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使用细致谱项模型研究铝等离子体的辐射不透明度

作　者: 曾交龙
导　师: 袁建民
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 等离子体辐射不透明度透射谱细致谱项模型平均原子模型离子丰度原子能级振子强度光电离
分类号: O536
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
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内容摘要

对使用细致谱项模型研究等离子体辐射不透明度所涉及到的主要物理问题进行了比较全面而系统的研究，这些物理问题主要包括两个方面：一是等离子体中离子丰度的研究，二是等离子体中发生的两种主要的微观过程，即束缚-束缚谱线吸收和束缚-自由吸收过程原子参数的研究。发展了使用细致谱项模型计算局域热动平衡条件下等离子体辐射不透明度的方法，使用细致谱项模型研究了铝等离子体在不同温度、密度条件下的辐射不透明度和x- 射线透射谱，对所涉及到的影响辐射不透明度的一些关键因素进行了详细的研究。具体说来，本文的主要研究内容归纳如下：一、讨论了Saha方程的两种数值求解方法，编制了相应的数值求解程序，两种方法得到的结果完全一致。使用此程序得到的结果与其它的理论模型得到的结果符合很好。二、对研究辐射不透明度所涉及到的两种主要的微观过程，即束缚-束缚谱线吸收和束缚-自由吸收过程进行了比较详细而深入的研究，获得了大量的实用原子参数，包括原子能级、谱线跃迁的振子强度和光电离截面等。 1、使用组态相互作用方法和R-矩阵方法对原子、离子的能级结构和偶极容许跃迁的振子强度进行了广泛的研究，这些研究包括价壳层和内壳层有关的能级结构和振子强度等。例如，首次使用R-矩阵方法比较系统地确定了C Ⅳ离子内壳层激发态的能级，与实验结果符合较好。对不同内壳层跃迁系列的振子强度进行了研究，分析了不同系列随跃迁末态的主量子数的变化规律。对 O Ⅳ离子的价壳层激发能级和相应的偶极跃迁振子强度进行了组态相互作用的研究，结果表明，对 O Ⅳ离子，组态之间的相互作用相当强，要获得与实验符合较好的原子能级，必须充分考虑这种作用。使用组态相互作用方法和R-矩阵方法首次对1s-2p的内壳层跃迁的激发能级和跃迁振子强度进行了比较研究，结果表明，内壳层激发态与连续态的相互作用以及不同电离通道之间的耦合对内壳层的激发能级和振子强度有一定的影响。对铝原子及其各价离子，得到了大量的实用原子辐射参数。 2、对电子碰撞展宽理论进行了研究，着重讨论了R-矩阵理论研究电子碰撞展宽的基本方法。使用此方法研究了 C Ⅳ离子共振谱线2s ~2S-2p ~2P~o 的电子碰撞增宽引起的线宽和线移随温度的变化关系。使用R-矩阵方法和半经验方法研究了Al Ⅹ 2s~2 ~1S-2S2p ~1P~o共振谱线的电子碰撞增宽引起的线宽和线移随温度的变化关系，两种理论方法在温度高于五万开尔文以后，符合很好。 3、使用R-矩阵方法对原子和离子的光电离过程进行了较详细的研究。研究了C Ⅱ离子基态 2S~22p ~2P~o的光电离截面，在电离阈附近，得到的光电离截面与其它的理论结果符合较好。但在密耦计算中包含更多的靶态时，在较高光子能量范围，得到的光电离截面与包国防科学技术大学研究生院学位论文一含较少靶态的结果有较大差异。研究了川 Vll离子基态k勺勺’咕”从第一电离阈到K壳层电离阈的光电离，在K壳层电离阈附近，共振使光电离截面大大增加，从而对X－射线不透明度或透射率有显著影响。由得到的光电离截面，确定了一些自电离态的共振能量和宽度，结果表明，内壳层激发态的自电离宽度较大。研究了 C IV离子基态和第一激发态的光电离截面，得到了内壳层激发态的共振能量，与实验结果符合较好。对铝原子及其离于，获得了大量的光电离辐射参数。 4、研究了Be二Mg和（7a亚稳态的光分解过程。使用R－矩阵方法得到了这些负离子的总、分光分解截面，确定了光分解截面展现的共振结构和与共振对应的激发态。对Be 离子的光分解截面，我们的结果与其它的理论结果符合较好，但与实验结果有一定差异。对（？－亚稳态的光分解，结果表明，在 4SSS咕阈附近的光分解截面没有迅速增加，这一结论与最近的一个实验结果得到的结论一致。 5、对一些离子的 Is上内壳层激发态的自电离宽度进行了较详细的研究。研究了 O Ill离于基组态 2522p‘和第一激发组态 ZSZp’所形成的谱项的内壳层光电离过程，由光电离截面所展现的共振结构，确定了 Is上内壳层激发态的自电离宽度，结果表明，在某些典型的氧等离子体条件，自电离共振展宽是等离子体中主要的谱线展宽机制。使用R－矩阵方法研究了 O IV离子 Is上内壳层激发态的自电离共振宽度。三、发展了使用细致谱项模型计算局域热动平衡条件下等离子体辐射不透明度的方法，仲用细致谱项模型和我们发展的计算方法研究了铝等离子体在一些典型的实验条件下的辐射不透明度和X．射线透射谱，对影响辐射不透明度和X．射线透射谱的一些关键因素进

全文目录

中文摘要  7-10
英文摘要  10-14
第一章绪论  14-36
  1．1 国际上不透明度研究的历史发展和现状  14-20
  1．2 国内不透明度研究现状  20-22
  1．3 不透明度理论研究基本方法及目的和意义  22-25
  1．4 本文的研究内容和方法  25-26
  参考文献  26-36
第二章局域热动平衡的辐射输运方程和平均不透明度  36-48
  2．1 有关的基本概念  36-38
  2．2 辐射输运方程  38-39
  2．3 局域热动平衡近似  39-41
  2．4 局域热动平衡近似的辐射输运方程  41-42
  2．5 局域热动平衡近似的辐射输运方程的形式解  42-43
  2．6 Rosseland平均不透明度  43-46
  2．7 Planck平均不透明度  46-47
  参考文献  47-48
第三章吸收系数和辐射跃迁理论基础  48-66
  3．1 等离子体辐射吸收系数  48-49
  3．2 Einstein系数  49-50
  3．3 以 Einstein系数表示的吸收系数  50-51
  3．4 原子与辐射相互作用的量子力学描述  51-57
    3．4．1 辐射场的哈密顿量  51-53
    3．4．2 辐射场的量子化  53-55
    3．4．3 原子与辐射场的相互作用和矩阵元  55-57
  3．5 辐射与物质的相互作用的基本过程  57-66
    3．5．1 束缚-束缚吸收  58-63
    3．5．2 束缚-自由吸收  63-64
    3．5．3 自由-自由吸收  64-66
参考文献  66-67
第四章粒子占据数的计算  67-75
  4．1 Boltzmann分布和单质的 Saha方程  67-70
  4．2 Saha方程的求解  70-72
  4．3 温度 40 eV，密度 0．0135 g／cm~3的铝等离子体的离子丰度分布  72-74
  本章小结  74
  参考文献  74-75
第五章原子及其离子的能级结构和光学振子强度  75-108
  5．1 原子结构的计算  75-80
  5．2 组态相互作用的原子波函数  80
  5．3 C Ⅳ离子价壳层及内壳层激发态的能级和相应跃迁的光学振子强度  80-86
    5．3．1 引言  81
    5．3．2 结果与讨论  81-86
  5．4 O Ⅳ离子价壳层及内壳层激发态的能级和相应跃迁的光学振子强度  86-92
    5．4．1 价壳层激发态的能级和跃迁的振子强度  88
    5．4．2 内壳层跃迁的激发能量和振子强度  88-92
  5．5 铝原子及其各价离子的能级结构和振子强度  92-105
  本章小结  105-106
  参考文献  106-108
第六章电子与原子的碰撞和谱线的电子碰撞展宽  108-127
  6．1 谱线增宽机制和光谱线型  108-111
    6．1．1 光谱线的自然增宽  108-109
    6．1．2 光谱线的碰撞增宽和 Stark增宽  109-110
    6．1．3 自电离共振展宽  110
    6．1．4 多普勒（Doppler）增宽  110-111
    6．1．5 Voigt线型  111
  6．2 电子碰撞增宽的基本理论  111-112
  6．3 R-矩阵理论和 R-矩阵程序  112-119
    6．3．1 R-矩阵理论背景和处理的物理过程  113-114
    6．3．2 非相对论的R-矩阵理论  114-118
    6．3．3 相对论的R-矩阵理论  118-119
  6．4 电子与 Be原子的弹性散射  119-120
  6．5 C Ⅳ共振谱线的电子碰撞展宽研究  120-123
  6．6 Al Ⅹ谱线的电子碰撞展宽研究  123-127
本章小结  127
参考文献  127-131
第七章原子和离子的光电离和负离子的光分解过程的研究  131-160
  7．1 使用R-矩阵理论研究光电离和光分解过程  131-132
  7．2 C Ⅱ的光电离截面的理论研究  132-136
    7．2．1 引言  132
    7．2．2 靶态波函数  132-134
    7．2．3 结果与讨论  134-136
  7．3 Al Ⅶ基态从电离阈到 K壳层的光电离  136-144
    7．3．1 引言  136-137
    7．3．2 计算细节  137-140
    7．3．3 结果与讨论  140-144
    7．3．4 结论  144
  7．4 铝原子及其各价离子的光电离研究  144-146
  7．5 Be~-，Mg~-和Ca~-负离子亚稳态nsnp~2 ~4P的光分解  146-155
    7．5．1 引言  146-148
    7．5．2 计算方法  148-150
    7．5．3 结果与讨论  150-155
    7．5．4 结论  155
  本章小结  155-156
  参考文献  156-160
第八章 K壳层激发态的自电离共振展宽研究  160-180
  8．1 O Ⅲ低激发态的光电离：一些1s-2p 激发态的自电离共振能量和宽度  160-167
    8．1．1 引言  160-161
    8．1．2 计算细节  161-162
    8．1．3 结果与讨论  162-167
    8．1．4 结论  167
  8．2 O Ⅳ离子K壳层跃迁的振子强度和自电离宽度  167-177
    8．2．1 引言  168
    8．2．2 计算细节  168-169
    8．2．3 结果与讨论  169-177
  8．3 Al Ⅴ-Al Ⅸ离子的 K壳层跃迁的振子强度和自电离宽度  177
  本章小结  177-178
  参考文献  178-180
第九章铝等离子体的辐射不透明度和平均不透明度  180-199
  9．1 温度为 20eV，密度为 0．01g／cm~3的铝等离子体的辐射不透明度研究  180-189
    9．1．1 引言  180-181
    9．1．2 理论方法  181-184
    9．1．3 结果与讨论  184-189
    9．1．4 结论  189
  9．2 高温铝等离子体辐射不透明度的系统研究  189-194
    9．2．1 40 eⅤ等温系列条件下铝等离子体的辐射不透明度  190-191
    9．2．2 0．01g／cm~3等密度系列条件下铝等离子体的辐射不透明度  191-193
    9．2．3 等电离度Z~*～7．13 系列条件下铝等离子体的辐射不透明度  193
    9．2．4 结论  193-194
  9．3 谱线宽度对辐射不透明度的影响  194-196
  本章小结  196-197
  参考文献  197-199
第十章铝等离于体的 x-射线透射谱研究  199-209
  10．1 温度为40 eⅤ，密度为0．0135 g／cm~3铝等离子体x-射线透射谱研究  199-205
    10．1．1 引言  199-200
    10．1．2 理论方法  200
    10．1．3 结果与讨论  200-205
    10．1．4 结论  205
  10．2 温度为 58 eⅤ，密度为 0．02g／cm~3的铝等离子体 x-射线透射谱研究  205-206
  本章小结  206-207
  参考文献  207-209
第十一章结论与展望  209-214
  参考文献  212-214
致谢  214-215
攻读博士学位期间发表的论文  215-216

使用细致谱项模型研究铝等离子体的辐射不透明度

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