原子体系散射及其相关精密谱学的理论研究

This projct aims to carry out studies on the scattering processes of electron-atom systems(including neutral atoms and positive ions) and their related precision spectroscopy. Based on our developed eigen-channel R-matrix codes, i.e., R-eigen/R-R-eigen, we can calculate the short-range scattering matices in the whole energy regions, including the bound states, auto-ionization states and continuum states. Then in the framework of multi-channel quantum defect theory, we can elucidate the intimate relations between all of the excited state energy levels in atomic systems and the related scattering amplitudes in electron-ion scattering processes. Using the precision spectroscopy data, we can determine the calculation accuracies of the short-range scattering matrices in the bound state energy regions. Through the analytic continuation of the scattering matrices, we can determine the calculation accuracies of the scattering matrices in the continuum state energy regions. Therefore we can guarantee the precisions of calculated scattering data(normally 10%) achieve the spectroscopy precision(below 1%), which can satisfy the requirements of precision atomic data in the related scientific research fields, such as inertial confinement fusion researches and astrophysics studies. We will further extend our theoretical methods to the negative ion systems formed by an electron and neutral atom. Using such method, we can study the resonance structures in negative ions systematically and explore the physical properties of these resonance structures.

本项目将对电子与原子体系（包括中性原子与离化态原子）散射过程及其相关能级的精密谱学开展研究。在申请者团队发展的本征通道R矩阵计算程序R-eigen/R-R-eigen基础上，可以在包括分立的束缚能区、自电离区和连续能区在内的整个能量区间上直接计算出短程散射矩阵。在此基础上利用多通道量子数亏损理论可以清楚阐明原子体系所有激发态能级结构和电子-离子碰撞过程散射振幅之间的内在关系。这样利用精密的光谱测量数据可以判断出束缚能区短程散射矩阵的计算精度，根据散射矩阵的解析延拓性，可以判断连续能区散射矩阵的计算精度，从而能够保证原子散射物理参数精度（一般精度为10%）可以达到光谱数据精度1%以下，甚至更小。因此可以面向惯性约束聚变、天体物理等重大科学领域对精密原子数据的需求。将发展的理论方法进一步推广到电子-中性原子构成的负离子体系，可以非常系统的研究负离子体系的共振结构，探索这些共振结构的物理规律。

面向天体物理、惯性约束聚变（ICF）研究中所需的精密原子参数开展相关研究。在精密原子参数计算中，电子碰撞激发过程不论在量子多电子关联问题的基础研究方面还是在实际有关应用方面都具有重要意义。我们将离化态原子的激发态看作是少一价的离子与激发电子构成的复合体，将所有具有相似特征的激发电子（包括束缚与连续电子）作为一个通道统一的处理。我们发展了能够准确计算多电子原子相关动力学过程的本征通道R矩阵方法和程序R-eigen（非相对论版）/R-R-eigen（相对论版），可以准确地计算电子与原子离子散射矩阵（S矩阵），该短程S矩阵对应着多通道量子数亏损理论的物理参数，它包含了刻画离子激发态体系特性的所有动力学参数。根据S矩阵的解析延拓性，我们可以精确计算得到对应原子所有激发态能级与相关散射截面，同时还可以利用精密的实验光谱数据定量给出绝对的理论计算精度（可达10%以内）。我们在电子-离子和电子-中性原子体系上展示了该理论方法的优越性与有效性，为进一步的相关应用（例如聚变能源研究、天体物理研究等）建立了非常好的基础。同时我们还对等离子体环境对原子过程的影响方面展开了一些探索。