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摘要

在稳态近似下, 通过构建三能级体系碰撞辐射模型, 解析研究了电四极(E2)跃迁对等离子体中离子能级布居的影响. 研究发现, 随着原子序数增加, E2跃迁速率逐渐增强, E2跃迁在低电子密度条件下对离子能级布居的影响愈发显著. 进一步地, 以电子束离子阱中类铁钼( Z= 42)和铀( Z= 92)等离子体为例, 数值求解了包含不同退激通道的离子能级布居. 在此基础上, 分析了考虑E2退激通道导致的能级布居变化对基组态磁偶极(M1)跃迁线强比的影响, 并指出在利用高离化态离子M1跃迁线强比进行等离子体电子密度诊断时E2退激发通道的重要性.

关键词:

Abstract

The effects of electric-quadrupole (E2) transitions on ion energy-level populations in plasma are studied by constructing the collisional radiative model of a three-level atomic system in the steady-state approximation. It is found that the influence is non-negligible at the low electron density, and becomes larger when the E2 transition rate grows with atomic number increasing. Furthermore, we investigate the E2-transition effects on the populations of levels in the ground configuration for Fe-like Mo ¹⁶⁺and U ⁶⁶⁺ions in an electron-beam ion-trap plasma. The level populations are obtained by solving the large-scale rate equation numerically. On this basis, we discuss the influence of the E2 transition on the line intensity ratio of the magnetic dipole (M1) lines. In addition, we point out the significance of the E2 transitions on the intensity ratio of the M1 lines that can be used to diagnose the electron density of plasma.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.
3.

通信作者:姚科,keyao@fudan.edu.cn; 李冀光,li_jiguang@iapcm.ac.cn;

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 11874090, 11874008, 11734013, 11934004, 11404180, 11604052, 11774037)和国家重点研究发展计划(批准号: 2017YFA0403200, 2017YFA0402300)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.
3.

Corresponding author:Yao Ke,keyao@fudan.edu.cn; Li Ji-Guang,li_jiguang@iapcm.ac.cn;

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 11874090, 11874008, 11734013, 11934004, 11404180, 11604052 and 11774037) and the National Key Research and Development Program of China (Grant Nos. 2017YFA0403200, 2017YFA0402300).

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Z	Config- uration	Key	Level	E_RMBPT/ eV	E_NIST/ eV^[22,23]
42	3d⁸	0	$ (3{\rm d}_+^4)_4 $	0.000	0
42	3d⁸	1	$ ((3{\rm d}_-^3)_{3/2}(3{\rm d}_+^5)_{\rm 5/2})_3 $	3.012	3.007
42	3d⁸	2	$ (3{\rm d}_{+}^{4})_{2} $	3.358	3.351
42	3d⁸	3	$ ((3{\rm d}_{-}^3)_{3/2}(3{\rm d}_+^5)_{5/2})_2 $	6.331	6.323
42	3d⁸	4	$ (3{\rm d}_+^4)_0 $	8.478	8.474
42	3d⁸	5	$ ((3{\rm d}_{-}^3)_{3/2}(3{\rm d}_+^5)_{5/2})_{1} $	8.721	8.717
42	3d⁸	6	$ (3{\rm d}_{-}^{2})_2 $	9.680	9.666
42	3d⁸	7	$ ((3{\rm d}_{-}^3)_{3/2}(3{\rm d}_+^5)_{5/2})_4 $	10.183	10.219
42	3d⁸	8	$ (3{\rm d}_{-}^2)_0 $	21.972	21.906
92	3d⁸	0	$ (3{\rm d}_{+}^4)_4$	0.000
92	3d⁸	1	$ (3{\rm d}_+^4)_2 $	12.183
92	3d⁸	2	$ (3{\rm d}_+^4)_0 $	40.048
92	3d⁸	3	$ ((3{\rm d}_{-}^3)_{3/2}(3{\rm d}_+^5)_{5/2})_3 $	188.701
92	3d⁸	4	$((3{\rm d}_{-}^3)_{3/2}(3{\rm d}_+^5)_{5/2})_2$	201.451
92	3d⁸	5	$ ((3{\rm d}_-^3)_3/2(3{\rm d}_+^5)_{5/2})_4 $	207.021
92	3d⁸	6	$ ((3{\rm d}_-^3)_{3/2}(3{\rm d}_+^5)_{5/2})_1 $	208.894
92	3d⁸	7	$ (3{\rm d_-^2})_2 $	386.738
92	3d⁸	8	$ (3{\rm d}_{-}^2)_0 $	419.338

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Z	Line	Upper	Lower	ΔE/eV	λ/nm		gf	A/s^–1
Z	Line	Upper	Lower	ΔE/eV	RMBPT	NIST^[20,21]	gf	A/s^–1
42	1	8	5	13.3	93.56	94.01	5.80 × 10^–7	4.42 × 10³
42	2	7	0	10.2	121.76	121.33	6.65 × 10^–7	3.33 × 10²
42	3	7	1	7.17	172.89	171.91	2.86 × 10^–7	70.9
42	4	6	1	6.67	185.93	186.19	1.62 × 10^–6	6.26 × 10²
42	5	6	2	6.32	196.10	196.33	5.21 × 10^–9	1
42	6	5	2	5.36	231.18	231.05	4.08 × 10^–7	1.70 × 10²
42	7	6	3	3.35	370.16	370.92	2.60 × 10^–6	2.53 × 10²
42	8	3	1	3.32	373.56	373.83	2.40 × 10^–6	2.30 × 10²
42	9	1	0	3.01	411.66	412.37	6.28 × 10^–6	3.53 × 10²
42	10	3	2	2.97	417.04	417.19	1.87 × 10^–6	1.43 × 10²
42	11	5	3	2.39	518.72	517.87	1.03 × 10^–6	84.9
42	12	6	5	0.959	1292.39	1306.47	2.70 × 10^–7	1
42	13	2	1	0.346	3583.17	3604.19	3.93 × 10^–7	0.408
42	14	5	4	0.243	5107.12	5102.22	1.42 × 10^–7	0.121
92	1	7	1	3.75 × 10²	3.31		3.93 × 10^–8	4.79 × 10⁴
92	2	8	6	2.10 × 10²	5.89		7.32 × 10^–5	1.41 × 10⁸
92	3	5	0	2.07 × 10²	5.99		1.01 × 10^–4	2.09 × 10⁷
92	4	7	3	1.98 × 10²	6.26		2.68 × 10^–4	9.12 × 10⁷
92	5	6	1	1.97 × 10²	6.30		6.79 × 10^–5	3.80 × 10⁷
92	6	4	1	1.89 × 10²	6.55		1.47 × 10^–4	4.56 × 10⁷
92	7	3	0	1.89 × 10²	6.57		3.39 × 10^–4	7.48 × 10⁷
92	8	7	4	1.85 × 10²	6.69		9.07 × 10^–5	2.70 × 10⁷
92	9	7	6	1.78 × 10²	6.97		8.10 × 10^–6	2.22 × 10⁶
92	10	3	1	1.77 × 10²	7.02		3.01 × 10^–5	5.81 × 10⁶
92	11	6	2	1.69 × 10²	7.34		4.86 × 10^–5	2.00 × 10⁷
92	12	5	3	18.3	67.68		6.64 × 10^–6	1.07 × 10⁴
92	13	4	3	12.7	97.24		7.80 × 10^–6	1.10 × 10⁴

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