基于上海EBIT装置的Ar等离子体光谱研究及其对聚变等离子体光谱伴线研究的意义

论文摘要

等离子体是宇宙中物质最主要的存在形式。电子束离子阱（EBIT）是一种性能优良的等离子体光源,对分解研究等离子体中的各种物理过程提供了有效的途径。测量等离子体中的离子发出的光谱是对等离子体进行诊断的重要手段,而伴线（卫星线）对等离子体诊断有着十分重要的价值。Ar的类He谱线及其类Li伴线已被广泛应用于可控核聚变等装置中。本文的研究方向是基于上海EBIT的光谱伴线研究及伴线在等离子体诊断中的应用,内容主要包括以下三个方面：一.利用平面晶体谱仪在上海EBIT装置上开展了类He的Ar离子基态1s2到1s 2l nl’的KLn系列双电子共振激发伴线的实验研究。精确测量了类He谱线1s2-1s 2p的跃迁能量和相对强度,并以此对实验光谱系统进行了能量校刻。详细测量了类He离子从KLL到KLO的共振激发谱线,以及KLO以上（卫星电子主量子数n>5）的所有共振激发的谱线。在此基础上通过日冕模型在理论上计算了该系列谱线,与实验结果进行了对比,两者符合得非常好。并且对实验中测量到的类Li离子产生的谱线做了说明,也表明计算的可靠性。二.独立开发基于细致能级的日冕模型等离子体模拟程序。计算中包括了1s2,1s nl,1s2 nl,1s nl n1l1（n<=5,n1<=9,l和l1为相应主量子数所有允许的取值）的所有能级,并将计算的谱线强度结果与EBIT中的实验结果进行了对比,两者符合非常好,从而验证了计算程序的可靠性。针对Tokamak中的Ar的谱线进行了计算,并与实验结果及文献中的相关计算结果进行了对比分析。三.介绍了Fe的类He谱线1s2-1s 2p及其伴线在天体等离子体温度诊断中的应用,计算了类He的Fe离子谱线的高n伴线,结果表明高n的伴线以及级联跃迁对等离子体温度诊断是不可忽略的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 EBIT工作原理
• 1.3 EBIT的发展与现状
• 1.4 基于上海EBIT的光谱学研究平台
• 1.5 论文提要
• 第二章 Ar的类He谱线及其类Li伴线的实验研究与理论计算
• 2.1 伴线对等离子体光谱诊断的意义
• 2.1.1 伴线在ICF诊断中的应用
• 2.1.2 伴线在MCF诊断中的应用
• 2.2 伴线类型及其物理过程
• 2.3 伴线诊断的方法
• 2.4 基于上海EBIT的Ar光谱实验
• 2.4.1 Ar离子的能级结构及实验方法
• 2.4.2 蒸发冷却及离子排空（dumpping）
• 2.4.3 实验装置
• 2.4.4 实验参数
• 2.5 理论计算及与实验对比
• 2.6 本章小结
• 第三章 等离子体谱线模拟及与Tokamak实验结果的比较
• 3.1 等离子体的类型
• 3.2 等离子体中的主要物理过程
• 3.3 等离子体模型
• 3.3.1 局域热动平衡模型
• 3.3.2 日冕均衡模型
• 3.4 谱线展宽与线型
• 3.4.1 谱线展宽
• 3.4.2 谱线线型
• 3.5 原子结构理论及计算程序包简介
• 3.5.1 相对论组态相互作用（RCI）
• 3.5.2 多组态Dirac-Fork（MCDF）
• 3.5.3 相对论多体微扰理论（RMBPT）
• 3.5.4 扭曲波波恩交换近似（DWBE）
• 3.6 FAC程序包
• 3.7 算法的实现
• 3.8 计算结果与Tokamak实验的对比
• 3.9 本章小结
• 第四章 类He的Fe离子跃迁及其伴线在天体等离子体诊断中的应用
• 4.1 研究背景
• 4.2 诊断原理与计算方法
• 4.3 计算结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 工作总结
• 第六章 发表文章汇总
• 参考文献
• 致谢