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电子与离子碰撞过程在可控热核聚变、X光激光、天体物理以及辐射输运等研究中具有重要意义。为了得到精确的电子数布居情况,模拟出等离子体在各种离化度下的相对丰度,往往需要大量的电子离子碰撞截面数据。等离子体诊断也需要大量相关的截面数据。
在辐射不透明度研究领域,电子离子碰撞的影响日显重要。因为,电子与离子的碰撞造成了束缚态电子的激发、电离,由之引发了电子的退激发,再发射等多种间接过程。这些过程不仅影响能级上的电子布居数,而且影响束缚态能级的寿命。寿命的降低增大了谱线的宽度,加大了等离子体对光的吸收程度。在高温稀薄等离子体内部,由于离子类型比较简单,数目较少,这种宽度的改变对等离子体的光吸收影响甚微。但当等离子体温度密度低到一定范围时,等离子体内谱线的天然宽度、Doppler宽度变得微不足道,碰撞展宽就成为等离子体谱线吸收的主要宽度机制。这在辐射不透明度DTA模型中非常重要。
由于等离子体中离子类型众多,逐一计算等离子体中各种离子类型的电子离子碰撞激发、电离截面是不现实和不经济的。本文首先在含温有界平均原子模型下研究这个问题,采用统计的办法,用一个“平均”的离子代替了等离子体中众多的离子,因而使得计算等离子体中离子的电子离子碰撞激发、电离截面简洁、快速、全面,更主要的是计算结果从最基本的微观参数方面就自动包含了温度、密度效应。
在碰撞公式方面采用了扭曲波波恩交换近似方法。
本文在第一章引言部分首先介绍电子与离子碰撞的研究意义,然后介绍在这一领域国内外的研究现状,最后介绍本工作的主要研究内容。
第二章讲述本工作的基本理论。首先介绍的是含温有界原子模型,然后讨论了电子离子碰撞激发、电离过程的简单物理图像,最后介绍了非相对论扭曲波玻恩交换近似框架下的碰撞理论。
第三章是本工作的主要内容和计算结果。主要有以下工作:1、给出了在自由原子模型下电子离子碰撞电离截面的计算结果,并且与现有的实验进行了比较。
2、为了检验本文的非相对论Hartree-Fock-Slater含温有界原子模型的可靠性,与Rozsnyai发表的含温有界原子结构数据进行了比较。
3、计算了含温有界原子模型下的电子离子碰撞激发、电离截面以及总电离截面,定性分析了其规律。计算了自由原子模型和含温有界原子模型下单个壳层单电子的碰撞直接电离截面,对两种模型下的截面进行了定量对比。
4、在含温有界原子模型下仔细研究了不同温度等离子体的碰撞直接电离截面,与自由原子模型下的碰撞直接电离截面进行了比较,给出了截面随温度变化的系统规律,并对此进行了解释。
5、在含温有界原子模型下深入研究了等离子体的密度效应对碰撞直接电离截面的影响,系统研究了其变化规律,发现截面随密度变化较大,并且在不同入射能量处呈现不同的变化规律,对此给出了物理解释。