Dans ce travail, nous présentons l'effet de la corrélation sur les énergies de liaison totales de différents ions hautement chargés ainsi que sur les durées de vie de l'état métastable $^3P_2$ dans plusieurs gaz rares (Ne, Ar, Kr et Xe). Nous avons également établi l'expression du taux d'émission spontanée de deux photons dans les atomes à $N$-électrons sous une forme adaptée à la méthode Dirac-Fock multiconfigurée qui constitue l'une des approche possible du problème à plusieurs corps relativistes. De même, nous avons effectué des calculs d'énergie de transitions dans les atomes exotiques. Ces derniers sont des atomes où un électron du cortège électronique a été remplacé par une particule de même charge : $\mu^-$ ou $\pi^-$. Ces calculs ont eu deux objectifs, d'une part, établir des standards de calibration en énergie pour les transitions $X$ et, d'autre part de déterminer la masse du pion chargé $\pi^-$. Ces calculs nous ont conduits à déterminer le terme de Breit correspondant à l'interaction pion-électron afin d'obtenir des résultats plus précis.

Dans ce travail de thèse, la photoionisation en couche K d’ions multichargés a été étudiée ainsi que la photoionisation en couche de valence d’ions atomiques et de petits ions moléculaires. Les sections efficaces de photoionisation en couche K ont été mesurées pour les ions de la série iso-nucléaire de l’azote, de N+ à N4+, en utilisant le montage de faisceaux ion-photon colinéaires, et la photoionisation en couche de valence des ions Xe+ et Kr+ et des petits ions moléculaires CO2+ et N2+ en utilisant à la fois la technique de faisceaux colinéaires et un piége à ions . Toutes les expériences ont utilisé le rayonnement synchrotron émis par l’anneau de stockage SOLEIL à Saint-Aubin, France. La combinaison des deux techniques permet la mesure sur une échelle absolue des sections efficaces de photoionisation des ions dans l'état fondamental pur.Les sections efficaces expérimentales de photoionisation en couche K sont comparées aux résultats théoriques existants utilisant différentes méthodes : Multi-Configuration Dirac–Fock (MCDF), R-matrice et la Constante d’Ecran par Unité de charge Nucléaire (SCUNC). L’interaction entre l’expérience et la théorie a permis l’identification et la caractérisation des résonances 1s→2p et 1s→3p observées dans les spectres. Les sections efficaces expérimentales de photoionisation en couche de valence mesurées pour les ions Xe+ et Kr+ ont été comparées aux résultats de calculs MCDF obtenus pour le processus de photoionisation directe.La qualité des mesures absolues de section efficace utilisant la technique de faisceaux colinéaires est fortement dépendante de la performance de la source d’ions ECR (Electron Cyclotron Resonance). Afin d'améliorer le courant d'ions dans la région d'interaction, différents systèmes d'extraction des ions à deux et trois électrodes ont été simulés en utilisant les programmes ECRopt et IGUN. / In this thesis work, the K-shell photoionization of multi-charged ions has been studied as well as the valence photoionization of atomic and small molecular ions. The K-shell photoionization cross sections were measured for nitrogen iso-nuclear series, from N+ to N4+ ions using the ion–photon merged beam technique and the valence photoionization cross sections for Xe+ and Kr+ ions and the small molecular ions CO_2^+ and N_2^+ using both the merged beam and ion trap techniques at the SOLEIL synchrotron radiation facility in Saint–Aubin, France. Combination of the two techniques allows for the measurement of the pure ground state ionization cross section on an absolute scale.The experimental K-shell photoionization cross sections are compared with theoretical results obtained from the multi-configuration Dirac–Fock (MCDF), R-matrix and the Screening Constant by Unit Nuclear Charge (SCUNC) methods. The interplay between experiment and theory enables the identification and characterization of the strong 1s→2p and 1s→3p resonances observed in the spectra. The experimental valence photoionization cross sections for Xe+ and Kr+ ions are compared with MCDF calculations results obtained for the direct photoionization process. The quality of the absolute cross section measurements using the merged beam techniques is strongly dependent on the performance of Electron Cyclotron Resonance Ion Source (ECRIS). In order to improve the current of ions in the interaction region, the ions extraction system and transport was simulated by using IGUN program and ECRopt.

In this thesis work, the K-shell photoionization of multi-charged ions has been studied as well as the valence photoionization of atomic and small molecular ions. The K-shell photoionization cross sections were measured for nitrogen iso-nuclear series, from N+ to N4+ ions using the ion-photon merged beam technique and the valence photoionization cross sections for Xe+ and Kr+ ions and the small molecular ions CO_2^+ and N_2^+ using both the merged beam and ion trap techniques at the SOLEIL synchrotron radiation facility in Saint-Aubin, France. Combination of the two techniques allows for the measurement of the pure ground state ionization cross section on an absolute scale.The experimental K-shell photoionization cross sections are compared with theoretical results obtained from the multi-configuration Dirac-Fock (MCDF), R-matrix and the Screening Constant by Unit Nuclear Charge (SCUNC) methods. The interplay between experiment and theory enables the identification and characterization of the strong 1s→2p and 1s→3p resonances observed in the spectra. The experimental valence photoionization cross sections for Xe+ and Kr+ ions are compared with MCDF calculations results obtained for the direct photoionization process. The quality of the absolute cross section measurements using the merged beam techniques is strongly dependent on the performance of Electron Cyclotron Resonance Ion Source (ECRIS). In order to improve the current of ions in the interaction region, the ions extraction system and transport was simulated by using IGUN program and ECRopt.

Abstract In this thesis electronic structure of atomic chromium, rubidium and bromine are studied experimentally and theoretically through transitions and decay processes originating from selected M-shell hole states. The experiments are conducted with traditional methods of electron spectroscopy as well as more recent multicoincidence methods using pulsed synchrotron radiation and a magnetic bottle spectrometer. The observed electronic transitions are theoretically simulated with multiconfiguration Dirac-Fock method. Finally, the calculations are used to interpret the measured spectra to investigate the energy level structure and electron dynamics of the studied elements. / Original papers Original papers are not included in the electronically distributed version of the thesis. Keskinen, J., Huttula, S.-M., Mäkinen, A., Patanen, M., & Huttula, M. (2015). Experimental and theoretical study of 3p photoionization and subsequent Auger decay in atomic chromium. Radiation Physics and Chemistry, 117, 209–216. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2015.08.018 Keskinen, J., Lablanquie, P., Penent, F., Palaudoux, J., Andric, L., Cubaynes, D., … Jänkälä, K. (2017). Initial-state-selected MNN Auger spectroscopy of atomic rubidium. Physical Review A, 95(4). https://doi.org/10.1103/physreva.95.043402 http://jultika.oulu.fi/Record/nbnfi-fe201706207380 Keskinen, J., Jänkälä, K., Huttula, S.-M., Kaneyasu, T., Hikosaka, Y., Shigemasa, E., … Lablanquie, P. (2019). Auger decay of the 3d hole in the isoelectronic series of Br*, Kr⁺ and Rb²⁺. Manuscript in preparation.

Quand les effets de la masse finie du noyau et de la distribution de charge spatiale sont pris en compte dans l’Hamiltonien décrivant un système atomique, les isotopes d’un élément, caractérisés par le même nombre de protons mais un nombre différent de neutrons, ont des niveaux d’énergie électronique différents. Le déplacement entre les niveaux d’énergie (pour un même état quantique) de deux isotopes différents est appelé le déplacement isotopique de niveau. De manière générale, on peut distinguer les déplacements isotopiques de champ (field shift) et les déplacements isotopiques de masse (mass shift). Pour les systèmes à plus d’un électron, le specific mass shift (SMS) apparaît. Grâce à sa faible pondération, le paramètre SMS peut être traité comme une perturbation de l’Hamiltonien ;son estimation fait appel aux intégrales de Vinti [5].<p>Dans un contexte relativiste, les programmes grasp2K [2] et mcdf-gme [1] permettent de résoudre les équations de Dirac-Fock associées à un état multiconfigurationnel et d’en fournir l’énergie ainsi que la représentation numérique des orbitales monoélectroniques. Nous avons créé et introduit dans le programme mcdf-gme une sous-routine capable d’estimer les paramètres de masse et de champ à partir des fonctions d’onde multiconfigurationnelles. Pour le programme GRASP2K, un module indépendant à été créé. <p>Par ailleurs, un opérateur plus complet impliquant des corrections en αZ, a été dérivé par Shabaev [4] et, de manière indépendante, par Palmer [3]. Nous avons déduit la forme tensorielle de cet opérateur et avons également implémenté dans les programmes cités ci-dessus le calcul de ses éléments de matrice.<p>Grâce à ces outils nous avons pu étudier la détérioration de l’opérateur d’énergie cinétique pour estimer le normal mass shift et travailler divers systèmes comme le lithium neutre et sa séquence isoélectronique. Par la suite nous avons également travaillé sur les séquences isoélectroniques du bore, du béryllium, du carbone et de l’azote. Enfin, certains effets isotopiques ont été étudiés pour plusieurs transitions dans le baryum neutre.<p>Bibliographie<p>[1] J. P. Desclaux. A relativistic multiconfiguration Dirac-Fock package. In E. Clementi, editor, Methods and Techniques in Computational Chemistry - vol. A :Small Systems of METTEC, page 253. STEF, Cagliari, 1993.<p>[2] P. Jönsson, X. He, C. Froese Fischer and I. P. Grant. The GRASP2K relativistic atomic structure package. Comput. Phys. Commun. 177 :597–622, 2007.<p>[3] C. W. P. Palmer. Reformulation of the theory of the mass shift. J. Phys. B :At. Mol. Phys. 20 :5987–5996, 1987.<p>[4] V. M. Shabaev and A. N. Artemyev. Relativistic nuclear recoil corrections to the energy levels of multicharged ions. J. Phys. B :At. Mol. Phys. 27 :1307–1314, 1994.<p>[5] J. P. Vinti. Isotope shift in magnesium. Phys. Rev. 56 :1120–1132, 1939. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished