论文摘要
关于孤立环境下的原子过程在过去几十年里已经开展了大量的理论和实验工作,然而在许多领域（如天体物理、激光等离子体、惯性约束聚变）中必须考虑等离子体环境效应的影响,目前理论上可以通过屏蔽势来考察这种环境效应对原子结构和动力学过程的影响。在过去的理论工作中,主要是采用Debye-Huckel势来描述弱耦合等离子体中带电粒子之间的相互作用,采用离子球势（不包含温度）描述强耦合等离子体中粒子之间的相互作用。最近,Stanton和Murillo在无轨道密度泛函理论的基础上推导得到了一种新的屏蔽库仑势（以下简称SM势）,这种屏蔽势的优点是有效范围非常宽广,既适用于高温低密的经典德拜等离子体也适用于低温高密的量子等离子体。并且,这种屏蔽势还包含了等离子体简并、有限温度对动能的梯度修正和量子交换关联效应。与非屏蔽库仑势相比,等离子体屏蔽效应使原子结构和动力学过程都会呈现出显著不同的特性。利用SM势,我们考虑相对论效应发展了原子结构及光电离过程的方法和计算程序,并以惯性约束聚变等离子体实验环境（温度密度范围ne～1023-～1026cm-3,Te=150eV-300eV）中的C5+离子为例研究了温稠密等离子体环境效应对光电离过程的影响。通过分析计算结果,我们发现固定等离子体密度（温度）时,束缚态电子的能量会随着温度（密度）的减小（增加）而减小,在临界温度（密度）时会减小到零。此时若继续减小（增加）温度（密度）,原束缚态电子将进入连续态。在这些临界温度（密度）附近,处于准束缚态的电子会因离心势垒被有效势短暂束缚,相应的连续态波函数会出现较大的振幅。由于上述等离子体屏蔽作用对连续态和束缚态波函数的影响,在光电离截面中会出现势形共振。初态波函数的节点数大于零时,除势形共振外,光电离截面中还会出现Cooper极小。同时,我们还研究了温稠密等离子体的屏蔽效应对类氢离子Lyman和Balmer系列谱线的影响。研究发现:谱线强度的峰值在等离子体密度（温度）固定时,随温度（密度）的增加而增加（减小）。Hα谱线受屏蔽效应的影响发生红移,并且线移大小随密度增加满足非线性增加的关系。我们通过与现有的Hα线移实验数据以及采用Debye势得到的计算结果进行对比,发现采用SM势得到的计算结果与实验数据符合的更好。接下来,我们还利用SM势发展了原子轨道强耦合理论方法和程序,研究了温稠密等离子体的屏蔽效应对重粒子碰撞过程的影响。通过对质子和氢原子碰撞的非弹性过程的计算,发现碰撞激发和电荷转移截面的大小和随能量的变化行为,都会受到屏蔽库仑相互作用的影响。屏蔽长度发生变化时,束缚态数量的改变会限制反应通道的数量,这是碰撞过程中最重要的影响因素。除了等离子体环境效应方面的工作之外,本论文还研究了孤立环境下He+和He碰撞单电荷转移过程的微分截面,发现微分截面和随碰撞参数变化的电子俘获几率中均存在震荡结构,并且这两种震荡结构之间具有很强的对应关系。并且我们的计算结果与实验数据符合得非常好。本论文的组织结构如下:第一章介绍选题意义和研究进展。第二章介绍等离子体屏蔽效应对类氢离子光谱的影响。第三章介绍类氢离子Lyman和Balmer线系的谱线强度和线移随等离子体温度、密度的变化。第四章介绍等离子体屏蔽效应对C5+离子光电离过程的影响。第五章介绍等离子体屏蔽效应对碰撞动力学过程的影响。第六章介绍孤立环境中He+和He碰撞过程的微分截面特性。最后一章是对所有研究工作的总结和展望。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 赵国鹏
导师: 颜君,刘玲
关键词: 等离子体,屏蔽势,谱线,光电离,重粒子碰撞
来源: 中国工程物理研究院
年度: 2019
分类: 基础科学
专业: 物理学,物理学
单位: 中国工程物理研究院
分类号: O53;O562
总页数: 133
文件大小: 9463K
下载量: 79