Введение к работе
Актуальность темы.
В атмосферах звезд, как и в условиях лабораторных плазм (плазмы импульсных и искровых разрядов, взрывающихся проволочек, плазменных струй и т.д.), штарковское уширение является преобладающим в механизме уширения давлением и знание параметров штарковского уширения для большого числа элементов в различных состояниях ионизации является очень важным для решения ряда проблем. Даже в атмосферах относительно остывших звезд, таких как Солнце, где уширение линии образуется преимущественно благодаря столкновениям с нейтральными возмущающими частицами, штарковское уширение является конкурирующим с другими механизмами уширения.
Обычно для строгого расчета параметров штарковского уширения используются квантово-механические или полуклассические теории. Методы расчета, разработанные на основании этих теорий, требуют знания множества различных атомных данных и занимают много времени. В частности, необходимыми исходными данными для теории уширения линий являются силы осцилляторов (/,) или вероятностей перехо;: )в спектральных линий.
В р ще. случаев (например, при исследованиях астрофизических плазм) і эебуются данные уширения и, соответственно, сил осцилляторов лині' й для большого числа спектральных линий обширного перечня элеме. ттов, для которых не так важна высокая точность для каждого отдель того результата, а требуется только разумная средняя точность для множества линий. Также, в случае тяжелых атомов или многозарядных ионов недостаток точных исходных атомных данных приводят к тому, что надежность полуклассических расчетов уменьшается. В . ітих случаях знание регулярностей и систематических тенденций в п зведений штарковских параметров и сил осцилляторов линий может быть использовано для быстрого получения новых данных.^ Кроме тоге, знание закономерностей дает хорошие возможности быстро оценивать надежность уже имеющихся в литературе экспериментальны, с и теоретических данных штарковских параметров. При сопоставлеї :ии штарковских параметров и сил осцилляторов, определенных в тоде экспериментов или теоретических расчетов, с ап-проксимаци энными данными, полученными по зависимостям, могут встретиться большие несоответствия. Это делает необходимым дополнительно пересмотреть используемые приближения при теоретических расчет, їх, а также точность получения экспериментальных результатов.
В последние годы в литературе вопросу изучения общих закономерностей в поведении штарковских параметров и сил осцилляторов спектральных линий, а также исследования профилей асимметричных самообращенных линий излучения и линий поглощения, подверженных квадратичному эффекту Штарка, уделяется большое внимание, что показывает актуальность данной темы.
Цель исследования:
Комплексное исследование закономерностей в поведении штарковских параметров, сил осцилляторов спектральных линий нейтральных атомов и профилей спектральных линий, подверженных квадратичному эффекту Штарка.
В связи с поставленной целью были определены следующие задачи исследований:
-
Исследовать закономерности в поведении штарковских параметров спектральных линий для атома магния с учетом зависимости штарковских ширин и сдвигов от температуры.
-
Определить общие зависимости в поведении штарковских ширин для оценок ns-n'p и np-n's переходов спектральных линий в пределах нескольких атомов, принадлежащих к различным группам элементов таблицы Менделеева. Рассмотреть применимость полученных зависимостей к оценке штарковских параметров интеркомбинационных линий и линий с дважды возбужденными состояниями.
-
Исследовать зависимости в распределении сил осцилляторов линий для Bel, Mgl, Cal, All, и проанализировать возможные физические причины отклонения от линейности в поведении сил осцилляторов линий.
4. Получить аппроксимацию штарковских профилей спектральных
линий с одновременным учетом электронного и ионного уширений в
условиях плотной неоднородной плазмы, и оценить степень влияния
ионного уширения на параметры асимметричных самообращенных
линий излучения и линий поглощения, подверженных квадратичному
эффекту Штарка.
Научная новизна.
-Получены новые соотношения, отражающие зависимости штарковских параметров ширины и сдвига энергетических уровней от эффективного главного квантового числа при различных температурах для синглетных и триплетных уровней магния.
-Впервые на основе предложенных зависимостей проведена теоретическая оценка штарковских параметров ширины и сдвига для линии Mgl 291.545 нм, у которой верхний уровень представляет собой дважды возбужденное состояние.
-Предложены новые зависимости в поведении штарковских ширин спектральных линий ns-n'p и тгр-n's переходов для ряда легких и тяжелых нейтральных атомов.
-Впервые на основе предложенных зависимостей проведена теоретическая оценка штарковской ширины интеркомбинационной линии Gel 463.583 нм и ширин линий OI 369.24 нм, 01 2893.0 нм, ОГ 2764.55 им, Cul 801.29 нм, Cul 450.56 нм.
-Получены простые линейные закономерности в распределении сил осцилляторов линий, которые не подвержены конфигурационному взаимодействию, в спектрах атомов Bel, Mgl, Cal и All.
-Впервые построены подробные таблицы штарковских профилей уширения ](х) для -200<х<-20 при разных параметрах ионного уши-рения и параметрах дебаевского экранирования.
-Предложена аппроксимация штарковских профилей спектральных линий с учетом ионного уширения при решении уравнения переноса излучения в условиях плотной неоднородной плазмы.
Научная ценность и практическая значимость.
Полученные в работе закономерности для штарковских параметров ширин и сдвига и сил осцилляторов спектральных линий позволяют с хорошей точностью получить значительное количество необходимых данных путем экстраполяции и интерполяции известных значений штарковских параметров и сил осцилляторов спектральных линий. Закономерности позволяют критически оценивать экспериментальные результаты vi теоретические расчеты штарковских параметров и сил осцилляторов для различных нейтральных атомов.
Полученные в работе аппроксимации штарковских профилей уширения с квадратичным эффектом Штарка являются полезными при проведении строгих расчетов профилей спектральных линий на основе решения уравнения переноса излучения применительно к условиям плотной неоднородной плазмы.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Полученные новые зависимости для штарковских параметров ширин и сдвига спектральных линий с хорошей точностью описывают имеющиеся экспериментальные и теоретические данные и позволяют определять штарковские параметры неисследованных линий различных элементов.
-
Предложенные новые закономерности в распределении сил осцилляторов линий позволяют критически оценивать экспериментальные результаты и теоретические расчеты и определять неизвестные значения сил осцилляторов ряда переходов.
-
Учет ионного уширения необходим при оценке асимметрии крыльев асимметричных самообращенных линий излучения и линий поглоще-
ния в условиях плотной неоднородной плазмы и для корректировки метода определения распределений относительного хода полуширины, который необходим для диагностики плазмы.
Достоверность полученных результатов обеспечивается точностью проводимых вычислений и хорошим согласием их с экспериментальными и теоретическими данными, полученными в рамках других стандартных методов.
Апробация работы:
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: XXI съезде по спектроскопии (Звенигород 1995), конференции "Физика низкотемпературной плазмы" (Петрозаводск 1995), I Югославской конференции "Spectral Line Shapes" (Belgrade 1995), Международной конференции "Spectral Line Shapes" (Firenze 1996), Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ленинские горы-95", II Республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов (Казань 1996) , неоднократно на Итоговых Научных конференциях Казанского государственного университета (1994-1996). По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и приложения. Объем работы составляет 148 страниц, включая 30 рисунков и 21 таблицу. Список цитируемой литературы содержит 157 наименований.
