類鈹鈣離子的雙電子復合實驗研究獲重要進展

  

  宇宙中的可見物質超過95%都處于等離子體狀態,研究等離子體物理過程有助于對恒星、超新星遺跡、星系、行星狀星云、X射線雙星和活動星系核等的研究。等離子體環境中的電子-離子碰撞過程包括電子-離子碰撞激發、電離以及電子-離子復合過程。研究復合過程對于我們理解等離子體的演化以及動力學具有重要的意義,尤其是等離子體電荷態平衡的建立以及診斷等離子體溫度、密度等參數都依賴于精確的復合速率系數。 

  中國科學技術大學聯合近代物理所及德國吉森大學,英國斯特拉斯克萊德大學和萊徹斯特大學等多家單位的科研人員利用電子-離子融合束技術,由電子冷卻器提供冷卻介質并同時作為電子靶在蘭州重離子加速器冷卻儲存環(HIRFL-CSRm)上開展了類鈹鈣離子的雙電子復合實驗,取得了重要進展。 

  實驗首次高精度地測量了類鈹鈣離子的電子-離子復合速率系數,并結合最先進的AUTOSTRUCTURE計算,除測量到常規的雙電子復合共振之外,還觀測到俘獲一個電子同時激發兩個內殼層電子的三電子復合過程,以及處于2s2p 3P0亞穩態離子的雙電子復合。同時發現,目前理論計算三電子復合過程仍存在一定困難的原因是對電子關聯效應的精確理論描述不夠精確,由實驗測量獲得的等離子體速率系數,可以作為基準數據用于實驗室和天體物理等離子體建模。 

  該工作得到了科技部重點研發計劃,國家自然科學基金項目,中科院戰略性先導科技專項B和中科院重點前沿項目和中科院青年創新促進會的支持。研究成果發表在國際著名的天體物理期刊The Astrophysical Journal, 862 (2) 2018上。 

  文章鏈接: //iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aacc69 

 

  1:實驗測量的類鈹40Ca16+離子的雙電子復合速率系數與理論計算結果的對比。左圖顯示的理論計算的DRTR部分,右圖顯示的是低能區域亞穩態離子對于復合速率系數的貢獻。 

 

  2:實驗得到的等離子體速率系數與此前的理論計算結果對比。溫度較低的范圍,如光電離等離子體區域,三電子復合對于速率系數的貢獻較大,實驗和理論存在大于40%的差異;而在溫度較高的地方,如碰撞電離等離子體區域,雙電子復合速率占據主導地位,實驗和理論的差別小于實驗誤差。 

(原子分子動力學研究組 供稿)