锂离子Ni25+双电子复合过程的理论与实验研究：共振能量与强度的精确计算

本研究采用Flexible Atomic Code（FAC）模拟技术，针对锂离子Ni25+(1s22s1/2)的双电子复合（DR）过程展开理论计算，重点分析了2s→2p激发态下n=13-19壳层电子捕获的共振特性。研究结果与实验数据在共振能量位置呈现优异吻合（最大偏差仅0.416eV），为天体物理等离子体和可控核聚变装置中的原子过程建模提供了重要参数。

　　

在浩瀚宇宙中，超过99%的可见物质以离子态存在，这些带电粒子与光子的相互作用塑造了我们观测到的宇宙图景。当高能电子与离子碰撞时，会发生一种名为双电子复合（Dielectronic Recombination, DR）的量子过程——电子被离子捕获形成激发态，随后通过辐射衰减稳定下来。这个过程不仅是天体物理学家解读恒星数据的关键，更是可控核聚变反应堆等高能等离子体环境中的重要原子过程。镍元素作为宇宙中丰度排名前八的元素，其离子态在活动星系核、沃尔夫-拉耶星等天体环境中广泛存在。然而，对于锂离子Ni²⁵⁺这类高电荷态离子的DR过程，实验测量与理论预测间始终存在难以弥合的差异。

为破解这一难题，M.F. Gharaibeh和K. T?kési团队在《Journal of Electromyography and Kinesiology》发表了创新性研究。他们采用基于相对论Dirac方程的Flexible Atomic Code（FAC）程序，选择jj耦合方案，对Ni²⁵⁺(1s²2s_1/2)基态系统进行精确计算。研究聚焦2s→2p激发过程中n=13-19高激发态电子的捕获行为，通过构建包含单电子Dirac哈密顿量的多体系统，求解耦合Dirac方程获得波函数的大（P_nk）小（Q_nk）分量。关键技术包括：1）采用孤立共振近似处理DR截面；2）通过结构脚本和自电离脚本分别获取辐射跃迁率（A_r）和自电离率（A_a）；3）基于共振强度公式（σ?_d=4.95×10^-30cm²eV²s×...）量化参数。

研究结果部分，2p_1/2nl系列共振展现出惊人精度。在"2.1 原子结构：Dirac方法"中，通过求解哈密顿量H=∑H_D(i)+∑1/r_ij，获得的共振能量与实验偏差从13p态的0.416eV持续降低至19l态的0.13eV。特别值得注意的是2p_1/213l(l>2)态，理论值2.923eV与实验2.625eV的差异仅为0.298eV，验证了Dirac方法的可靠性。

"2.3 自电离理论与数值技术"部分揭示了衰减通道的竞争机制。当主量子数n增加时，自电离率A_a=4/k∑|?α₁J₁ljM|V|α_iJ_iM_i?|²显著上升，导致2p_3/2nl系列的共振强度计算值（如13l态14.39×10^-19eV cm²）普遍低于实验值（20.04±0.66）。研究人员认为这种差异源于未考虑实验中的交叉电磁场效应，以及2p_3/2→2p_1/2εl′的Coster-Kronig快速俄歇衰变通道。

在"2.5 DR理论公式"中，研究团队创新性地简化了能量平均截面?σ_DR?=2π²/Δ?k²∑(A_aA_r/2g_iΓ_i)的计算流程。通过假设分母中的A_r求和与分子等效，大幅减少了需要计算的中间态数量，使高n值（n≥17）Rydberg系列的计算效率提升约40%。

这项研究的意义不仅体现在原子物理理论的验证层面，更延伸至多个应用领域。精确的DR参数能显著改善钱德拉X射线天文台等设备的谱线解析精度，为活动星系核等天体的化学成分分析提供新工具。在聚变能源领域，研究结果可直接用于ITER等装置等离子体模型的建立，优化约束性能参数。特别是2p_jnl系列共振数据的发布，填补了10⁵-10⁷K温度区间镍离子反应截面的空白。未来研究可通过引入外部场效应修正和包含更多中间态通道，进一步提升理论预测的准确性。