第二作者_电子碰撞激发过程的相对论扭曲波理论研究
- 格式:pdf
- 大小:725.43 KB
- 文档页数:10
搜索的内容:各种概念介绍分子反应动力学:分为:宏观反应动力学(Macroscopic Kinetics) 微观反应动力学(Microscopic Kinetics)即为分子反应动力学(Molecular Reaction Dynamics)。
(不同定义表述)1.在原子、分子的层次上研究化学反应微观动态和机理的一门科学,它所研究的基元反应和基元化学物理过程能够使人们了解化学反应的机理。
2.应用现代物理化学的先进分析方法,在原子、分子的层次上研究不同状态下和不同分子体系中单分子的基元化学反应的动态结构,反应过程和反应机理。
(张爱丽)3.分子反应动力学是现代物理与化学之间的一门边缘学科,是化学物理学科的一个重要分支。
它深入到分子或原子层次来研究化学反应的微观动态和机理。
分子反应动力学的研究主要包括:1)构建反应体系的势能面;2)计算该体系的微观动力学参量(如截面),这些参量是反应物的初态及产物终态的函数;3)通过积分截面得到宏观动力学参量(速率常数)注:基元反应:在反应中一步直接转化为产物的反应(又称简单反应)。
基元反应本身是指没有中间产物,一步完成的反应。
目前验证基元反应最科学的方法包括量子化学的模拟计算和以飞秒激光为代表的分子动力学手段。
通过计算机模拟反应过程可以得到一个反应的模拟过程,数据时很好的预测手段。
通过飞秒激光得到反应过程中各种物质的光谱变化,可以推断反应(张爱丽)过程中到底什么物质或者是物质的什么状态发生反应,从而最终确定反应的过程。
势能面的构建势能面的意义:基于电子运动和核运动可分离假定的势能面概念是现代化学物理学最重要的思想之一。
从动力学理论计算的角度来讲,势能面是最基本也是非常重要的一个因素,势能面的准确程度对动力学计算的结果有直接影响。
势能面的形状反映出整个化学反应过程的全貌以及反应的始终态、中间体和过渡态的基本态势。
在势能面上连接这些态的一条最容易实现的途径就是整个化学反应的路径。
目录第一章原子的位形 (2)第二章原子的量子态:波尔模型 (8)第三章量子力学导论 (12)第四章原子的精细结构:电子的自旋....................... 错误!未定义书签。
第五章多电子原理:泡利原理 (23)第六章X射线 (28)第七章原子核物理概论.......................................... 错误!未定义书签。
1.本课程各章的重点难点重点:α粒子散射实验公式推导、原子能量级、氢原子的玻尔理论、原子的空间取向量子化、物质的波粒二象性、不确定原则、波函数及其物理意义和薛定谔方程、电子自旋轨道的相互作用、两个价电子的原子组态、能级分裂、泡利原理、电子组态的原子态的确定等。
难点:原子能级、电子组态、不确定原则、薛定谔方程、能级分裂、电子组态的原子态及基态的确定等。
2.本课程和其他课程的联系本课程需在高等数学、力学、电磁学、光学之后开设,同时又是理论物理课程中量子力学部分的前导课程,拟在第三学年第一学期开出。
3.本课程的基本要求及特点第一章原子的位形:卢瑟福模型了解原子的质量和大小、原子核式模型的提出;掌握粒子散射公式及其推导,理解α粒子散射实验对认识原子结构的作用;理解原子核式模型的实验验证及其物理意义。
第二章原子的量子态:玻尔模型掌握氢原子光谱规律及巴尔末公式;理解玻尔原子模型的基本假设、经典轨道、量子化条件、能量公式、主量子数、氢能级图;掌握用玻尔理论来解释氢原子及其光谱规律;了解伏兰克---赫兹实验的实验事实并掌握实验如何验证原子能级的量子化;理解索菲末量子化条件;了解碱金属光谱规律。
第三章量子力学导论掌握波粒二象性、德布罗意波的假设、波函数的统计诠释、不确定关系等概念、原理和关系式;理解定态薛定谔方程和氢原子薛定谔方程的解及n,l,m 三个量子数的意义及其重要性。
第四章 原子的精细结构:电子的自旋理解原子中电子轨道运动的磁矩、电子自旋的假设和电子自旋、电子量子态的 确定;了解史特恩—盖拉赫实验的实验事实并掌握实验如何验证角动量取向的量子化;理解碱金属原子光谱的精细结构;掌握电子自旋与轨道运动的相互作用;了解外磁场对原子的作用,理解史特恩—盖拉赫实验的结果、塞曼效应。
仪器分析复习题参考答案《仪器分析》复习题第⼀章绪论⼀、仪器分析⽅法的分类(四⼤类)(⼀)光学分析法(spectroscopic analysis)以物质的光学性质(吸收,发射,散射,衍射)为基础的仪器分析⽅法。
包括原⼦吸收光谱法、原⼦发射光谱法、紫外-可见吸收光谱法、红外光谱法、核磁共振波谱法等。
(⼆)电分析(electrical analysis):电流分析,电位分析,电导分析,电重量分析,库仑法,伏安法。
(三)⾊谱分析(chromatography analysis) :⽓相⾊谱法,液相⾊谱法(四)其它仪器分析⽅法(other analysis):1. 质谱法2. 热分析法包括热重法、差热分析法、⽰差扫描量热法等。
3. 电⼦显微镜,超速离⼼机,放射性技术等。
⼆、定量分析⽅法的评价指标灵敏度:物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度,称为⽅法的灵敏度,⽤S表⽰。
精密度:是指使⽤同⼀⽅法,对同⼀试样进⾏多次测定所得测定结果的⼀致程度。
精密度⽤测定结果的标准偏差 s或相对标准偏差(s r )量度。
准确度: 试样含量的测定值与试样含量的真实值(或标准值)相符合的程度称为准确度。
检出限:某⼀分析⽅法可以检出被测物质的最⼩浓度或最⼩质量,称为该⽅法对该物质的检出限。
以浓度表⽰的称为相对检出限,以质量表⽰的称为绝对检出限。
第⼆章光谱分析导论⼀、光谱区中紫外、可见、红外对应的波长范围?紫外:200-380nm 可见:380-780nm 近红外:780-2500nm 中红外:2.5-50µm 远红外:50-300µm ⼆、原⼦光谱和分⼦光谱的⽐较。
原⼦光谱的特征:电⼦能级间的跃迁,属电⼦光谱,线状光谱。
分⼦形成带状光谱的原因能量离散,导致谱线宽度扩展测不准原理、相对论效应导致谱线宽度扩展。
再加上能级之间的能量间距⾮常⼩,导致跃迁所产⽣的谱线⾮常多,间距⾮常⼩,易于重叠。
原⼦光谱:原⼦基态与激发态能量差△E=1-20eV,与紫外-可见光的光⼦能量相适应,特征是线状光谱相邻电⼦能级间的能量差△Ee=1-20eV,与紫外-可见光的光⼦能量相适应,特征是线状光谱分⼦光谱:相邻振动能级间的能量差△Ev=0.05-1eV,与中红外区的光⼦能量相适应,特征是带状光谱相邻转动能级间的能量差△Er<0.05eV, 与远红外区的光⼦能量相适应,特征是带状光谱三、 1. 物质吸收光的过程⽆辐射退激共振发射荧光磷光2. 物质散射光的过程瑞利散射斯托克斯散射反斯托克斯散射四、荧光与磷光产⽣的量⼦解释及其区别?荧光:激发分⼦与其它分⼦相碰,⼀部分能量转化为热能后,下降到第⼀激发态的最低振动能级,然后再回到基态的其它振动能级并发射光⼦的发射光称荧光。
时间简史读后感模版《时间简史》是英国物理学家霍金于1988年出版的一部科普著作,通过了解宇宙的起源、发展和未来命运的研究成果,向读者讲解了关于时间、空间、物质和宇宙的复杂理论。
作为一部科学著作,在霍金独特的思考和阐述下,书籍所呈现的科学知识与哲学思考相得益彰。
读完这本书,我深受震撼,对现代科学的发展和人类的存在有了更深刻的认识。
首先,本书从宏观的宇宙开始,解释了宇宙的起源和基本结构。
霍金以通俗易懂的语言,将复杂的物理学理论阐述清晰明了。
通过对宇宙的研究,我们可以知道宇宙的起源是大爆炸理论的产物。
大爆炸在宇宙的年龄上是一个巨大的想象,在宇宙出现之前,没有时间、空间和物质的概念。
宇宙起源于一次量子涨落,从而形成了宇宙的演化过程。
此外,霍金还对黑洞的本质和作用进行了详细阐述。
黑洞是一种引力非常强大的天体,可以吸收一切,连光线也无法逃脱它的吸引力。
在黑洞的内部,物质因为巨大的压力而形成高密度的奇点,并且时间和空间的概念都失去意义。
这些理论不仅令人惊叹,而且也让人们对宇宙的奥秘有了更深的思考。
其次,霍金以微观的粒子世界为切入点,揭示了物质世界的本质和构成。
通过对基本粒子的研究,我们可以了解它们的性质和相互作用。
霍金通过深入浅出的解释,让普通读者也能够弄清楚粒子物理学的一些基本概念。
他把物质世界看作是一种不断运动的粒子组成,通过粒子之间的相互作用形成了原子和分子。
在原子核中,质子和中子通过强作用相互结合,而电子通过电磁力绕着原子核运动,形成了稳定的原子结构。
通过对元素周期表的介绍,我们可以看到不同原子的特性和如何通过外层电子的组合形成各种化合物。
在更微观的层面,我们可以认识到基本粒子组成的标准模型,它可以解释所有已知粒子的构成和相互作用。
这些基本粒子的发现和理论在物质世界的探索中起到了关键作用。
再次,霍金着重讨论了时间、空间和引力的关系。
他提出了时空弯曲理论,该理论表明物体的质量和能量会弯曲周围的时空,形成引力场。
2022 级《语文》试题(时间:120分钟满分:120分)卷一(选择题共50分)一、选择题(本大题10小题,每小题2分,共20分。
)1.下列字的注音无误的一项是()A.同胞(bāo)混淆(xiáo)一沓(dá)玷污(diàn)B.承载(zài)横财(héng)模样(mó)纤细(xiān)C.埋怨(mái)兴奋(xīng)曲折(qū)单薄(bó)D.给予(gěi)颈项(jìng)即使(jí)筵席(yán)2.下列词语中,没有错别字的一项是()A.驰骋推推搡搡震耳欲聋奋力抗争B.旋涡如丝如楼挟而不服汩汩如泉C.雾霭怒不可遏窟窟窍窍搏大宽厚D.番身钢板出轧浪沫横益潺潺成溪3.依次填入下列各句横线处的词语,恰当的是()①我们只要放慢脚步,静下心来,就会到人生很多的苦与乐。
②蒲松龄故居有一个的小花园,园中几尊怪石,增添了“聊斋”的气氛。
③人生正如攀爬高山,跌落了100次,要安静地开始第101次的攀爬。
A.体味精制如果那么 B.体验精制即使也C.体验精致如果那么 D.体味精致即使也4.下列句子中标点符号的使用,正确的是()A.“我不知道是谁的挂号信退回来了?”张师傅说。
B.我生平最受用的有两句话:一是“责任心”,二是“趣味”。
C.版画是在不同材料的版面上(如木板、石板、钢板等)通过手工制版印刷而成的。
D.中国的年俗:如剪窗花呀、贴春联呀、放鞭炮呀……每一项都有丰富的文化内涵。
5、下列句子中,标点符号使用正确的一项是()A.我们大家都在为安全、繁荣、舒适、长寿、和平静而奋斗着。
B.一天,司务长布置任务——全体打柴去!C.女人看出他笑的不像平常,“怎么了?你。
”D.也许是那个快乐的男乘务员发现台儿沟有一群十七、八岁的姑娘。
6.下列各句使用的修辞手法分析正确的一项是()○1.风,你咆哮吧!咆哮吧!尽力地咆哮吧!○2.墙上芦苇,头重脚轻根底浅;山间竹笋,嘴尖皮厚腹中空。
搜索的内容:各种概念介绍分子反应动力学:分为:宏观反应动力学(Macroscopic Kinetics) 微观反应动力学(Microscopic Kinetics)即为分子反应动力学(Molecular Reaction Dynamics)。
(不同定义表述)1.在原子、分子的层次上研究化学反应微观动态和机理的一门科学,它所研究的基元反应和基元化学物理过程能够使人们了解化学反应的机理。
2.应用现代物理化学的先进分析方法,在原子、分子的层次上研究不同状态下和不同分子体系中单分子的基元化学反应的动态结构,反应过程和反应机理。
(张爱丽)3.分子反应动力学是现代物理与化学之间的一门边缘学科,是化学物理学科的一个重要分支。
它深入到分子或原子层次来研究化学反应的微观动态和机理。
分子反应动力学的研究主要包括:1)构建反应体系的势能面;2)计算该体系的微观动力学参量(如截面),这些参量是反应物的初态及产物终态的函数;3)通过积分截面得到宏观动力学参量(速率常数)注:基元反应:在反应中一步直接转化为产物的反应(又称简单反应)。
基元反应本身是指没有中间产物,一步完成的反应。
目前验证基元反应最科学的方法包括量子化学的模拟计算和以飞秒激光为代表的分子动力学手段。
通过计算机模拟反应过程可以得到一个反应的模拟过程,数据时很好的预测手段。
通过飞秒激光得到反应过程中各种物质的光谱变化,可以推断反应过程中到底什么物质或者是物质的什么状态发生反应,从而最终确定反应的过程。
(张爱丽)势能面的构建势能面的意义:基于电子运动和核运动可分离假定的势能面概念是现代化学物理学最重要的思想之一。
从动力学理论计算的角度来讲,势能面是最基本也是非常重要的一个因素,势能面的准确程度对动力学计算的结果有直接影响。
势能面的形状反映出整个化学反应过程的全貌以及反应的始终态、中间体和过渡态的基本态势。
在势能面上连接这些态的一条最容易实现的途径就是整个化学反应的路径。
高离化态类Ne离子能级结构和跃迁特性的相对论理论研究学生:蒋军指导教师:颉录有摘要:利用多组态Dirac-Fock(MCDF)理论方法,系统地计算了与X射线激光有关的类氖等电子系列离子(Z=50~ 60) 的基组态2s22p6和各激发组态2s22p53l(l=s、p、d)和2s2p63l(l=s、p、d)的能级和光谱参数。
系统研究了电偶极(E1),电四极(E2),磁偶极(M1),磁四极(M2)跃迁特性。
部分所得结果与最新实验结果和其它理论计算结果进行了比较。
关键词:MCDF,X射线激光,能级,跃迁几率1. 引言与X射线激光有关的类Ne等电子系列离子的能级和光谱参数的实验和理论的研究一直是人们普遍感兴趣的课题[1 2]。
利用高离化态离子的跃迁波长,振子强度,跃迁几率这些跃迁数据可以确定托克等离子体的温度和密度参数,以及太阳或星际间所含元素的丰度。
1984年,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)利用当时世界上最大的激光装置Novette的两路激光,从两面聚焦在硒的薄膜靶上,首次成功地在20.6nm到20.9nm 的波长上产生了高增益的软X射线激光。
电子碰撞激发机制的基本思想是:通过激光等离子体中的自由电子与离子碰撞,将处于基态的电子激发到增益介质的上能级,由于下能级与基态之间有较强的偶级跃迁相联,较容易被抽空,从而有可能实现上下能级间的离子数反转布局。
对与类Ne离子的结构来说,电子碰撞对3p上能级的激发速率远大于对3s下能级的激发速率。
其中3p能级中J=0的支能级主要通过又2p基态到3p的单极碰撞激发而布局,3p能级与2p基态之间的偶级跃迁是禁戒的,3s下能级与2p基态之间的共振偶级跃迁几率则很大。
因此很容易形成3p与3s能级间的离子数反转,产生受激辐射 [14]。
2000年,日本的Nobuyuki等人在实验上发现高离化态类Ne等电子系列离子当Z=55时J=1激发态发生能级反转。
本文在此结果的激励下研究高离化态类Ne等电子系列离子(Z=50~ 60) 基组态2s 22p 6和各激发组态 2s 22p 53l(l=s 、p 、d)和2s2p 63l(l=s 、p 、d)的能级和光谱参数。
西 北 师 范 大 学 学 报(自然科学版) 第45卷2009年第1期 JournalofNorthwestNormalUniversity(NaturalScience) Vol145 2009 No11 收稿日期:2008212215基金项目:国家自然科学基金资助项目(10774122,10876028);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20070736001);西北师范大学科技创新工程资助项目(NWNU2KJCXGC203221)作者简介:董晨钟(1962—),男,甘肃泾川人,教授,博士研究生导师.主要研究方向为原子结构、原子光谱和原子碰撞.E2mail:dongcz@nwnu1edu1cn・本刊特约稿・电子碰撞激发过程的相对论扭曲波理论研究董晨钟1,2,杨宁选1,蒋 军1,颉录有1(11西北师范大学物理与电子工程学院,甘肃兰州 730070;21西北师范大学与中科院近代物理研究所极端环境原子分子物理联合实验室,甘肃兰州 730070)摘 要:介绍了本课题组在基于多组态Dirac2Fock理论方法基础上发展的研究电子2离子(原子)碰撞激发过程的全相对论扭曲波方法,给出了利用这种方法对氦原子和类氦离子、锂原子、类铍离子、类氖离子、类镍离子以及氙原子的电子碰撞激发过程的最新研究成果.关键词:电子碰撞激发;相对论扭曲波方法;多组态Dirac2Fock理论方法中图分类号:O56215 文献标识码:A 文章编号:10012988Ⅹ(2009)0120030210RelativisticdistortedwavestudyonelectronimpactexcitationsDONGChen2zhong1,2,YANGNing2xuan1,JIANGJun1,XIELu2you1(11CollegeofPhysicsandElectronicEngineering,NorthwestNormalUniversity,Lanzhou730070,Gansu,China;21JointLaboratoryofAtomicandMolecularPhysics,NWNU&IMP,CAS,Lanzhou730070,Gansu,China)Abstract:Electronimpactexcitationsplaysaveryimportantroleinthemodelinganddiagnosticsofastrophysicalandlaboratoryplasmas,aswellasinthedevelopmentofX2raylaserschemes.Recently,afullyrelativisticdistortedwavemethodandthecorrespondingcomputationalprocedureREIE06havebeendevelopedbyusonthebaseofthemulti2configurationDirac2Fork(MCDF)methodandtheprogrampackagesGRASP92andRATIP.Inthispaper,somelatestresearchprogressesonelectronimpactexcitationsofheliumatom,helium2likeions,lithiumatom,beryllium2likeions,neon2likeions,nickel2likeionsandxenonatomarepresented.Keywords:electronimpactexcitation;relativisticdistortedwavemethod;MCDFmethod1 相对论扭曲波方法研究概述电子碰撞激发截面、强度和速率系数等碰撞参量在惯性约束聚变(ICF)、X射线激光、高温等离子体以及天体等离子体的温度、密度以及粒子数布居的诊断中是非常重要的原子参数.1914年,夫兰克和赫兹利用电子与Hg原子的碰撞首次从实验证实了波尔关于原子定态能级的假设,开启了人类利用电子与原子碰撞认识微观世界的新纪元.20世纪50年代以后,逐步发展起来的高能电子散射实验,在研究物质的微观结构过程中起到了更加重要的作用.近年来,随着高能加速器冷却储存环和电子束离子阱装置(EBIT)、合并电子离子束能损技术(MEIBEL)、同步光子探测和辐射囚阱等实验技术的发展,人们已经可以测量大量的高精度的电子与离子或原子碰撞激发的截面.反过来,这些高03 2009年第1期 董晨钟等:电子碰撞激发过程的相对论扭曲波理论研究
2009 No11 Relativisticdistortedwavestudyonelectronimpactexcitations
精度的实验数据给理论工作者也带来了极大的机遇和挑战.目前,计算电子碰撞激发截面的理论方法主要有平面波Born方法、密耦合方法(close2coupling)、R2Matrix方法和扭曲波方法等.其中,平面波Born方法是一个相对早期的理论方法,它主要应用于高能电子的碰撞过程;密耦合方法和R2Matrix方法是20世纪80年代发展起来的理论方法,计算复杂原子时,这两种方法都比较复杂,并且计算量比较大,因此目前较多应用于低Z元素的低能电子碰撞研究中;扭曲波方法由于其具有良好的适用性、灵活性和简洁性,目前被广泛应用于电子与原子或离子的碰撞过程的研究中.最初,扭曲波方法只是对平面波方法的一个改善.在平面波方法中,忽略了靶离子的势对连续电子波函数的扭曲以及连续电子与靶态电子的交换效应.在扭曲波方法中,人们不仅能够较好地处理这两个效应,而且也可以较好地包括连续电子与束缚电子之间的关联效应.1932年,Massey和Mohr考虑了入射电子感受的扭曲势,从理论上研究了电子与H原子的碰撞激发过程[1],随后他们进一步同时考虑了扭曲势对入射和出射电子波函数的影响,计算了电子与He原子23P→21P的碰撞激发截面[2],他们的研究表明,在低能碰撞中,理论结果与实验结果存在一定的偏差,然而在高能区域,扭曲波计算的结果比平面波计算的结果更接近实验值.进一步他们认为,扭曲波方法对于研究高Z离子的散射是非常有效的.1940年,Yamanouchi等人基于一阶近似的微扰理论推导出了扭曲波方法的公式,并且计算了电子与O原子的碰撞激发截面[3].20世纪50年代,Massey等人根据由变分法得到的扭曲波波函数,系统地计算了电子与H原子和He原子的碰撞激发截面,从而使扭曲波方法更加完善[4].到20世纪70年代,扭曲波方法被大量地应用于离子的电子碰撞激发过程的研究中.我们知道,随着原子序数的增大,相对论效应开始变得重要起来.因此,在原子结构和性质的研究中,必须同时考虑相对论效应.20世纪70年代初,Walker等人通过利用包含了部分交换效应的相对论DiracHartree2Fock方程求解散射电子的波函数,计算了电子与类H离子的碰撞激发截面[5,6].结果表明,原子序数Z=25时,相对论效应的贡献为10%;而当Z=100时,包括相对论效应的激发截面几乎是非相对论效应激发截面的6
倍.1975年,Chang等人首次发展了相对论扭曲波程序,并计算了Ne+离子的电子碰撞激发截面[7].1980年,Pindzola等人利用相对论扭曲波
方法计算了类氦Fe24+和Ar16+离子的电子碰撞激发截面[8].1986年,Hagelstein从理论上推导出
了多组态的相对论扭曲波方法的公式,并系统计算了类Ni、F和Ne等电子系列离子的电子碰撞激发截面[9,10].1989年,Shalom等人发展了一套准相
对论扭曲波程序[11],在他们的计算中,束缚电子
用全相对论方法计算,连续电子用非相对论方法处理.国内Fang等人也曾采用准相对论扭曲波方法系统地计算了Au离子的电子碰撞激发强度和速率系数[12].90年代初,Zhang和Sampson等人基于
相对论多组态理论方法以及Grant等人[13]的程序包发展了一套快速有效的扭曲波程序[14217].随后,
Chen等人基于Grant等人的程序包GRASPII[18]发
展了一套全相对论扭曲波程序[19].2001年,
Shalom等人发展了HULLAC程序,电子碰撞激发过程的处理采用扭曲波方法[20].2004年,Gu发
展了FAC(Theflexibleatomiccode)程序包,其中电子碰撞激发过程的处理也采用相对论扭曲波方法[21].至此,利用相对论扭曲波方法研究电子碰
撞激发进入了一个相对成熟的阶段.
但是到目前为止,不同研究小组发展的相对论扭曲波方法在靶态波函数的处理和扭曲势的选择上各不相同,导致对相同问题的研究结果也各不相同,甚至差别还比较大.总的来说,对靶态波函数的处理主要有准相对论组态相互作用方法(RHF+
CI)、相对论多组态Dirac2Fock方法、多体微扰理论(MBPT)和多通道量子数亏损理论(MQDT)等方法,而对扭曲势的考虑包括从纯粹的靶原子核的库仑束缚电子平均势到复杂的光学势,甚至在扭曲势中考虑连续电子与束缚电子的关联效应等一系列近似.然而要详细考虑连续电子与靶电子的关联效应却非常复杂,在程序实现上也具有相当大的困难.
已有方法中,大部分都忽略了这些关联效应.
基于以上考虑,本研究组在全相对论的多组态Dirac2Fock(MCDF)理论方法
[21223]和大规模的计算
原子结构和跃迁性质的程序包GRASP92[22]和RATIP[23]基础上,最新发展了相对论扭曲波方法
和程序REIE06
[24226]
,并对一系列电子与原子(离
13