【摘要】：原子的超精細(xì)相互作用和激發(fā)態(tài)輻射躍遷動(dòng)力學(xué)特性一直是人們所關(guān)心的研究領(lǐng)域。超精細(xì)相互作用的精確測(cè)量有助于人們獲得原子核的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、以及電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)方面的信息,檢驗(yàn)理論計(jì)算中波函數(shù)的準(zhǔn)確性,深入了解原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)。精確可靠的原子輻射參數(shù)則有助于人們了解原子能級(jí)的躍遷動(dòng)力學(xué)過(guò)程,揭示原子能級(jí)電磁輻射特性。天體物理中,精確可靠的超精細(xì)結(jié)構(gòu)(HFS)常數(shù)是天體光譜分析譜線輪廓理論建模過(guò)程中必不可少的原子數(shù)據(jù)。原子能級(jí)的自然輻射壽命、躍遷分支比、振子強(qiáng)度(躍遷幾率)等輻射參數(shù)是獲得準(zhǔn)確可靠的天體信息的必要條件。近年來(lái),隨著天文觀測(cè)手段突飛猛進(jìn)地發(fā)展,人們獲得了海量前所未有的高分辨率、高信噪比的天體光譜。這些展示了許多光譜線HFS的高分辨率太陽(yáng)和恒星光譜亟待分析,需要更多準(zhǔn)確的HFS常數(shù)和自然輻射壽命、躍遷分支比、振子強(qiáng)度等原子數(shù)據(jù)。本文針對(duì)天體光譜分析中人們感興趣的鎵(Ga,Z=31)、鈧(Sc,Z=21)兩種元素的HFS和自然輻射壽命展開(kāi)實(shí)驗(yàn)測(cè)量研究,獲得了一些可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本文運(yùn)用時(shí)間分辨激光誘導(dǎo)熒光光譜(TR-LIF)技術(shù)、量子拍光譜技術(shù)、激光燒蝕技術(shù),確定了鎵原子里德堡系列能級(jí)HFS常數(shù)和自然輻射壽命,鈧原子高激發(fā)態(tài)能級(jí)自然輻射壽命。實(shí)驗(yàn)中,采用激光燒蝕技術(shù)獲得自由原子。通過(guò)納秒激光泵浦染料激光器獲得連續(xù)可調(diào)諧脈沖激光。為拓寬激發(fā)光波長(zhǎng)范圍,利用二倍頻技術(shù)、三倍頻技術(shù)、拉曼頻移技術(shù)獲得實(shí)驗(yàn)需要的可見(jiàn)及紫外波段的激發(fā)光。運(yùn)用TR-LIF技術(shù)將自由原子選擇激發(fā)到目標(biāo)能級(jí),再用光柵單色儀、光電倍增管和示波器探測(cè)并記錄自發(fā)輻射的熒光衰減曲線。用計(jì)算機(jī)對(duì)熒光衰減曲線擬合得到能級(jí)壽命。采用三對(duì)亥姆霍茲線圈抵消地磁場(chǎng),運(yùn)用零場(chǎng)量子拍光譜技術(shù)探測(cè)包含量子拍振蕩信息的熒光衰減曲線。對(duì)量子拍曲線進(jìn)行傅立葉變換、多元回歸分析得到該能級(jí)的磁偶極HFS常數(shù)A和電四極HFS常數(shù)B。本文具體內(nèi)容包括以下三部分:一、采用量子拍光譜技術(shù)測(cè)量了鎵原子4s2nd 2D3/2(n=6 18)里德堡系列能級(jí)和4s26p 2P3/2能級(jí)的HFS量子拍曲線。對(duì)量子拍曲線加窗函數(shù)取樣,傅立葉變換后得到頻域譜,經(jīng)過(guò)濾波處理后分別確定兩種天然同位素71Ga和69Ga的包含HFS信息的量子拍拍頻峰位,對(duì)其分別多元回歸分析擬合出相應(yīng)能級(jí)的磁偶極常數(shù)A和電四極常數(shù)B。所測(cè)結(jié)果在0.44-34.41 MHz之間,磁偶極HFS常數(shù)A誤差在10%以內(nèi),電四極常數(shù)B的誤差稍大,這主要?dú)w因于超精細(xì)相互作用中磁偶極作用占主導(dǎo),電四極作用量子拍成分信噪比較低。據(jù)我們所知,4s2nd 2D3/2(n=6 18)里德堡系列能級(jí)的HFS結(jié)果未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。4s26p 2P3/2能級(jí)的HFS常數(shù)與前人結(jié)果相差3%以內(nèi)。根據(jù)HFS常數(shù)與能級(jí)有效主量子數(shù)之間的關(guān)系確定了71Ga和69Ga兩種同位素的磁偶極矩比值和電四極矩比值,結(jié)果與前人符合的很好。二、運(yùn)用TR-LIF技術(shù)測(cè)量了鎵原子4s2ns(n=11 17)和4s2nd(n=6 18)里德堡系列能級(jí)以及4s26p能級(jí)室溫下(300 K)的自然輻射壽命,21條能級(jí)中15條能級(jí)壽命為首次測(cè)量的創(chuàng)新性原子數(shù)據(jù)。所測(cè)能級(jí)壽命最小為69.5 ns,最大為2279 ns,所有壽命結(jié)果的誤差都小于10%。詳細(xì)分析了里德堡能級(jí)壽命測(cè)量中的黑體輻射效應(yīng)以及組態(tài)相互作用的影響。利用銣原子黑體輻射效應(yīng)去布居速率數(shù)據(jù)進(jìn)一步確定了所測(cè)里德堡能級(jí)在0 K下的自然輻射壽命值。三、采用TR-LIF技術(shù)對(duì)鈧原子位于16021.82 cm-1至48582.13 cm-1之間的激發(fā)態(tài)能級(jí)自然輻射壽命進(jìn)行了測(cè)量,得到38條Sc I能級(jí)的自然輻射壽命。所測(cè)壽命值分布在9.6 ns至1034 ns之間,據(jù)我們所知,其中31條能級(jí)壽命是文獻(xiàn)中未見(jiàn)報(bào)道的首次測(cè)量,且這31條能級(jí)均屬于40000 cm-1以上的高激發(fā)態(tài)能級(jí)。此外,根據(jù)電偶極躍遷選擇定則,確定了6條48000 cm-1以上能級(jí)的角動(dòng)量量子數(shù)可能值。綜上,本文運(yùn)用量子拍光譜技術(shù)、TR-LIF技術(shù)等首次測(cè)量研究了鎵原子13條里德堡能級(jí)的HFS常數(shù)、15條里德堡能級(jí)自然輻射壽命,以及鈧原子31條高激發(fā)態(tài)能級(jí)的自然輻射壽命。這些新的原子數(shù)據(jù)對(duì)原子性質(zhì)的了解、原子理論的發(fā)展、天體光譜分析、原子核物理等基礎(chǔ)研究具有重要科學(xué)和應(yīng)用價(jià)值。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O562

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本文編號(hào)：2426770