Utskrift från Malmö högskolas webbplats www.mah.se

External interactions and Nuclear Effects in Atoms for Plasma Diagnostics and Fundamental Physics

Kontaktperson: Per Jönsson
Ansvarig: Per Jönsson
Medarbetare: Jörgen Ekman och Henrik Hartman
Samarbetspartner: Tomas Brage, Lunds Universitet
Finansiär: Vetenskapsrådet
Tidsram: 2016-01-01 -- 2020-12-31
Fakultet/institution: Fakulteten för teknik och samhälle, [Missing text /mah/research/faculties/institutionenformaterialvetenskapochtillampad for sv]

Ljusutsändning från atomer för att förstå plasma i rymden och atomkärnans egenskaper. I vårt projekt arbetar vi för att bättre förstå plasmer - det mest vanliga tillståndet för materia i universum. Ett plasma kan man tänka sig som gas som består av laddade partiklar - joner och elektroner - och inte som vanliga gaser som består av oladdade molekyler eller atomer. Nästan all vår information om plasmer kommer från "ljuset" de sänder ut. Det gäller inte minst plasma i rymden, som till exempel de atmosfärer som omger stjärnor, resterna efter döda och exploderade stjärnor. Men det gäller också plasma på jorden, till exempel i de fusionsreaktorer som man just nu försöker utveckla som framtidens energikällor och i den betydligt kallare omgivningen som finns inuti våra lysrör. För att få kunskap om dessa plasmer så måste vi ha en detaljerad förståelse för samspelet mellan de joner och elektroner plasmat består av och de fotoner (ljuspartiklar) de sänder ut. Om vi förstår det, kan vi också dra slutsatser om vilken omgivning jonerna befinner sig i, när de skickar ut sina fotoner - till exempel vilken temperatur eller densitet som deras omgivning har. Vi arbetar i ett projekt som bygger på samverkan mellan våra teoretiska beräkningar och olika experimentella och tillämpade grupper vi samarbetar med. Runt om i världen, till exempel vid Fudan universitetet i Shanghai, Kina eller Lawrence Livermore Laboratoriet utanför San Francisco i USA, samarbetar vi med grupper som använder så kallade jonfällor, EBIT:s, som kan användas till att fånga joner i tillräckligt lång tid för att man ska hinna se långsamma processer. På den teoretiska sidan arbetar vi inom ett stort internationellt nätverk, som utvecklar metoder för att göra storskaliga kvantmekaniska beräkningar för jon-ljus samverkan.

I vårt project studerar vi också hur ljuset från joner påverkas av atomkärnan. Det kan tyckas märkligt, men det finns en viss sannolikhet att elektronerna befinner sig inuti atomkärnan. Där känner de av hur protonernas laddningsfördelning ser ut, om kärnan är rund eller deformerad som en cigarr och vilka magnetiska egenskaper kärnan har. För att kunna tolka informationen från bland annat supernoggranna laserexperiment vid CERN på kortlivade och exotiska kärnor och ta fram informationen om kärnegenskaperna, måste man ha tillgång till mycket noggranna beräkningar av hur elektronerna rör sig och var de befinner sig. Detta är en väldigt stor utmaning, men metoderna vi utarbetar för storskaliga kvantmekaniska beräkningar kan användas också inom detta område.

Description in English

Atomic electrons are sensitive probes of the surrounding plasma environment. Element abundances, electron density, temperature etc. affect the emitted light. In a similar way, atomic electrons are also sensitive to properties of the nucleus they are bound to, such as nuclear mass, charge distribution and deformation, spin, and magnetization. Different isotopes have slightly displaced energy levels.

To determine plasma parameters as well as information about the nucleus from the emitted light spectrum it is crucial to understand and accurately describe atomic structures and interactions. Based on accurate quantum mechanical calculations of magnetically induced atomic transitions we will develop a new and original method to determine magnetic fields in astrophysical and fusion plasmas. Applications to astrophysical and fusion plasmas will be inquired together with the EBIT group at Fudan University, the High Altitude Observatory, and the National Institute for Fusion Science (Japan). 

Starting from ground breaking ideas on how to account for correlation between atomic electrons, we will develop highly accurate methods for computing atomic parameters that, together with experimental data for transition isotope shift, make it possible to determine fundamental nuclear parameters. The development of the computational methods will be done in collaboration with the international Computational Atomic Structure group, consisting of leading scientists in the field.

Senast uppdaterad av Magnus Jando