激光诱导等离子体中铋原子光谱线的斯塔克展宽参数实验研究及其在等离子体诊断与天体物理建模中的应用

【编辑推荐】本研究通过激光诱导等离子体(LIP)技术，首次系统测定了Bi I、Bi II和Bi III共21条光谱线的斯塔克展宽参数（FWHM），电子数密度(0.3–1.1)×1023 m?3范围通过He I 587.56 nm诊断线标定，结合Saha-Boltzmann法获得14,000–17,000 K电子温度，填补了NIST数据库空白，为恒星化学丰度分析（如HgMn星HR 7775）和实验室等离子体诊断提供关键原子数据。

　　

Highlight

本研究首次通过实验测定了5条中性铋(Bi I)、13条单电离铋(Bi II)和3条双电离铋(Bi III)原子谱线的斯塔克展宽参数（半高全宽w），波长覆盖298-570 nm范围。实验采用氦气低压环境下的激光诱导等离子体(LIP)作为光源，通过侧向观测几何结合逆阿贝尔变换解析等离子体径向参数。所有谱线宽度和相对强度均通过Voigt函数拟合确定。

Measurement and diagnostic procedures

等离子体径向不均匀性使得侧向光谱必须通过逆阿贝尔变换处理。这种特性让我们能从单幅光谱图像中提取不同径向位置的发射谱线，每个位置对应独特的电子温度(T_e)和电子密度(n_e)特征。电子数密度基于经典诊断线He I 587.56 nm的斯塔克展宽确定，范围达(0.3–1.1)×10²³ m^?3；电子温度则通过构建铋原子三个连续电离态的Saha-Boltzmann图获得，前提是满足局部热力学平衡(LTE)条件。

Conclusions

我们在电子密度(0.3–1.1)×10²³ m^?3、温度14,000-17,000 K的激光等离子体中，首次获得了18条铋光谱线的斯塔克宽度数据。其中特别探讨了铋原子因核自旋磁矩导致的超精细结构特征——这个"光谱指纹"就像原子的身份证，为天体物理观测和实验室等离子体诊断提供了独特的识别标记。