一种计算非平衡等离子体中粒子能级布居的简化方法

获得粒子能级布居是研究非平衡等离子体辐射性质的一个重要方面.对于复杂三维等离子体,采用细致碰撞辐射模型虽然精确,但计算耗费大.本文提出了一种束缚态特征温度法,能够快速计算得到非平衡等离子体中的粒子能级布居.对非平衡氖等离子体算例的研究表明,本文方法是有效的,在等离子体非平衡程度不太高时与碰撞辐射模型符合较好.在计算效率上,本文方法比碰撞辐射模型至少提高了3000倍,可极大节约计算资源和成本,在工程计算中有重要实际意义.     

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     

一个快速模拟热稠密非平衡等离子体的碰撞辐射模型

在实验室和天体等离子体研究中,原子/离子的激发、退激发以及电离、复合过程对等离子体的电离和能量平衡有着重要的影响.在激光等离子体作用的辐射流体模拟中,需要在线计算等离子体的平均离化度和吸收/发射系数.在现有的计算能力下,通常采用比较简单的平均原子(average atom, AA)模型进行在线计算.随着实验技术和计算能力的发展,急需发展能够在线计算的细致非平衡原子模型.本文报道了最新发展的多离化度平均离子碰撞辐射模型(multi-average ion collisional-radiative model, MAICRM).该模型用一个平均离子模拟等离子体中某一离化度所有离子的平均轨道占据数和布居,即每个平均离子的轨道占据数为该离化度所有离子的轨道占据数的平均;平均离子的布居等于该离化度离子的布居和.平均离子的轨道占据数和布居通过迭代求解速率方法得到.用该模型计算了Fe, Xe和Au非平衡等离子体的离化度分布,计算结果与细致组态和超组态模型以及实验测量符合,而计算量相对于细致组态/超组态大大降低.预期该方法能与辐射流体程序耦合,实现细致非平衡原子模型的在线计算.     

再入飞行器驻点流光辐射特性的理论建模

本文用直接模拟蒙特卡罗法，对再入体驻点区域的流场、光辐射特性进行了研究．针对头部锥体驻点区（包括激波层），建立了流场中的化学反应模型，中性粒子和等离子体的热运动、粒子间碰撞的理论模型，碰撞激发辐射和化学发光辐射的物理模型．给出了样本粒子运动方向和速率、粒子碰撞对的选择等蒙特卡罗法概率模型和计算方法．     

Al等离子体辐射损失的数值研究

建立了一个用于研究Al等离子体中的离子丰度和辐射损失的碰撞辐射模型,模型考虑了碰撞电离和复合,碰撞激发和退激发,辐射复合和自发辐射跃迁等原子过程,在恒离子密度和光性薄近似下,讨论了该模型给出的离子丰度和辐射损失的动态结果。 关键词：     

质子碰撞硼原子非辐射的电荷转移过程

重粒子碰撞中的电子转移涉及复杂的电子关联机制,极大地影响等离子体中电荷态平衡,也是X射线的辐射的重要来源之一.电子转移截面与速率系数是国防工业发展核聚变等离子体所需要的重要原子参数.基于全量子的非辐射分子轨道密耦合方法,系统研究了质子碰撞硼原子在10^-3—10³ eV/u能量区间内的硼原子电子转移过程.计算采用多参考组:态方法得到总共15个电子转移、激发以及弹性散射的通道,每个通道对应的分子态能量得到了与实验符合较好的结果.分子态的绝热势能曲线间的避免交叉现象明显,构成了电子转移的主要途径.计算发现,质子碰撞硼原子过程中2s轨道的电子转移是占主导地位,2p轨道的电子转移贡献较小.在低能区,电子转移截面出现了明显的量子共振现象,这些共振主要来源于不同能量通道的耦合.此外,还计算了不同温度下的质子碰撞硼原子的电子转移速率,该速率可为复杂等离子体环境的模拟诊断提供重要的原子参数支持.     

高温稠密等离子体电子离子直接碰撞电离截面的理论研究

在高温稠密等离子体内，由于电子的热运动，产生了各种电子一离子碰撞过程，其中电子-离子直接碰撞电离就是一种很重要的物理过程。电子离子碰撞调节了等离子体内电子的布局数，使之从非平衡走向平衡。电子-离子的碰撞激发、离化导致电子在能级之间发生跃迁，影响能级的寿命，导致能级增宽，因而使谱线变宽，这种效应对研究等离子体辐射不透明度DTA(Detailed Term Accounting)模型具有重要的意义。     

Au等离子体M带5f-3d跃迁的电子离子碰撞激发速率系数

电子离子碰撞激发速率系数在超组态碰撞辐射模型中真实模拟非局域热动力学平衡Au激光等离子体M带谱 5f 3d跃迁中各种复杂电荷态离子的电离态特性 (譬如离子的平均电离度 ,相对丰度和能级布居数 )是必不可少的。基于准相对论多组态Hartree Fock方法和扭曲波玻恩交换近似 ,采用自编的扭曲波程序ACDW (9)和Fit(9) ,从头计算了Au等离子体M带 5f 3d电子离子碰撞激发速率系数。结果表明 :在“神光II”实验装置诊断的电子温度约 2keV ,电子密度约 6× 10 2 1cm-3 范围内 ,这些电子离子碰撞激发参数有利于采用超组态碰撞辐射模型模拟Au的激光等离子体M带 5f～ 3d细致谱的平均电离度和电荷态分布。     

用于研究铝等离子体软X射线光谱的碰撞-辐射模型

我们建立了一个以AlXI和AlXII离子为主的碰撞一辐射模型,模型中考虑了碰撞电离和复合,碰撞激发和退激发,辐射复合和自发辐射跃迁等原子过程.本文还分析了该模型的计算结果,包括离子丰度分布,辐射损失,及诊断的特性.     

离子(N2+, N+)在氮辉光放电等离子体光辐射中的作用

采用氮辉光放电等离子体电子与重粒子综合的Monte Carlo模型,研究了离子(N2+,N+)与氮分子碰撞产生光辐射的强度分布及其 在氮辉光放电等离子体光辐射中的作用。两种离子产生的各种碰撞激发和辐射都分布在鞘层区内,光辐射强度向阴极方向逐渐 增加,且总强度随放电电压增加而增强。相对于电子产生的碰撞激发辐射,离子(N2+,N+)引起的辐射在阴极附近引起次最大 光强,且原子离子N+的作用较分子离子N2+大。当电压较低时,离子(N2+,N+)引起的辐射可以忽略。模拟结果很好解释了两 种典型的N2辉光放电光学发射谱的实验结果,为等离子体诊断研究中的光谱数据分析提供参考。     

Au激光等离子体X射线发射光谱的理论研究

采用细致组态(detailed configuration accounting,DCA)方法和碰撞辐射模型(collisional radiative equilibriummodel),Cowan的相对论的原子结构理论程序,选取与初、末离子组态有关的平均组态,取Hartree-Fock-Slater自洽势,考虑了非局域热动力学平衡条件下等离子体的主要原子动力学过程,建立了描述等离子体中碰撞辐射模型的离子布居和能级布居的速率方程,得到了Au元素的离子分布和能级分布,电荷态分布和平均电离度,并模拟出Au激光等离子体的5f-3d跃迁的X射线发射光谱的谱线强度,计算得出的谱线强度与实验数据相比符合得较好.     

Auq+(q=53-47)激光等离子体的辐射复合速率系数

辐射复合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是一个主要过程.基于准相对论多组态Hartree-Fock理论和扭曲波近似,采用组态平均的方法,从头计算了金M带类铁金离子-类锗金离子的辐射复合速率系数,计算过程中包含了大量的单激发和双激发态,结果表明高Z元素由于自电离能级的广泛分布和复杂的级联效应,致使高Z元素的辐射复合系数不同于低Z元素的,其计算结果可用来模拟Au的激光等离子体M带5f-3d跃迁的平均电离度和电荷态分布及能级布居数.     

高温辐射场作用下的原子过程

等离子体中辐射能量密度与物质能量密度的比值是区分等离子体原子过程性质的重要参量. 根据这个参量, 等离子体中的原子过程可分为碰撞占优和辐射占优两种典型类型. 数值模拟发现碰撞占优和辐射占优的原子过程有不同的性质: 碰撞占优的等离子体能够很快达到LTE状态; 辐射占优等离子体的束缚电子温度、电离度和自由电子温度存在不同的弛豫时间尺度, 存在某种形式的准平衡状态.     

金等离子体M带谱3d→4f和3d→5f电子离子碰撞激发强度

电子离子碰撞激发强度在超组态碰撞辐射模型中真实模拟非局域热动平衡金激光等离子体M带谱跃迁中离子的平均电离度、电荷态分布和能级布居数等离子的电离态特性是必不可少的.基于全相对论扭曲波电子碰撞激发计算程序REIE06,系统计算了高离化态金离子(Au51+、Au50+、Au49+)精细结构能级3d→4f和3d→5f的碰撞强度,计算中详细考虑了电子关联效应和Breit相互作用对碰撞强度的影响.计算结果与可获得的其它理论及实验结果进行了比较,取得了好的一致性.     

含温有界原子模型下电子与离子碰撞激发和电离截面的理论研究

采用扭曲波玻恩交换近似方法，在自由原子模型下计算了电子与离子碰撞激发、电离截面，计算值与实验一致；在含温有界平均原子模型下，系统研究了不同温度、密度等离子体中离子的电子碰撞直接电离截面，发现由于温度、密度效应导致离子的能级漂移，引起等离子体中离子的碰撞电离截面比自由原子情形发生较大变化. 关键词： 平均原子模型 扭曲波波恩交换近似 电离截面     

利用不同原子模型计算局部热力学平衡等离子体电离态(英文)

等离子体电离态分布是等离子体物理学中被广泛应用的重要物理量之一,而原子数据是电离态计算的前提.首先,利用Rubiano相对论性原子结构模型、Faussurier非相对论原子结构模型和高度简化的More模型,分别计算各种电离度的Fe离子能量.通过与自洽场结果的比较后认为,Faussurier模型给出的原子数据比较精确可靠.然后,再利用以上模型研究了局部热力学平衡Fe等离子体电离态随温度和密度的变化情况.计算结果表明,不同原子模型提供的原子数据对平均电离度的计算结果影响不大,但明显地影响等离子体中的离子丰度.本文对这些差异进行了物理分析.     

Auq+(q=53-47)激光等离子体的辐射复合速率系数

辐射复合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是一个主要过程。基于准相对论多组态Hartree-Fock理论和扭曲波近似,采用组态平均的方法,从头计算了金M带类铁金离子-类锗金离子的辐射复合速率系数,计算过程中包含了大量的单激发和双激发态,结果表明高Z元素由于自电离能级的广泛分布和复杂的级联效应,致使高Z元素的辐射复合系数不同于低Z元素的,其计算结果可用来模拟Au的激光等离子体M带5f-3d跃迁的平均电离度和电荷态分布及能级布居数。     

电子与氦原子激态碰撞速率的光谱法研究

在电子密度5×10~(14)cm~(-3),电子温度1.1eV的氦等离子体中,用激光共振荧光,敏化荧光和激光“烧通”三种光谱技术,研究了电子与激态氦原子的碰撞速率.并与以文献上沿用的电子碰撞速率为基础的氦原子的多能级碰撞和辐射模型的计算进行了比较,发现该模型在很大程度上不能预言此类等离子体的特性.实验结果表明,氦原子激态间的电子碰撞转移速率的实际值远比理论值低.     

等容预压缩等离子体中的快点火热斑形成与燃烧波传播

研究热斑点火物理过程对于实现聚变点火和高增益聚变放能具有重要意义,但是,迄今为止的大部分相关研究都是针对等压构型预压缩等离子体进行的,对等容构型预压缩等离子体中的热斑点火过程研究尚不充分.本文针对双锥对撞点火方案产生的等容预压缩高密度等离子体,建立了描述热斑边界演化和核聚变燃烧的半解析模型.该模型表明,在等容预压缩高密度等离子体中的热斑边界,可以用对热斑产生的α粒子具有强烈吸收作用的激波波峰的位置来定义,且等容预压缩等离子体中的热斑点火过程也存在α粒子射程主导的自调节现象.通过考虑α粒子的空间不均匀沉积效应,可以利用该模型描述等容预压缩等离子体中热斑内部的温度和密度演化.使用该模型分析热斑在点火初期时刻的劳森参数和平均热斑温度发现,在快电子总能量相同情况下,能量较低的快电子束更有利于实现点火.辐射流体模拟程序O-SUKI-N的验证计算表明,本文提出的半解析模型的计算结果具有较强的合理性.     

H2O/N2脉冲流光放电和介质阻挡放电发射光谱比较

本文采用脉冲流光放电和介质阻挡放电两种放电形式分别获得了H2O / N2等离子体的发射光谱。 OH荧光辐射在两种放电等离子体中均出现,而Ha荧光辐射仅存在于脉冲流光放电等离子体中。实验还对脉冲流光放电条件下H、OH 荧光信号进行了时间分辨测量,结果显示Ha荧光信号滞后OH荧光信号约10 ns。根据时间分辨测量结果以及水分子离解的相关文献,实验判断等离子体内水分子离解的主要产物是基电子态的H原子和OH自由基,Ha荧光辐射源于快电子对H原子的次级碰撞激发。介质阻挡放电等离子体的放电脉冲宽度较窄,不能对基态 原子进行有效地次级碰撞激发,所以H2O / N2介质阻挡放电等离子体发射光谱中没有出现Ha荧光辐射。实验结论证实放电脉冲宽度对放电等离子体内次级碰撞激发过程有影响。