采用双分布函数格子Boltzmann方法的直流氩等离子体流动与传热分析

本文采用双分布函数格子Boltzmann方法(DDF-LB)模拟了直流氩电弧等离子体中的流动与传热问题。针对非局域热平衡状态下热等离子体中的原子、离子和电子三种组分,推导给出了不同组分的格子Boltzmann方程,通过耦合迭代求解得到各组分的温度和速度分布。文中采用随温度变化的松弛时间用以提高数值计算的稳定性。通过将本文的计算结果与文献结果进行比较,验证了DDF-LB方法求解等离子体中能量输运问题的稳定性和数值精度。     

中低能速度能区离子与H,He原子碰撞中的经典电子俘获截面

Bohr-Lindhard模型被用来描述中低能速度能区离子—原子碰撞中的经典电子俘获过程。根据离子与原子的作用时间与碰撞参数的关系,建立俘获几率对碰撞参数的依赖性,碰撞参数范围被限定在俘获半径之内。在该模型的框架内,人们试图通过电子的空间分布函数来研究所有碰撞参数的贡献,但存在较为复杂的数值计算。基于Bohr-Lindhard模型,本工作提出通过简单的指数衰减函数来描述电子俘获几率对碰撞参数的依赖性,计算了Aq+(q = 2~6)-H碰撞中的单电子俘获截面和Aq+(q = 3~6)-He碰撞中的双电子俘获截面,计算结果与已有实验数据符合很好,很好地描述了低能和中能区的电子俘获截面随能量和电荷态的变化,该工作还可计算其他不同电荷态离子与He和H靶的电子俘获截面。     

中低能速度能区离子与H,He原子碰撞中的经典电子俘获截面（英文）

Bohr-Lindhard模型被用来描述中低能速度能区离子—原子碰撞中的经典电子俘获过程。根据离子与原子的作用时间与碰撞参数的关系,建立俘获几率对碰撞参数的依赖性,碰撞参数范围被限定在俘获半径之内。在该模型的框架内,人们试图通过电子的空间分布函数来研究所有碰撞参数的贡献,但存在较为复杂的数值计算。基于Bohr-Lindhard模型,本工作提出通过简单的指数衰减函数来描述电子俘获几率对碰撞参数的依赖性,计算了A~(q+)(q=2～6)-H碰撞中的单电子俘获截面和A~(q+)(q=3～6)-He碰撞中的双电子俘获截面,计算结果与已有实验数据符合很好,很好地描述了低能和中能区的电子俘获截面随能量和电荷态的变化,该工作还可计算其他不同电荷态离子与He和H靶的电子俘获截面。     

O3+与氦原子碰撞过程的CTMC计算

应用经典径迹蒙特卡罗方法研究了O3+离子与氦原子碰撞的各种反应过程.基于使用多个系统总能量U值,对初始电子的微正则分布进行了优化,使其更接近于量子力学的径向空间分布.作为检验,首先在独立电子模型近似下计算了He2+与氦原子碰撞的各种反应过程,通过与实验的比较,发现对氦原子靶,优化极大地提高了计算精度.计算了O3+与氦原子随入射离子能量变化的各种反应过程截面,特别是单电子丢失、双电子丢失的总截面,以及转移电离截面与单俘获截面的比值,并与实验进行了比较,发现单双电子丢失截面与实验符合得很好,但在大于200 keV/u的能区,转移电离截面与单俘获截面的比值与实验有较大的差距,这表明独立电子模型需要进一步改进.     

O3+与氦原子碰撞过程的CTMC计算

应用经典径迹蒙特卡罗方法研究了O³⁺离子与氦原子碰撞的各种反应过程.基于使用多个系统总能量U值，对初始电子的微正则分布进行了优化，使其更接近于量子力学的径向空间分布.作为检验，首先在独立电子模型近似下计算了He²⁺与氦原子碰撞的各种反应过程，通过与实验的比较，发现对氦原子靶，优化极大地提高了计算精度.计算了O³⁺与氦原子随入射离子能量变化的各种反应过程截面，特别是单电子丢失、双电子丢失的总截面，以及转移电离截面与单俘获截面的比值，并与实验进行了比较，发现单双电子丢失截面与实验符合得很好，但在大于200 keV/u的能区，转移电离截面与单俘获截面的比值与实验有较大的差距，这表明独立电子模型需要进一步改进.     

慢电子与Cd和TI原子弹性碰撞总截面的计算

本文作者曾采用慢电子散射的等效势模型,用Slater函数作为靶原子中电子的波函数,计算了慢电子与比较复杂的Hg原子的弹性碰撞总截面(能量为10~(-8)～10ev)、微分散射截面(能量分别为1.4和2.4ev,角度为30～160°)和动量转移截面(能量为1～10ev),计算结果与实验符合得比较好。现在采用同样的方法,进一步对其在周期表位置上的两相邻原子Cd和Tl进行计算,以期望对慢电子与Cd、Hg和Tl原子弹性碰撞的规律性有所认识.由计算结果知,慢电子与Cd、Hg和Tl原子弹性碰撞的总截面除了在能量为0.5ev左右都有一极大值外,在能量很小处E约为10~(-6)ev左右都还有一极小值。对本文计算结果我们作了一定的分析和讨论。     

P—He碰撞中1s—ns电子俘获截面计算

本文进一步发展了由我们提出的一种新的方法来计算离子－原子，离子－离子碰撞中１ｓ－ｎｓ电子俘获截面。在该方法中，我们用联合原子模型描述初态电子的导曲波函数及用氢原子模型的描述末态电子的波函数，在小几率及峰点近似条件下，其散射振幅为一简单的解析形式。在１０－２００ｋｅＶ能量范围，我们用此方法计算了Ｐ＋Ｈｅ碰撞中电子俘获到４ｓ态的截面。计算结果与实验结果在３０－２００ｋｅＶ能量很好地一致。特别是我们的结     

碰撞辐射稳态等离子体电荷态分布的一种扩展模型

通过等离子体中离子激发-退激发平衡关系,构造一种离子激发组态之间满足的非Boltzmann分布,利用这个分布作为权函数对原子过程速率系数进行平均,构造出一个扩展的碰撞辐射稳态模型.利用该模型计算从低Z到高Z元素等离子体平均离子电荷随电子温度的变化.进而研究非Boltzmann分布对平均电离度和激发组态相对密度的影响.结果表明,它对相对激发组态密度的影响非常显著. 关键词： 扩展的碰撞辐射稳态 概率分布 能级动理学     

裸核离子与中性原子碰撞电离过程的理论研究

基于处理裸核离子与中性原子碰撞电离过程的OBKN和ECPSSR理论模型,系统计算了不同裸核离子与中性原子碰撞K壳层电子俘获截面和直接电离截面,并与其它文献已有的理论和实验结果进行了比较.研究结果表明：碰撞能量较低时,电子俘获截面大于直接电离截面,随着碰撞能量的增加,电子俘获截面和直接电离截面均是先增大后减小且直接电离截面减小地非常缓慢,高能时,直接电离截面大于电子俘获截面.当入射炮弹离子速度接近0.67倍靶原子K壳层电子速度时,电子俘获截面达到最大值,而当入射炮弹离子速度接近靶原子K壳层电子速度时,直接电离截面达到最大值.     

裸核离子与中性原子碰撞电离过程的理论研究

基于处理裸核离子与中性原子碰撞电离过程的OBKN和ECPSSR理论模型,系统计算了不同裸核离子与中性原子碰撞K壳层电子俘获截面和直接电离截面,并与其它文献已有的理论和实验结果进行了比较.研究结果表明:碰撞能量较低时,电子俘获截面大于直接电离截面,随着碰撞能量的增加,电子俘获截面和直接电离截面均是先增大后减小且直接电离截面减小地非常缓慢,高能时,直接电离截面大于电子俘获截面.当入射炮弹离子速度接近0.67倍靶原子K壳层电子速度时,电子俘获截面达到最大值,而当入射炮弹离子速度接近靶原子K壳层电子速度时,直接电离截面达到最大值.     

激光金等离子体的电子离子碰撞电离速率系数

电子离子碰撞电离过程在超组态碰撞辐射(SCROLL)模型中真实模拟非局域热动力学平衡(non-LTE)高Z材料Au激光等离子体M带谱5f-3d跃迁中各种复杂离子的电离态特性,诸如离子的平均电离度和电荷态分布是一个主要过程.基于准相对论扭曲波玻恩交换近似,采用组态平均的方法,从头计算了金M带类铁金离子-类锗金离子的电子离子碰撞电离速率系数,其中电离截面的高能行为由Bethe系数决定.结果表明:在"神光Ⅱ"实验装置诊断的电子温度～2keV,电子密度～6×1021cm-3范围内,这些参数有利于使用超组态碰撞辐射模型拟Au的激光等离子体M带细致谱5f-3d跃迁的平均电离度和电荷态分布.     

Electron impact ionization cross sections of the CO2 clusters

The modified Jain–Khare semi-empirical formalism for the evaluation of differential and integral electron impact ionization cross sections for molecules has been extended to the evaluation of cross sections for the electron ionization of CO₂ clusters: (CO₂)₂₄₀ and (CO₂)₁₇₀₀. The energy dependent differential cross sections are evaluated at the incident electron energies of 50, 100 and 200 eV. The integral total ionization cross sections have been calculated in the energy range varying from ionization thresholds to 1000 eV which revealed a good agreement with the available experimental and the theoretical data. The ionization rate coefficients have also been evaluated using the presently calculated ionization cross sections and Maxwell–Boltzmann energy distributions.     

Phonon and electron transport in aluminum thin film: Influence of film thickness on electron and lattice temperatures

Influence of film thickness on non-equilibrium energy transport in the aluminum thin film is examined. The solutions of Boltzmann equation and the modified two-equation model are presented to predict electron and phonon temperatures in the film for various film thicknesses. It is found that electron and phonon temperatures predicted from the Boltzmann equation differ from the solution of two-equation model in the film for small film thickness. As the film thickness increases, this difference becomes negligibly small. Two-equation model predicts higher electron and phonon temperatures than those obtained from the solutions of the Boltzmann equation in the vicinity of the high temperature edge. This becomes opposite in the region of the low temperature edge.     

Boltzmann Limit and Quasifreeness for a Homogenous Fermi Gas in a Weakly Disordered Random Medium

We discuss some basic aspects of the dynamics of a homogenous Fermi gas in a weak random potential, under negligence of the particle pair interactions. We derive the kinetic scaling limit for the momentum distribution function with a translation invariant initial state and prove that it is determined by a linear Boltzmann equation. Moreover, we prove that if the initial state is quasifree, then the time evolved state, averaged over the randomness, has a quasifree kinetic limit. We show that the momentum distributions determined by the Gibbs states of a free fermion field are stationary solutions of the linear Boltzmann equation; this includes the limit of zero temperature.     

The kinetics of hole-burning in semiconductor lasers

It is shown that the nonequilibrium electron distributions of a lasing semiconductor can be calculated from a linearized Boltzmann equation for the intraband Coulombcollision rate. A successive expansion for small momentum transfer yields an integro-differential equation, whose differential part is the usual Fokker-Planck equation. The additional integral part assures the conservation of the total momentum and energy of the electron gas. A formal solution of the resulting kinetic equation is given from which one can calculate the hole burned into the electron distribution by the laser field.     

电子垂直入射电离氦原子碰撞机理的理论研究

用3C模型和修正后的3C模型在低能、两个出射电子等能分享几何条件下,对电子垂直入射碰撞电离氦原子的三重微分散射截面进行了理论计算,并把计算结果与实验测量结果进行了比较,系统研究了(e,2e)反应中各种屏蔽效应对氦原子三重微分散射截面的影响,同时对截面中形成各峰的碰撞机理做了详细的探讨.研究结果表明:在入射能较低时,各种屏蔽效应对氦原子的三重微分散射截面幅度以及角分布均存在一定影响,并且形成各峰的碰撞机理直接影响截面的变化规律.     

变像管相机中空间电荷效应的统计动力学分析

 从Boltzmann积分微分方程出发推出了保守势场中电子数密度按势能的分布规律,即Boltzmann统计分布。以此为基础,从统计动力学的角度详细分析了变像管相机中超短电子脉冲内部的空间电荷效应,通过求解Poisson方程得出了表征空间电荷效应的两个特征参量：空间电荷密度分布函数和速度分布函数,并对其按电位的动态变化规律进行了定性讨论。结果表明,限制变像管中的低电位区域和其中光电子脉冲从高电位向低电位传输的区域都将有助于优化整个变像管的性能。同时也重新讨论了光电阴极附近强加速场对光电子脉冲时间弥散的抑制作用,最终确定了其物理机制为不等位区间中电子脉冲空间分布的高度集中性。     

Electron kinetics of molecular nitrogen dc discharge

Boltzmann equation for the electron gas in a DC discharge was solved simultaneously with the system of balance equations governing the populations of the vibrational levels in the ground state of molecular nitrogen. The calculation was performed for a stationary discharge in which the vibrational dissociation mechanism (ladder) is compensated by the wall recombination of nitrogen atoms. The results include the electron and molecular vibrational distributions together with the dissociation degree calculated over a wide range of the discharge parameters.     

Hot electrons in indium nitride: a new numerical approach to solving the electron transport problem

The electron transport in indium nitride in a heating electric field has been calculated. The results obtained are in good agreement with the known experimental data. The Boltzmann transport equation in the isotropic spatially homogeneous case has been solved using a new numerical approach based on the approximation of the distribution function from the points of a relatively thin grid in momentum space and the iterative search for a stationary solution.