一些.
3-1 DR rate coefficients/cms3-1(a)(b)NDACDACDR rate coefficients/cms10-1210-13 10-1310-14j=4d55l10fl10fDAC, nDAC, RS+NRS10-1410-15110100kTe/eV100010000110100100010000kTe/eV Gd19+j=4d4f10f8Gd19+NRS+RS8
图5 三种辐射跃迁末态类型的DR速率系数. RS+NRS表示中间双激发态的辐射跃迁考虑了RS和NRS. DAC表示在考虑NRS+RS的基础上, 进一步考虑了DAC. NDAC表示考虑和DAC相同的第一步辐射跃迁, 但不考虑随后的级联退激. 图(a)为j = 4d84f10f, 图(b)为j = 4d85l10f. Figure 5 DR rate coefficients for three kinds of radiative transitions. The tag RS+NRS stands for radiative transition including RS and NRS transitions, DAC stands for RS+NRS and DAC transitions. The NDAC tag stands for radiative transition including all kinds of transitions except radiative cascades. In Fig. (a), j = 4d84f10f. In Fig. (b), j = 4d85l10f.
3. 3 DR速率系数随高n电子轨道角动量的变化 图6展示了DR速率系数随高n电子轨道角动量的变化, 其中j = 4d8nln’l’, n = 4-6, n’ = 4-23, l’ = 0-11. 可以看到在全温度范围内, l’ = g 的贡献最大. 在温度小于10eV的低温区域, 主要是l’ = g, d,f, p, s, h的贡献. 这些轨道在1eV附近有较大贡献的原因是双激发态4d84f6l, 4d84f7l, 4d85s5l, 4d85p5l, 4d85d5l, 4d85s6l, 4d85p6l的许多能级处于电离限附近. 而由公式（2）可以看到, DR速率系数和
(?Te)?3/2exp(?Eji/?Te)相关, 1eV附近的共振能Eji在小于10eV的低温区域会有较大的DR速率系数. 在温度大于20keV的高温区域, 主要是l’ = g, h, i, f, d, k, p的贡献. l’ > 8的DR速率系数随着l’的增大, 规律性递减. l’ = o的贡献最小, 其DR速率系数的最大值是l’ = g的0. 01%. 计算中忽略掉l’ > 11的贡献是合理的.
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10DR rate coefficients/cms3-1-9j = 4dnln'l'810101010-10l' = -11-12 g h i f d k p s l m n o-131101001000kTe/eV10000
图6 DR速率系数随高n电子轨道角动量的变化. j = 4d8nln’l’, n = 4-6, n’ = 4-23, l’ = 0-11. Figure 6 The dependence of the DR rate coefficients on the orbital angular momentum of high-n electron. j = 4d8nln’l’, n = 4-6, n’ = 4-23, l’ = 0-11.
3. 4 总DR速率系数
图7展示了Gd19+离子DR, RR, TBR速率系数. 曲线DR-DAC-4d, DR-DAC-4p, DR-DAC,DR-RS+NRS以及DR-NDAC为j = ( 4p64d9)-1nln'l' (n = 4-6, n' = 4-23), 利用FAC程序从头计算得到. DR-DAC-4d, DR-DAC-4p分别为4d和4p电子激发的考虑了DAC效应的DR速率系数. 由图可以看到, 在全温度范围内, 4d电子激发的贡献大于4p电子激发. 4p电子激发的DR速率系数是4d电子激发DR速率系数的48%-72%, 所以内壳层4p电子激发的贡献是非常重要的. 由曲线DR-DAC和DR-RS+NRS的比较显示, 在温度?Te＜20eV区域, DAC效应对DR速率系数没有影响, 在90eV处DAC增大了DR速率系数1.5%. 之后随着温度的增高, 影响逐渐增大. 在280eV处, 增大总DR速率系数3.3%, 在50000eV处增大4.1%. 如果考虑高里德堡电子辐射跃迁而不考虑级联退激（曲线DR-NDAC）, 在40eV处对DR速率系数（曲线DR-DAC）有4.5%的增大, 并且随着温度的增大, 影响逐渐增大, 在50000eV处增大到70.7%. 综合以上分析, 说明级联退激中, Auger退激的速率比较大. 曲线DR-Ref. 为Li等[11]计算的未考虑DAC效应的DR速率系数, 同时RR和TBR速率系数也采用Li等[11]的数据. 由可以看到在高温大于200eV区域和曲线DR-RS+NRS非常接近. 在50000eV处, 两者的差异为0.2%. 曲线DR-DAC(n' = 24-1000)为通过n' = 23的数据按照公式（3）外推得到的n' = 24-1000的DR速率系数. DR-DAC-total (n' = 4-1000)为总DR速率系数. 外推部分在40eV处对于总DR速率系数的贡献为3%. 在温度大于300eV区域, 外推的贡献和4p电子激发的不加外推部分的总DR速率系数相当（总DR速率系数的22%）, 在50000eV处为25.8%. 而总DR速率系数在全温度范围都大于RR和TBR速率系数. 可见DR过程对于等离子体离化态分布和能级布居以及光谱模拟极为重要.
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