等离子体辐射不透明度理论研究——超越平均原子模型模拟等离子体离子布居

摘要

在当前的惯性约束核聚变（ICF）研究中，高温高密等离子体的辐射性质是一个重要的研究课题。为了对ICF等离子体进行理论模拟和诊断分析，需要与等离子体的X射线吸收谱和发射谱相关的物理参数，这通常需要考虑各个电离度各种离子能态和其相互间巨大数目的跃迁过程。为了满足实际应用的需要，人们常常采用平均原子（AA）模型统计地处理这些离子的布居。然而，这种平均原子以及相关物理参数（如平均轨道能，平均轨道速率系数等）只适用于描述等离子体中电离度丰度最大的离子，对于其它电离度的离子则不能很好地描述。所以采用AA模型计算得到的离子布居与真实情况存在一定的差异。正是由于这个原因，前人通过修正二项式分布公式，做了一些超越AA模型的尝试，但是其AA模型的平均轨道能和离子组态模型的轨道能都采用了 More’s 屏蔽类氢原子结构模型进行近似处理。然而，对于精密物理的要求来说，需要分别自洽地计算平均原子的轨道能和各种离子的组态能量。我们发展了一套在超越AA模型的层次上自洽地计算等离子体布居的方法。在第3章中系统而详细地阐述该超越平均原子模型的理论方法。该方法可以较好地处理局域热动平衡（LTE）等离子体离子布居，并预期能够有效地处理非局域热动平衡（n-LTE）等离子体离子布居。 为了处理n-LTE等离子体中离化态原子的布居，需要将AA模型平均电子轨道的约化反应速率系数进行进一步的校正，得到细致组态的反应速率系数。在本文第四章中，我们以光电离过程为例，具体分析溴元素约化光电离截面随电离度变化的规律。在此基础上，我们提出由AA模型出发，得到这些随电离度变化的约化光电离截面的方法，进而可以得到细致组态的光电离速率系数和辐射复合速率系数，从而为精密描述n-LTE等离子体建立了基础。