含温有界原子模型下电子与离子碰撞激发、电离截面的理论研究

论文摘要

电子与离子碰撞过程在可控热核聚变、X光激光、天体物理以及辐射输运等研究中具有重要意义。为了得到精确的电子数布居情况,模拟出等离子体在各种离化度下的相对丰度,往往需要大量的电子离子碰撞截面数据。等离子体诊断也需要大量相关的截面数据。 在辐射不透明度研究领域,电子离子碰撞的影响日显重要。因为,电子与离子的碰撞造成了束缚态电子的激发、电离,由之引发了电子的退激发,再发射等多种间接过程。这些过程不仅影响能级上的电子布居数,而且影响束缚态能级的寿命。寿命的降低增大了谱线的宽度,加大了等离子体对光的吸收程度。在高温稀薄等离子体内部,由于离子类型比较简单,数目较少,这种宽度的改变对等离子体的光吸收影响甚微。但当等离子体温度密度低到一定范围时,等离子体内谱线的天然宽度、Doppler宽度变得微不足道,碰撞展宽就成为等离子体谱线吸收的主要宽度机制。这在辐射不透明度DTA模型中非常重要。 由于等离子体中离子类型众多,逐一计算等离子体中各种离子类型的电子离子碰撞激发、电离截面是不现实和不经济的。本文首先在含温有界平均原子模型下研究这个问题,采用统计的办法,用一个“平均”的离子代替了等离子体中众多的离子,因而使得计算等离子体中离子的电子离子碰撞激发、电离截面简洁、快速、全面,更主要的是计算结果从最基本的微观参数方面就自动包含了温度、密度效应。 在碰撞公式方面采用了扭曲波波恩交换近似方法。 本文在第一章引言部分首先介绍电子与离子碰撞的研究意义,然后介绍在这一领域国内外的研究现状,最后介绍本工作的主要研究内容。 第二章讲述本工作的基本理论。首先介绍的是含温有界原子模型,然后讨论了电子离子碰撞激发、电离过程的简单物理图像,最后介绍了非相对论扭曲波玻恩交换近似框架下的碰撞理论。

论文目录

• 第一章 引言
• §1.1 研究意义
• §1.2 国内外研究现状
• §1.3 主要研究内容
• 第二章 基本理论
• §2.1 含温有界原子模型
• §2.2 电子离子碰撞物理过程
• §2.3 扭曲波玻恩交换近似
• §2.3.1 直接电离截面
• §2.3.2 直接激发截面
• §2.3.3 扭曲波近似下的连续态波函数
• §2.3.3.1 自由电子受到的扭曲势
• §2.3.3.2 连续态波函数的归一化
• 第三章 计算结果与讨论
• §3.1 自由原子模型的计算结果
• §3.2 含温有界原子结构数据
• §3.3 含温有界原子模型的计算结果
• §3.3.1 含温有界原子与自由原子直接电离截面的比较
• §3.3.2 不同温度下的直接电离截面
• §3.3.3 不同密度下的直接电离截面
• 第四章 结论与后续工作展望
• 附录 在学期间发表文章目录
• 参考文献
• 致谢