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电子离子碰撞nl壳层电离截面的理论研究

作　者: 葛树明
导　师: 易有根
学　校: 中南大学
专　业: 物理学
关键词: 强光光学激光惯性聚变电子离子碰撞电离截面相对论效应电子温度
分类号: O562.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

电子-离子碰撞电离的电离截面及速率系数是高温等离子体模拟与诊断的关键问题之一,是维持等离子体离化平衡及能级平衡的主要动力学原因。这一领域的深入研究,将对天体物理、强光光学、原子与分子物理、等离子体物理、凝聚态物理、地球物理、热力学统计物理学等基础学科的发展起重要的推动作用,以及对武器物理、激光爆炸力学、惯性约束聚变、宇航技术材料科学、能源工程等应用学科中也具有重要的应用价值。本文就强激光打靶情况下激光惯性约束聚变物理关心的电子离子碰撞电离截面开展工作,即探讨电子离子碰撞电离截面随入射电子能量、电子温度的问题。论文从惯性约束聚变着手,首先简单介绍了电子离子碰撞的基本物理过程：直接碰撞电离和碰撞激发-自电离,电子离子碰撞激发和退激发过程,光电离和辐射复合过程,电子离子碰撞nl壳层电离截面的扭曲波玻恩交换近似理论计算方法,电子离子碰撞电离nl壳层截面的Lotz近似方法,内壳层电子离子碰撞电离截面的Bethe理论方法,包括相对论效应和域值效应的内壳层电子离子碰撞电离截面的其它量子力学理论方法等。从电子离子碰撞电离截面出发,计算了通过采用相对论电子离子碰撞的K壳层的电离截面理论,采用bk、ck为无量纲的Bethe参数,计算了C, Al, Ca, Ti, Cu, Ge, Mo, Ag, Pb, Au的K壳层的电子离子碰撞截面,并分析了其随入射电子能量的变化趋势。计算的碰撞电离截面结果和最近的文献试验数值和其它理论值符合得比较好,从而验证了用nl壳层模型计算原子的电子离子碰撞截面的合理性。采用电子离子碰撞nl壳层电离截面Lotz近似方法,结合nl壳层模型,计算了入射电子能量在域值到1kev附近的自由原子基态的电子离子碰撞电离截面,不同壳层取不同常数的经验值a,b,和c,自由原子基态各子壳层取不同的束缚能(电离能),计算的电子离子碰撞电离截面结果与测量的电子离子碰撞电离截面实验结果相比有20%的误差,靠近域值附近的电子离子碰撞电离截面误差要稍大,计算过程中没有考虑到精细结构。计算过程中得到的原子基态的电子离子碰撞电离截面对确定光谱线的强度模拟及等离子体的Ka谱线理论计算和测量工作和等离子体的电子温度和电子密度以及平均电离度的诊断测量工作具有极其重要的意义。上述计算表明该程序具有相当的可靠性,完全可以用来满足等离子体的诊断测量和Ka谱的谱线强度模拟研究工作。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 引言  9-10
  1.2 电子离子碰撞  10-11
  1.3 光离化和光激发  11-12
  1.4 等离子体电子温度的诊断  12
  1.5 本论文的主要研究工作  12-14
第二章电子离子碰撞电离截面的基础理论方法  14-28
  2.1 引言  14
  2.2 电子离子碰撞电离物理过程  14-17
    2.2.1 直接碰撞电离  16
    2.2.2 碰撞激发自电离  16-17
  2.3 电子离子碰撞激发和退激发过程  17-19
  2.4 光电离和辐射复合过程  19-21
  2.5 扭曲波玻恩交换近似  21-24
  2.6 电子离子碰撞电离截面的Lotz方法近似  24-25
  2.7 内壳层电子离子碰撞电离截面的Bethe理论方法  25-26
  2.8 内壳层电子离子碰撞电离截面的其它量子力学理论方法  26-28
第三章电子碰撞K壳层电离截面的理论研究  28-36
  3.1 引言  28
  3.2 基本理论和方法  28-29
  3.3 计算结果与讨论  29-35
  3.4 小结  35-36
第四章电子碰撞外壳层电离截面的理论研究  36-48
  4.1 引言  36
  4.2 基本理论和方法  36-37
  4.3 计算结果与讨论  37-47
  4.4 小结  47-48
第五章总结与展望  48-50
  5.1 本文工作总结  48-49
  5.2 展望  49-50
参考文献  50-60
致谢  60-61
攻读硕士期间主要的研究成果  61

电子离子碰撞nl壳层电离截面的理论研究

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