强耦合等离子体的光学特性研究

论文摘要

强耦合等离子体是一个广泛研究的课题,人们对其持续甚至增加的兴趣来自所有的长程库仑相互作用多粒子系统有许多需要解决的基本理论问题以及来自各种应用方面的需求。本文研究了强耦合等离子体的光学特性,主要包括等离子体的线性响应理论,X射线Thomson散射和辐射的自由—自由吸收。介电函数（dielectric function）是线性响应理论的核心内容。编制程序计算了整个波矢和频率空间的电子气体的无规相近似（RPA）介电函数;研究了其随自变量的变化规律,并根据介电函数的零点得到了等离激元（plasmon）的色散关系;考察了密度和温度效应对等离激元的影响,集体激发随着密度的增加和温度的降低而增强。动态结构因子（dynamic structure factor）决定等离子体的光散射谱。设计了三种不同光散射过程,计算了不同密度和温度下Born-Mermin近似动态结构因子,其中包含了强耦合区域;在集体散射区域,曲线上呈现两个不对称的尖峰的结构,它对应了等离激元的激发,其位置由色散关系决定;作为比较,同时给出了RPA的结果,计算表明,碰撞使得上述峰的结构发生展宽和红移;在高密度的条件下,碰撞的影响变弱,这是由于泡利阻塞（Pauli blocking）引起的。从介电函数理论出发计算低光子能量区域等离子体自由—自由吸收系数。通过引入动态碰撞频率（dynamical collision frequency）考虑了动态屏蔽、电子的集体激发以及离子的关联等效应。计算了10000K温度的铝等离子体在0.025、0.1、0.3、0.5、1.0和2.0 g/cm3等不同密度条件下的自由—自由吸收系数。在接近固体密度时,计算结果与文献中提供的量子分子动力学结果符合地很好,证明了该方法对于处理温稠密等离子体中的非理想效应是合理的。计算结果同时和经典的Kramers吸收系数进行了比较,而后者只在低密度时是适用的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 等离子体状态的描述
• 1.2 强耦合等离子体的研究现状
• 1.3 本文的主要内容
• 第二章 理论基础
• 2.1 电子气体模型
• 2.1.1 电子气体的哈密顿量
• 2.1.2 无规相近似
• 2.1.3 电子气体中的集体行为和个体行为
• 2.1.4 等离子体振荡
• 2.2 介电函数
• 2.2.1 介电函数的定义
• 2.2.2 线性响应理论
• 2.2.3 电子气体无规相近似介电函数
• 2.2.4 碰撞效应的引入
• 2.3 动态结构因子
• 2.3.1 动态结构因子与散射实验
• 2.3.2 涨落—耗散定理
• 2.3.3 等离子体振荡激发
• 2.4 自由—自由吸收
• 2.4.1 辐射吸收的经典电磁理论
• 2.4.2 吸收系数与介电函数
• 第三章 无规相近似等离激元的基本特性研究
• 3.1 等离激元的激发条件
• 3.1.1 RPA 介电函数
• 3.1.2 色散关系
• 3.2 密度和温度效应对等离激元的影响
• 第四章 稠密等离子体X 射线Thomson 散射的理论研究
• 4.1 碰撞频率的计算
• 4.1.1 电子屏蔽和离子关联
• 4.1.2 密度和温度效应对碰撞频率的影响
• 4.2 Born-Mermin 动态结构因子的计算
• 4.2.1 Mermin 介电函数
• 4.2.2 碰撞效应对散射谱的影响
• 第五章 温稠密铝等离子体自由—自由吸收系数的计算
• 5.1 铝吸收系数的量子分子动力学结果
• 5.2 基于介电函数理论的结果和讨论
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果