發(fā)布時(shí)間：2020-11-16 14:33

　　 關(guān)于孤立環(huán)境下的原子過程在過去幾十年里已經(jīng)開展了大量的理論和實(shí)驗(yàn)工作,然而在許多領(lǐng)域(如天體物理、激光等離子體、慣性約束聚變)中必須考慮等離子體環(huán)境效應(yīng)的影響,目前理論上可以通過屏蔽勢(shì)來考察這種環(huán)境效應(yīng)對(duì)原子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)過程的影響。在過去的理論工作中,主要是采用Debye-Huckel勢(shì)來描述弱耦合等離子體中帶電粒子之間的相互作用,采用離子球勢(shì)(不包含溫度)描述強(qiáng)耦合等離子體中粒子之間的相互作用。最近,Stanton和Murillo在無軌道密度泛函理論的基礎(chǔ)上推導(dǎo)得到了一種新的屏蔽庫侖勢(shì)(以下簡稱SM勢(shì)),這種屏蔽勢(shì)的優(yōu)點(diǎn)是有效范圍非常寬廣,既適用于高溫低密的經(jīng)典德拜等離子體也適用于低溫高密的量子等離子體。并且,這種屏蔽勢(shì)還包含了等離子體簡并、有限溫度對(duì)動(dòng)能的梯度修正和量子交換關(guān)聯(lián)效應(yīng)。與非屏蔽庫侖勢(shì)相比,等離子體屏蔽效應(yīng)使原子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)過程都會(huì)呈現(xiàn)出顯著不同的特性。利用SM勢(shì),我們考慮相對(duì)論效應(yīng)發(fā)展了原子結(jié)構(gòu)及光電離過程的方法和計(jì)算程序,并以慣性約束聚變等離子體實(shí)驗(yàn)環(huán)境(溫度密度范圍ne～1023-～1026cm-3,Te=150eV-300eV)中的C5+離子為例研究了溫稠密等離子體環(huán)境效應(yīng)對(duì)光電離過程的影響。通過分析計(jì)算結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)固定等離子體密度(溫度)時(shí),束縛態(tài)電子的能量會(huì)隨著溫度(密度)的減小(增加)而減小,在臨界溫度(密度)時(shí)會(huì)減小到零。此時(shí)若繼續(xù)減小(增加)溫度(密度),原束縛態(tài)電子將進(jìn)入連續(xù)態(tài)。在這些臨界溫度(密度)附近,處于準(zhǔn)束縛態(tài)的電子會(huì)因離心勢(shì)壘被有效勢(shì)短暫束縛,相應(yīng)的連續(xù)態(tài)波函數(shù)會(huì)出現(xiàn)較大的振幅。由于上述等離子體屏蔽作用對(duì)連續(xù)態(tài)和束縛態(tài)波函數(shù)的影響,在光電離截面中會(huì)出現(xiàn)勢(shì)形共振。初態(tài)波函數(shù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)大于零時(shí),除勢(shì)形共振外,光電離截面中還會(huì)出現(xiàn)Cooper極小。同時(shí),我們還研究了溫稠密等離子體的屏蔽效應(yīng)對(duì)類氫離子Lyman和Balmer系列譜線的影響。研究發(fā)現(xiàn):譜線強(qiáng)度的峰值在等離子體密度(溫度)固定時(shí),隨溫度(密度)的增加而增加(減小)。Hα譜線受屏蔽效應(yīng)的影響發(fā)生紅移,并且線移大小隨密度增加滿足非線性增加的關(guān)系。我們通過與現(xiàn)有的Hα線移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及采用Debye勢(shì)得到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)采用SM勢(shì)得到的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合的更好。接下來,我們還利用SM勢(shì)發(fā)展了原子軌道強(qiáng)耦合理論方法和程序,研究了溫稠密等離子體的屏蔽效應(yīng)對(duì)重粒子碰撞過程的影響。通過對(duì)質(zhì)子和氫原子碰撞的非彈性過程的計(jì)算,發(fā)現(xiàn)碰撞激發(fā)和電荷轉(zhuǎn)移截面的大小和隨能量的變化行為,都會(huì)受到屏蔽庫侖相互作用的影響。屏蔽長度發(fā)生變化時(shí),束縛態(tài)數(shù)量的改變會(huì)限制反應(yīng)通道的數(shù)量,這是碰撞過程中最重要的影響因素。除了等離子體環(huán)境效應(yīng)方面的工作之外,本論文還研究了孤立環(huán)境下He+和He碰撞單電荷轉(zhuǎn)移過程的微分截面,發(fā)現(xiàn)微分截面和隨碰撞參數(shù)變化的電子俘獲幾率中均存在震蕩結(jié)構(gòu),并且這兩種震蕩結(jié)構(gòu)之間具有很強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。并且我們的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合得非常好。本論文的組織結(jié)構(gòu)如下:第一章介紹選題意義和研究進(jìn)展。第二章介紹等離子體屏蔽效應(yīng)對(duì)類氫離子光譜的影響。第三章介紹類氫離子Lyman和Balmer線系的譜線強(qiáng)度和線移隨等離子體溫度、密度的變化。第四章介紹等離子體屏蔽效應(yīng)對(duì)C5+離子光電離過程的影響。第五章介紹等離子體屏蔽效應(yīng)對(duì)碰撞動(dòng)力學(xué)過程的影響。第六章介紹孤立環(huán)境中He+和He碰撞過程的微分截面特性。最后一章是對(duì)所有研究工作的總結(jié)和展望。
【學(xué)位單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O53;O562
【部分圖文】：

１．１研究背景及意義??對(duì)于孤立環(huán)境中的原子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)過程的研宄，過去已經(jīng)開展了大量理論和實(shí)驗(yàn)方??面的工作，但在實(shí)際應(yīng)用中，很多物理過程都是在等離子體環(huán)境中發(fā)生的，圖１．１展示了??各種物理環(huán)境所對(duì)應(yīng)的等離子體溫度密度范圍［１］，包括ｔｏｋａｍａｋｓ、太陽大氣、激光等離子??體、慣性約束聚變等，與孤立環(huán)境相比，等離子體環(huán)境中的原子過程會(huì)有很大變化，例如：??等離子體環(huán)境效應(yīng)能夠解除角動(dòng)量量子態(tài)在庫侖勢(shì)下的能量簡并、能級(jí)隨屏蔽增強(qiáng)會(huì)向電??離限移動(dòng)、一些束縛態(tài)會(huì)進(jìn)入連續(xù)態(tài)、碰撞過程中反應(yīng)通道的數(shù)量會(huì)發(fā)生改變等。因此必??須要考慮等離子體屏蔽效應(yīng)對(duì)原子過程的影響。對(duì)于等離子體中的原子結(jié)構(gòu)、光過程和碰??撞動(dòng)力學(xué)過程的研究可以用于計(jì)算不透明度輸運(yùn)系數(shù)和阻止本領(lǐng)等，例如馬文考慮譜線位??置偏移計(jì)算了鐵等離子體的輻射不透明度［２］。圖１．２展示的是實(shí)驗(yàn)中通過將氫原子團(tuán)入射??到一種等離子體中產(chǎn)生強(qiáng)輻射從而測(cè)得的氫的光譜［３］，如圖所示，等離子體環(huán)境效應(yīng)的影??響導(dǎo)致一些高激發(fā)態(tài)進(jìn)入了連續(xù)態(tài)，譜線發(fā)生截?cái)�，僅能看到Ｈ？，Ｈ０ＤＨＹ譜線。??｜ｅＶ｜??…?ｍ‘?ｍ?７?ｉ〇?％?ｉｏ?ｉｏ?＇?？〇?ｉｎ１?ｔｏ％??ＩＵｊ—?＇?／?Ｊ??９－籲?ｅ?１?／?４＾??：??Ｓｏｌａｒ?ｃｏｒｏｎａ??ｔ?ｎｎｐ?／?，廣?＾?，?／?，?ｊ?

１．１研究背景及意義??對(duì)于孤立環(huán)境中的原子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)過程的研宄，過去已經(jīng)開展了大量理論和實(shí)驗(yàn)方??面的工作，但在實(shí)際應(yīng)用中，很多物理過程都是在等離子體環(huán)境中發(fā)生的，圖１．１展示了??各種物理環(huán)境所對(duì)應(yīng)的等離子體溫度密度范圍［１］，包括ｔｏｋａｍａｋｓ、太陽大氣、激光等離子??體、慣性約束聚變等，與孤立環(huán)境相比，等離子體環(huán)境中的原子過程會(huì)有很大變化，例如：??等離子體環(huán)境效應(yīng)能夠解除角動(dòng)量量子態(tài)在庫侖勢(shì)下的能量簡并、能級(jí)隨屏蔽增強(qiáng)會(huì)向電??離限移動(dòng)、一些束縛態(tài)會(huì)進(jìn)入連續(xù)態(tài)、碰撞過程中反應(yīng)通道的數(shù)量會(huì)發(fā)生改變等。因此必??須要考慮等離子體屏蔽效應(yīng)對(duì)原子過程的影響。對(duì)于等離子體中的原子結(jié)構(gòu)、光過程和碰??撞動(dòng)力學(xué)過程的研究可以用于計(jì)算不透明度輸運(yùn)系數(shù)和阻止本領(lǐng)等，例如馬文考慮譜線位??置偏移計(jì)算了鐵等離子體的輻射不透明度［２］。圖１．２展示的是實(shí)驗(yàn)中通過將氫原子團(tuán)入射??到一種等離子體中產(chǎn)生強(qiáng)輻射從而測(cè)得的氫的光譜［３］，如圖所示，等離子體環(huán)境效應(yīng)的影??響導(dǎo)致一些高激發(fā)態(tài)進(jìn)入了連續(xù)態(tài)，譜線發(fā)生截?cái)�，僅能看到Ｈ？，Ｈ０ＤＨＹ譜線。??｜ｅＶ｜??…?ｍ‘?ｍ?７?ｉ〇?％?ｉｏ?ｉｏ?＇?？〇?ｉｎ１?ｔｏ％??ＩＵｊ—?＇?／?Ｊ??９－籲?ｅ?１?／?４＾??：??Ｓｏｌａｒ?ｃｏｒｏｎａ??ｔ?ｎｎｐ?／?，廣?＾?，?／?，?ｊ?

?ｖ?＇?Ｋ?＇??在本論文的工作中，等離子體參數(shù)（心ｒｅ）范圍滿足條件ｖ＜６２。圖１．３展示了（？７；）??空間中的曲線ｖ＝６２，在曲線上方滿足條件ｖ＜６２。需要指出的是，當(dāng)ｖ＝６２時(shí)，／Ｌ＋?＝／ｌ＿?／２。??當(dāng)ｖ—０時(shí)，ａ—１，勢(shì)場(chǎng)約化為Ｔｈｏｍａｓ－Ｆｅｒｍｉ屏蔽勢(shì)（形式類似Ｄｅｂｙｅ－Ｈｉｉｃｋｅｌ勢(shì)），僅依賴??于屏蔽長度Ａ＝／ｌ＾Ｆ。??１．０?Ｉ?ｉ?１?Ｉ?１?Ｉ?１?Ｉ?＊??Ｉ：：：?：??－０．５?－?－??／??－１．０?——■?１?＇?１?■?１?■?１＿＾???１９?２０?２１?２２?２３?２４??ｌ〇９１０（ｎｅ［ｃｍ＇３］）??圖１．３在（？７；）空間中的函數(shù)ｖ＝Ｐ。？和７；的值在曲線之上時(shí)滿足條件ｖ＜６２。??需要指出的是，參數(shù)ｖ和６同時(shí)隨等離子體的密度和溫度變化。分別在圖１．４和圖１．５??中給出了參數(shù)ｖ隨辦（固定兩個(gè)不同的溫度）和７；（固定兩個(gè)不同的密度）的變化關(guān)系。在圖??１．６和圖１．７中給出了參數(shù)６隨（固定兩個(gè)不同的溫度）和７；（固定兩個(gè)不同的密度）的變化??關(guān)系。這些圖展示了參數(shù)空間（《ｅ，７；）中，有限溫度的梯度修正和電子交換關(guān)聯(lián)效應(yīng)對(duì)屏蔽??相互作用的重要影響。特別是當(dāng)ｎｅ?＜１０ｌｓｃｍ＿３?（固定７；＝０．３５ｅＶ）或《ｅ＜１０２２ｃｎｒ３?（固定??７；＝３．５ｋｅＶ）或?７＞ｌｅＶ?（固定?ｎｅ＝１０１８ｃｍ－３）或?７＞１００ｅＶ?（固定》ｅ＝１０２３ｃｎｒ３）時(shí)，ｖ—０，辦一１。??８??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 李華偉;等離子體環(huán)境下原子體系結(jié)構(gòu)與光譜性質(zhì)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

2 吳建華;等離子體中的原子與光子以及電子相互作用研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 田慶云;等離子體環(huán)境中離子電離能下降的研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

2 馬文;譜線位置偏移對(duì)等離子體輻射不透明度的影響[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2886341