《非局域热动平衡等离子体的粒子布居和辐射性质研究(1)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《非局域热动平衡等离子体的粒子布居和辐射性质研究(1)（148页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 分类号 O56 学号 08029006 539.1 密级 公开 理学博士学位论文 理学博士学位论文 非局域热动平衡等离子体的粒子布居非局域热动平衡等离子体的粒子布居 和辐射性质研究和辐射性质研究 博士生姓名 高 城 学 科 专 业 原子与分子物理 研 究 方 向 特殊环境下的原子分子过程 指 导 教 师 曾交龙 教授 国防科学技术大学研究生院 二一一年十一月 国防科学技术大学研究生院 二一一年十一月 论文书脊 论文书脊 非局域热动平衡等离子体的粒子布居和辐射性质研究 国防科学技术大学研究生院 Study on the population kinetics and radiative pro
2、perties of non-local thermodynamic equilibrium plasmas Candidate：Gao Cheng Supervisor：Zeng Jiaolong A dissertation Submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Natural Science in Physics Graduate School of National University of Defense Technology Changsha，Hunan，P
3、.R.China November，2011 独独 创创 性性 声声 明明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文题目： 非局域热动平衡等离子体的粒子布居和辐射性质研究 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位
4、论文的规定。本人授权 国防科学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文 档，允许论文被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密学位论文在解密后适用本授权书。 ） 学位论文题目： 非局域热动平衡等离子体的粒子布居和辐射性质研究 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 作者指导教师签名： 日期： 年 月 日 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 第 I 页 目目 录录 摘 要 . i Abstractiii 第一章 绪论 1 1.1 局域热动平衡等离子体辐射不透明度研究现状. 1 1.2
5、 稠密等离子体环境效应对辐射不透明度影响的研究. 2 1.3 非局域热动平衡等离子体辐射性质的研究. 4 1.4 本文的研究内容和方法. 6 参考文献 7 第二章 基本理论和计算方法. 18 2.1 NLTE 等离子体的电离平衡理论 18 2.2 NLTE 等离子体辐射不透明度和发射谱的计算方法 22 2.3 原子参数的计算. 24 参考文献 26 第三章 基于 DLA 的 NLTE 等离子体粒子布居和辐射性质研究. 27 3.1 组态选取原则. 27 3.2 NLTE 碳等离子体的粒子布居和辐射性质研究 28 3.2.1 外加辐射场对粒子布居的影响 28 3.2.2 自电离和双电子俘获过程对
6、粒子布居的影响 32 3.3 NLTE 氩等离子体的粒子布居和辐射性质研究 33 3.3.1 NLTE 氩等离子体的粒子布居和辐射性质. 33 3.3.2 热电子对粒子布居和 K 壳层发射谱的影响. 36 3.4 NLTE 高温金等离子体的粒子布居和发射谱 41 本章小结 43 参考文献 43 第四章 基于 DCA 的 NLTE 等离子体粒子布居和辐射性质研究 46 4.1 氖等离子体粒子布居和发射谱研究. 46 4.2 具有开 N 壳层的金等离子体粒子布居和 M 带发射谱的研究. 49 4.2.1 组态选取原则 49 4.2.2 与实验的系统比较 50 4.3 使用解析公式获得原子参数的 D
7、CA 模型. 54 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 第 II 页 4.3.1 原子参数的获得 54 4.3.2 与实验和其他模型结果的比较 56 4.4 由解析公式得到的自电离速率精度的检验. 60 4.4.1 自电离速率的精确计算 60 4.4.2 对由解析公式得到的自电离速率的检验 62 本章小结 71 参考文献 72 第五章 类氖氩离子 K 壳层激发自电离态的驰豫过程研究 . 74 本章小结 80 参考文献 80 第六章 等离子体环境对原子结构和辐射不透明度的影响 82 6.1 Debye 势及其性质 82 6.2 Debye 屏蔽对氢原子结构和光电离截面的影响 84 6.2.1
8、Debye 屏蔽对氢原子能级的影响. 84 6.2.2 Debye 屏蔽对氢原子光电离截面的影响. 87 6.3 Debye 屏蔽对碳等离子体辐射不透明度的影响 91 6.3.1 Debye 屏蔽对碳原子结构和光电离过程的影响. 91 6.3.2 Debye 屏蔽对碳等离子体辐射不透明度的影响. 97 本章小结 99 参考文献 100 第七章 使用精确的原子参数对高温等离子体的状态诊断 103 7.1 使用 LTE 等离子体辐射不透明度对高温铁等离子体状态的诊断 103 7.1.1 原子参数精度检验 103 7.1.2 使用精确的辐射不透明度对实验的诊断 107 7.1.3 高温铁等离子体辐射
9、不透明度的系统研究 112 7.2 使用碰撞辐射模型对 NLTE 碳等离子体电离平衡的诊断. 115 7.2.1 辐射场对电离平衡的影响 117 7.2.2 电子分布对电离平衡的影响 119 本章小结 120 参考文献 120 第八章 总结和展望. 125 致 谢 127 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 第 III 页 作者在学期间取得的学术成果. 129 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 第 IV 页 表 目 录 表 3.1 电子密度 243 1.0 10 e ncm=，温度 1 T=1 keV，热电子温度为20 keV，且热 电子分别占电子总数的10%，20%和30%时，氩等离子
10、主要占据离子的丰度。39 表4.1 不同条件下，金等离子平均电离度。 50 表4.2 Xe等离子体平均电离度：理论和实验的比较。 57 表4.3 不同条件下，金等离子体平均电离度。 58 表4.4 属于 50 Au + 的 9 34 4 dl l和 9 34 5 dl l的自电离能级自电离到 51 Au + 基态的几率， 表中仅列出了大于 131 5.0 10 s的部分。X(Y)表示10YX ，J表示自电离能级的总 角动量。 62 表4.5 从 50 Au + 的双激发组态 9 34dlnp和 9 34(4,5,6,.,9)dlnf n=自电离到 51 Au + 的 基组态 10 3d的组态-
11、组态自电离几率。CI和SC分别表示组态相互作用和单组态近 似得到的结果，Formula表示由公式(4.3.9)得到的结果。. 67 表5.1 属于 26224 1 2231223s sppssppe+ 自电离过程的能级-能级自电离速率。 78 表5.2 属于 44 2323ppps的能级-能级电子碰撞退激发速率。. 78 表5.3 属于 9 Ar +离子45 232ppp的能级-能级电子碰撞退激发速率。. 79 表5.4 属于 9 Ar +离子44 2323pppshv+和 45 232psphv+辐射跃迁系的能级- 能级跃迁速率（仅列出了各自的跃迁速率较大的部分）。 79 表6.1 氢原子轨
12、道对应的临界屏蔽长度 D （单位：玻尔半径 0 a）。n表示主量子 数，l表示磁量子数。标有a和b的数据分别取自文献5和40。. 84 表6.2 氢原子能级 （相对基态能量） 随着屏蔽长度 D 的变化 （单位：eV） 。 D = 表示不考虑屏蔽作用。对 1/2 1s轨道，括号中的数值表示绝对的能量值。. 85 表6.3 氢原子Lyman线系振子强度随屏蔽长度的变化， 标有a和b的数据取自文 献5和13。. 86 表6.4 氢原子Balmer线系振子强度随屏蔽长度的变化， 标有a和b的数据分别取 自文献5和13。. 87 表6.5 氢原子在不同屏蔽长度 D 时的基态光电离截面。 光子能量和屏蔽长
13、度都采 用原子单位，截面单位为Mb，X（Y）表示10YX 。标记有a和b的数据分别取 自文献17和23。. 88 表6.6 C VI离子束缚-束缚跃迁能量和振子强度随屏蔽长度的变化。对每一条跃 迁线，第一行表示跃迁能（单位：eV），第二行表示振子强度。最后一列的结果 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 第 V 页 取自NIST42。 91 表6.7 C VI离子轨道在不同的屏蔽长度 D 下的电离能（单位：eV）。. 93 表6.8 C VI离子Lyman线系振子强度随屏蔽长度 D 的变化。标有a和b的结果 分别取自文献5和13。. 94 表6.9 C VI离子Balmer线系振子强度随屏蔽长
14、度 D 的变化。标有a的结果取自 文献5。. 94 表6.10 C V离子的()() 2 1/21/21/2 1 0 11(2,3,4,5)ssnsn=磁偶极跃迁几率（ 1 s）随屏 蔽长度的变化。 95 表6.11 0 10 D a=时，等离子体温度分别是30，40和50 eV时，不考虑和考虑屏 蔽效应的影响时，离子丰度分布的比较（分别列于对应的上下两行）。 97 表6.12 同表6.11，但是 0 5 D a=。. 97 表6.13 温度为100 eV时的碳等离子体平均辐射不透明度随屏蔽长度 D 的变化。 99 表7.1 属于 17 Fe + 能量最低的53个能级（单位：eV）。 104
15、表7.2 基组态 522 2ps与激发态 6 22ps、sps322 42 和dps322 42 之间的跃迁几率和 波长，跃迁线的能级标号同表7.1。 106 表7.3 不同温度下，处于局域热动平衡条件下的铁等离子体中不同价态离子对丰 度分布。 电子密度为 213 6.9 10 cm。 表中最后一列表示经实验诊断得出的丰度分布。 111 表7.4 150 eV的等温系列和0.01 3 /g cm的等密度条件下LTE铁等离子体中各价 离子的丰度分布。 112 表7.5 不同的辐射温度下， 4 C +总的电离和复合几率，以及各个电离和复合机制 的贡献。电子温度为70 eV，表中( )X Y表示10
16、YX 。 119 表7.6 不同温度时电子的简并度。 119 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 第 VI 页 图 目 录 图3.1 温度为50 eV，电子密度分别为(a) 183 1 10 cm，(b) 203 1 10 cm和(c) 213 1 10 cm的碳等离子体粒子布居：NLTE和LTE结果的比较。. 28 图3.2 电子温度 e T =10 eV的碳等离子体平均电离度随电子密度的变化。. 29 图3.3 电子温度 e T =50 eV，电子密度 213 1 10 e ncm= ，辐射场温度分别为 r T =0， 25，50，75和100 eV时，碳等离子体粒子布居的变化。. 30 图3.4 电子温度 e T =50 eV，辐射场温
