基于电子束离子阱的重离子禁戒态寿命实验研究

Metastable level lifetime measurement in heavy highly charged ions plays an essential role not only in atom structure studies, but also in plasmas dignostics. Electron beam ion trap experiment covers the region where the lifetime can not be measuremed in beam-foil method and storage rings. In one of our earlier research[PRL97, 183001, 2006],it is predicted that hyperfine induced transition is the dominant way for the decay of the first excited state of ni-like xenon. This is comfirmed soon by experiment in Livermore [PRL, 98, 26001, 2007]. However, the importance of hyperfine interaction in very heavy ions is not studied. The other interactions, e.g. relesvistic effects, are also not tested. We will study the metastable lifetime of ni-like W, Pt ions at an electron beam ion trap. Differents effects on lifetime of these states will also be studied. Based on the method established in these works, we will also study lifetime of ground configuration of Ag-like and Cd-like tunsten ions. These studies can test many body theory, but also provide benchmark data for high precision plasma dignostic model.

高电荷态离子激发态能级寿命研究在原子结构研究和等离子体诊断中都有重要意义。基于电子束离子阱的能级寿命测量区间填补了常用的束箔法和储存环等所不能覆盖的空白。我们先前理论预测[PRL 97, 183001, 2006]超精细作用诱导跃迁在类镍氙离子第一激发态退激中起着极其重要的作用，这一结果很快被LLNL实验证实[PRL 98, 263001,2007]。对于极重元素（Pt 及其附近），超精细诱导跃迁作用的重要性尚不明确，其他相互作用如相对论效应的影响也有待检验。本项目利用电子束离子阱装置研究Ｗ、Pt等元素类镍离子第一激发态能级寿命，着重研究各种不同相互作用对该体系能级寿命的影响。利用本研究建立的测量方法，还将对类银和类镉W离子的基组态跃迁做细致研究。这些研究将检验多体相互作用理论，并为高精度等离子体诊断模型提供基准数据。

高电荷态离子禁戒跃迁携带着离子的结构信息，是研究原子结构、相对论作用、超精细相互作用等效应的良好载体，同时它也是高温等离子体特别是聚变等离子体和天体等离子体诊断研究的重要工具。.该项目基于上海EBIT装置，研究测量了类镍钨离子的X发射谱；结合理论工作，论证了类镍离子体系第一激发态中超精细诱导跃迁的重要性；在与类镍离子体系类似具有闭壳层结构的类钯体系中，通过测量禁戒态跃迁谱，结合辐射碰撞模型，发现了一个寿命极长的禁戒态，同时发现，该类禁戒态能获取离子大量的价电子布居，能影响等离子体电离平衡和发射谱分布。.项目围绕EBIT装置，建设了高电荷态离子禁戒态寿命测量系统；使用该系统，开展了类银钨离子基组态电子自旋反转跃迁的几率测量，获得了第一激发态4d10 4f 的能级寿命；对具有多个价电子体系，如类镉离子4f2，通过禁戒态跃迁谱测量，获取了能级排序，结合理论分析验证了复杂基组态离子在等离子体条件下的能级布居具有统计分布特性。.项目组与JET光谱诊断组合作研究的类镍钨离子的X发射谱很好地校对、诊断了TOKAMAK装置中测量的钨光谱，今后可以作为相应条件下的标准谱使用。这一工作是项目研究成果在聚变等离子体诊断中应用的直接体现和良好开端。