铱原子奇宇称高激发态能级辐射参数研究

发布时间：2020-11-16 02:38

　　 近年来,随着天文观测技术的快速发展,人们获得了大量具有高分辨率和高信噪比的天体光谱。在贫金属星、化学特殊星等天体中一些重金属元素(Lu、Os、Pt、Au和Ir等)谱线的获得,促进了人们对此类天体的结构、演化规律及组成成分的了解。天体光谱分析是通过研究天体的光谱谱线性质,确定天体的化学组成、元素丰度和天体的温度、压力和重力等物理量的天体物理研究过程。原子辐射参数是天体光谱分析中的重要数据,主要包括自然辐射寿命、分支比、跃迁几率和振子强度。然而,重金属元素辐射参数的研究罕见文献记载。本文对铱原子(Ir I,Z=77)的辐射参数进行了实验测量和理论计算。实验测量方面,运用时间分辨激光诱导荧光技术(TR-LIF)和激光烧蚀技术对Ir I奇宇称能级的自然辐射寿命进行测量。实验中,利用激光烧蚀技术获得Ir I,运用TR-LIF技术将Ir I选择激发至待测能级,再经由荧光探测系统观察和采集荧光信号。然后,对荧光衰减曲线进行e指数拟合或解卷积拟合确定待测能级的寿命结果。最终,测量了Ir I位于32513.43~58625.10 cm~(-1)之间62个奇宇称能级的辐射寿命,其结果在3.2~345 ns之间。据我们所知,其中59个能级的寿命值为首次报道。理论计算方面,我们与比利时Mons大学Quinet教授的科研组合作,用考虑相对论修正和实极化效应的Hartree-Fock方法(HFR+CPOL)计算了Ir I能级低于50000 cm~(-1)的辐射寿命和跃迁几率。将实验测量的寿命值和理论分支比结合,确定了波长范围在205~418 nm之间134条Ir I谱线的跃迁几率和振子强度。本文测得的原子数据不但是天体光谱分析所需的重要参数,在原子物理、等离子体物理以及核反应过程模拟等领域的研究中也具有重要的科学和应用价值。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P11
【部分图文】：

图 2.3 寿命测量实验装置示意图2. 空心阴极放电法：对由待测元素做阴极材料的空心阴极灯两极施加阴极与阳极的持续放电，激发阴极材料产生自由原子束的方法[53-55]。应用于难熔元素原子或离子的产生。3. 元素气化法：将研究的元素样品置于真空状态的高温炉内进行加品气化产生原子束[52,56]。该方法只可获得布居在基态或较低的亚稳态性原子。由于实验装置温度的限制，此方法难以用于难熔金属原子可调谐激发光的获得能级辐射寿命的实验测量中，由共振激发将原子和离子由下能级 Ej能级 Ek，由下式可得到激发波长kjkjEEhhv ..............................................

图 2.4 荧光信号强度随延时的变化实验中，对同一待测能级采集不同延时下的荧光信号进行拟合，得到寿命结果。若这些拟合值在误差范围内保持一个常数，则该能级的测量环避开了等离子体环境下各种效应（碰撞效应、超辐射效应和辐射陷阱效应影响。这个常数就是待测能级的自然辐射寿命。如果不同延时下荧光衰减的拟合值存在很大差别，那么可以调节等离子体产生环境，消除各种效应响。详见本章 2.3 节。2.5 寿命误差的确定寿命测量时，对采集到的荧光衰减曲线进行 e 指数拟合和卷积拟合可待测能级的寿命值。根据研究经验[62]，当寿命结果大于激发光脉宽（8 ns）倍时，进行 e 指数拟合可直接确定准确的寿命结果；若反之，则需要克服发光脉宽和探测系统响应等因素造成的影响，需对采集的激发脉冲信号和

第三章 铱原子奇宇称高激发能级辐射参数研究采取有效的措施进行避免，详见本文 2.3 节。了获得具有良好信噪比的荧光信号，每条荧光衰减曲线需平均 100于每个能级，记录 10 条以上不同实验条件下的荧光衰减曲线，对每两次，取这些曲线拟合值的平均值作为此能级的最终寿命结果。根，当寿命结果小于激发脉冲宽度的 5 倍（约 40 ns）时，需将采集的指数函数结合，对荧光衰减曲线进行卷积拟合，获得可靠的能级寿 3.1 给出了 Ir I 52051.75 cm 1能级的荧光衰减曲线及卷积拟合曲线。值大于 40 ns，进行 e 指数拟合时需注意拟合起点的选择，避开激发光的影响，获取准确的寿命结果，拟合过程详见第二章 2.5 节。图40.34 cm 1能级的荧光衰减曲线及 e 指数拟合曲线。
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