类铍硅离子的能级与Kα跃迁特性研究

陈颖 陈旭根 胡峰

【摘 要】本文研究了类Be的Si XI最低40个能级的能级精细结构。利用基于多组态Dirac-Hartree-Fock方程，给出了类Be的Si XI的Kα跃迁参数。研究表明，当前所得的理论计算结果其它理论值符合很好， 对于将来实验辨识谱线有重要的意义。

【关键词】波长；能级；振子强度；量子动力学效应

中图分类号： O561 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）20-0073-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.20.031

【Abstract】The calculations of energy levels and radiative rates for Kα transitions among the lowest 40 fine-structure levels in Be-like Si XI are reported in this paper. The accuracy of the results is determined through extensive comparisons with existing experimental and theoretical results. These results can be used to analysis the previous laboratory measurements and guide the design of the future experiments.

【Key words】Wavelength； Energy level； Oscillator strength； Quantum electrodynamic

0 引言

K壳层吸收特性是天体物理学一个重要研究内容之一，可以决定恒星的温度结构，也是恒星物理众多重要问题关联因素之一。人们利用X光观测仪，例如XMM-Newton， Chandra， 和Suzaku等天体观测设备观测活动的星系核和类星体中的K壳层吸收。硅的K壳层吸收是其中常见现象之一。在活动的星系核以及星际介质中也能够探测到属于硅的K壳层吸收谱线之一的类铍线[2]。由于缺乏可信的原子结构与跃迁数据，使得模拟和分析高分辨率谱线的进展缓慢，尤其是在定标弱跃迁谱线方面困难重重。

随着计算机技术的发展，精确原子结构的计算受到人们越来越多的重视。Nilsen等人用MZ程序包计算了类铍离子的波长、跃迁几率和自电离速率[2]。Palmeri等人用HFR程序计算了类铍硅的能级、波长、跃迁几率等参数[3]。魏宏光等人利用Flexible Atomic Code（FAC）计算了类铍硅的跃迁几率[4]，但是上述工作存在局限性，例如，Nilsen等人能级数目考虑较少。因此，本文在多组态Dirac-Hartree-Fock（MCDHF）方法和相对论组态相互作用结合的基础上，使用GRASP2K原子结构程序计算拓展了以前的工作，详细计算了1s22s2、1s22s2p、1s22p2、1s2s22p、1s2s2p2和1s2p3的能级，着重探讨类铍硅的Kα跃迁，即1s2s22p-1s22s2、1s22p2-1s2p3和1s22s2p -1s2s2p2三种Kα跃迁。

1 理论计算方法

1.1 波函数和能级的计算

1.2 高阶效应

Breit 相互作用来源于一个横向光子发生交换而引起两个电子间库仑相互作用的修正，对于高离化态原子，Breit 相互作用对原子的精细结构的影响能达到10-6。在本文的计算中，Breit 相互作用的贡献是作为一阶微扰来考虑的。量子动力学（QED）效应来源于电子？正电子的运动，其电磁场能产生辐射修正，包含自能和真空极化两部分，自能占主要部分。为简化计算，考虑真空极化时只研究Uehling 势的影响。为了得到能量和波函数的高阶近似值，需要考虑Breit 修正和QED 修正。

2 结果与讨论

原子结构计算需要考虑两个因素，计算精度和计算经济性。所谓计算经济性就是要统筹考虑计算的收敛性和程序本身的计算能力。因此在本计算中，通过对主量子数和轨道角量子数数目扩展数目进行限制。本文考虑了n=1-4的所有轨道以及5s、5p、5d、5f等轨道，同时通过计算发现加入5g轨道会造成计算结果不收敛，因此计算中不考虑5g轨道的作用。尽管对主量子数和角量子数进行了限制，计算的结果仍然可信的。表一给出了当前MCDHF方法的计算结果。从表1看出，属于QED效应的真空极化和自能的贡献较小，与文献[5]结果一致。同一组态，不同谱项之间的真空极化和自能数值相差不大。Breit贡献趋势不明显，数值上基本和自能一个量级。其中1s2p3的5S2受組态混合的影响，其能级值明显低于1s2p3的其他能级值。

为了确保本文结果的是可信的，在表2中比较了不同方法计算出的Be离子的1s22s2p和1s22p2能级值，其中实验值来自于美国国家标准技术与研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST），表二中的FAC1、FAC2是魏宏光等人采用不同的组态数目计算得出的结果，HFR结果则是Palmeri等人的计算结果。从表二可以看出，当前计算值与实验值符合较好，偏差在0.04～1.03eV之间。为了更好地展示结果，我们在图一比较了不同理论所得结果，从图一可以看出，对于能级编号5即1s22s2p 1P1，实验值与四种理论值差异较大，因此该实验值是值得怀疑的。

到目前为止，实验并没有给出1s22s2p-1s2s2p2，1s22p2-1s2p3相应的跃迁波长值，因此我们采用跃迁几率两种规范的比值作为检验。一般认为，速度规范和长度规范的比值接近1，结果较为可信。从图2可以看出，当前计算值集中在4.2～6.2 nm之间，比值大部分集中在0.95～1.05之间，说明当前计算值是可靠的。

3 结语

本文利用MCDHF方法详细计算了类铍硅的Kα跃迁的能级、波长和跃迁几率，当前MCDHF的结果与已有的理论结果相一致。这些结果对于填补类Be离子的Kα跃迁的空白有重要的意义，同时对于将来辨识谱线和获取等离子体状态信息也有重要的意义。

【参考文献】

[1]Kallman T R， Bautsita M A， Goriely S， et al. Spectrum synthesis modeling of the X-ray spectrum of Gro J1655-40 taken during the 2005 outbrust. The Astrophysical journal， 2009， 701，865-884.

[2]Nilsen J，Safronova U I，Safronova M S，Inner-shell transitions of Be-like ions with Z=6-54. Physical Scripta， 1995，51，589-593.

[3]Palmeri P， Quinet P， Mendoza C， et al. Radiative and Auger Decay of K-Vacancy levels in the Ne， Mg， Si， S， Ar and Ca isonuclear sequences， The Astrophysical journal supplement series， 2008， 177， 408-416.

[4]Wei H G， Shi J R， Zhao G， et al. K-shell energy levels and radiative rates for transitions in Si Xi. Astronomy and Astrophysics， 2010， 522， A103.

[5]叶雪莹， 胡峰，李明真，高离化态锗离子特性研究，科技视界，2015，29：41-43.