高离化态原子研究概述 1.高离化态原子的研究起源 人类对于物质的认识是由宏观到微观一个逐步的发展过程。经过长期的实践、认识再实践、再认识，人类对物质的构成，才到原子、离子、质子的结构与性质有了理论的研究与实验的相互验证。原子物理起源于19世纪对太阳光谱和气体放电的研究，结合原子模型的提出，与实验所得到关于核知识和量子力学之后，而成为独立的物理学分支。原子物理对光谱的研究是原子物理的重要基础与组成部分。研究原子光谱逐步将原子特性与光谱所测的原子波长联系起来，因此光谱能够提供原子内部的信息，通过光谱研究原子的电子特性得出了一些经验公式，原子的经典模型不能很好的解释这种规律。直到1913年，丹麦物理学家在分析氢原子光谱数据的基础上提出原子的电子处于不同能级状态的氢原子模型。后有科学家对此理论在实验上进行验证，从而揭示了微观粒子的波粒二象性。此后海森堡和薛定谔建立了量子力学的矩阵力学和波动力学，原子物理学进入发展的黄金时期。 现代原子结构理论是在量子力学的基础上建立起来的。对于原子理论的研究20世纪30年代主要在单原子体系上。20世纪40年代物理前沿课题由原子结构转向核结构和粒子物理，直到六十年代，在等离子体物理领域，光谱成为诊断等离子体状态的重要信息，重新引起人们对于高剥离原子的真空紫外光谱研究的兴趣，纳秒和皮秒电子诊断技术及束箔光谱学的发展使直接测量激发态能级寿命来决定谱线强度成为可能，这些促成原子物理研究的又一高潮。对于原子结构和性质的研究理论计算已经达到很高的精度。 2.高离化态原子简介 高离化态离子（或称高电荷态离子），即原子被剥去大量电子（Q>>2）的原子，在其中性化的过程中需要总能量（E）远大于一般实验室离子的经验值，与高离化态离子相关的物理研究是一门新的学科，对许多相关学科有重要影响。高离化态离子的研究度原子结构、核结构、相对论、量子力学、电动力学、基本粒子理论的研究和检验；及对于天体、聚变等各类等离子体研究和诊断有着重要的作用。高离化态离子的研究是近现代原子物理学中非常重要和活跃 的分支之一。 3.高离化态原子的产生方法 在实验室中获得高离化态离子方法 1） 离子与固体箔碰撞（束箔方法） 2） EBIT(电子束离子阱)方法 3） 离子与原子碰撞方法 4） 激光产生等离子体 5） 核聚变环境中产生高离化态离子 4.高离化态离子与中性原子和低电荷态离子相比的特点 首先，高离化态离子的能级结构的变化。由于高离化态离子的核电荷数Z远远超过其所含电子束N，致使电子感受到非常强的库伦作用，从而引起原子轨道能量较大的相对论移动和明显的轨道贯穿，并且电子波函数在靠近核的区域被压缩极大的改变了原来原子性质相对重要性；在高离化态离子中内部电场很强，以Z的高次幂标度的量子电动力学（ＱＥＤ）效应对他的能级结构＼光谱以及碰撞动力学研究有着非常重要的影响；耦合情况也有低Ｚ时的LS耦合转向高Ｚ时的JJ耦合。其次，随着离化度的增加，对应的跃迁特性也发生相应的变化。这些跃迁特性的变化，使得高离化态离子尤其是重离子的谱线一般比较复杂。 5.高离化态离子研究的意义 高离化态离子的辐射谱中不仅包含反映等离子体重要信息的大量参数（如电子和离子的密度、温度，电荷的分布，X射线极化等）而且也为实验室和天体等离子体源的研究提供一个非常重要和有效的诊断工具。尽管思潮高离化态离子从在一些困难限制了其更广泛的运用，但其相关应用还是在近几年取得了相当大的进展。例如X射线天文学和天体物理、X射线激光和印刷技、重离子诱导聚变和核物理、束箔光谱技术以及离子与表面相互作用、离子微探测针、纳米技术、量子计算、癌症治疗和生物技术等方面。 高离化态离子在基础研究也是十分重要，有助于提高我们对于束缚体系电子结构的理解。这主要有两个原因：首先，大多数中性原子中较弱的现象随着离子电荷态Z快速增强，即这些现象或效应在高离化离子中被放大了。其次，高离化态离子可以看做结构简单，但是理论上有关高离化态离子物理某些方面的处理还从在一些困难，人们对其还没有完全理解。此外，在高离化态离子中，通常的微扰理论已不再适应，这就要求我们必须发展新的理论来处理相关问题。目前，尽管人们对于氢原子1s-2s的跃迁计算相对精度已达到10的负14次方，但受限于对质子结构的认识，对类氢U离子1s-2 p的跃迁能的计算精度仅为10的负5次方，这主要是由于没有考虑高阶贡献以及核激发效应。 6.高离化态原子研究的前沿问题 高离化态原子研究的前沿问题主要有高离化态原子的结构和光谱，电动力学效应，高离化态原子与粒子（电子，光子原子和分子）相互作用动力学过程，原子核性质对高离化态原子结构和性质的影响，高离化态离子与表面相互作用，高离化态离子与电子碰撞，高离化态离子的双电子复合及辐射化特性，高离化态离子内壳层电离及退激发过程的极化转移及等离子体环境中的电子原子碰撞。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/3136b09b52d380eb62946de3.html