2-52 类Ni-Ta离子碰撞激发机制

郑无敌 蓝 可

　　尽管类Ni离子X光激光在实验上已取得了显著进展，获得了饱和输出，但对类Ni-Ta离子J=0-1线仅测得了增益，远没有做到饱和。类Ni-Ta离子J=0-1跃迁波长处于水窗边缘，属于生物活性细胞全息摄影最佳波长之列。因而对类Ni-Ta离子的研究具有特别重要的意义。但目前从理论上对它进行研究的文章还很少。采用矩阵分块法求解速率方程组，研究了类Ni-Ta离子4d-4p跃迁产生的三条激光线(4.483、5.097、7.442nm)的反转与增益，为实验提供理论依据。

　　研究结果表明，第一，J=0-1跃迁的4.483nm与5.097nm两条激光线上能级的布居主要来自类Ni离子基态的碰撞激发，而下能级的布居则部分来自类Ni离子基态的碰撞激发，部分来自类Co离子基态的复合，因此要产生这两条线的增益饱和输出，必须防止等离子体的过电离，同时激发贡献因子随电子温度T_e的上升而增大，故T_e不能太低；而J=2- 1跃迁的7.442nm激光线的上下能级在低温时都主要来自类Co离子基态的复合，高温时都来自类Ni离子基态的激发，过电离对其反转与增益不会产生明显影响。第二，类Cu离子的电离速率和类Ni离子的电离速率在很大的区域上都非常接近，造成等离子体很容易过电离，且类Ni离子的丰度不可能很大，为使类Ni离子电离速率慢于类Cu离子电离速率，T_e必须低于1.5keV。第三，自电离与双电子俘获过程对离子的布居有重要影响，而“共振激发”近似则夸大了自电离与双电子俘获对反转的影响。第四，取速度梯度分别为10⁹s^-1和10¹⁰s^-1两种情况，研究了共振线捕获效应对增益的影响。共振线捕获引起增益峰值明显下降，增益区域变窄并同时向低电子密度区域漂移。第五，由以上结果，并考虑到碰撞机制中产生X光激光等离子体区域的电子密度低于临界密度，得到位于水窗附近的最佳增益区域在N_e=(1~4)´ 10²¹cm^-3，T_e=1~1.5keV，这里N_e为电子密度。建议实验用二倍频甚至三倍频、脉宽约100ps的泵浦光来泵浦Ta靶，以获得4.483nm激光线的饱和输出。