高温辐射场作用下的原子过程

孟广为; 李敬宏; 裴文兵; 张维岩

doi:10.7498/aps.61.043201

摘要

等离子体中辐射能量密度与物质能量密度的比值是区分等离子体原子过程性质的重要参量. 根据这个参量, 等离子体中的原子过程可分为碰撞占优和辐射占优两种典型类型. 数值模拟发现碰撞占优和辐射占优的原子过程有不同的性质: 碰撞占优的等离子体能够很快达到LTE状态; 辐射占优等离子体的束缚电子温度、电离度和自由电子温度存在不同的弛豫时间尺度, 存在某种形式的准平衡状态.

关键词:

The ratio of radiation energy density to matter energy density is an important parameter to distinguish the characteristic of atomic processes in plasma. Actoring to this parameter, atomic processes in plasma can be divided into two typical categories: collision-dominated and radiation-dominated. According to numerical simulation, atomic processes of these two categories have different characteristics. The LTE state can be quickly reached in the collision-dominated plasma. However in the radiation-dominated plasma, the temperature of bound electrons, the ionization degree, and the temperature of free electrons have different relaxation time scales. There is some kind of quasi-LTE state.

Keywords:

作者及机构信息

1.
北京应用物理与计算数学研究所, 北京 100094;

2.
国家高技术惯性约束聚变委员会, 北京 100088

Authors and contacts

1.
Institute of Applied Physics and Computational Mathmatics, Beijing 100094, China;

2.
National High-Technology Inertial Confinement Fusion Committee, Beijing 100088, China

参考文献

[1]	National Task Force on High Energy Density Physics 2004 Frontiers for Discovery in High Energy Density Physics p1-2
[2]	Pomraning G C 1973 The Equations of Radiation Hydrodynamics (Pergamon Press) p46-47
[3]	ApruZese J P, Davis J, Whitney K G, Thornhill J W, Kepple P C, Clark R W, Deeney C, Coverdale C A, Sanford T W L 2002 Phys. Plasmas 9 2411
[4]	Marshak R E 1958 Phys. Fluids 1 24
[5]	Pakula R, Sigel R 1985 Phys. Fluids 28 232
[6]	Hammer J H, Rosen M D 2003 Phys. Plasmas 10 1829
[7]	Meng G W, Li J H, Pei W B, Li S G, Zhang W Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 025210(in Chinese) [孟广为, 李敬宏, 裴文兵, 李双贵, 张维岩 2011 物理学报 60 025210]
[8]	Zimmerman G B, Kruer WB 1975 Comments Plasma Phys. Controlled Fusion 2 51
[9]	Marinak M M, Kerbel G D, Gentile N A, Johns O, Munro D, Pollaine S, Dittrich T R, Hann S W 2001 Phys. Plasmas 8 2275
[10]	Lindl J D, Amendt P, Berger R L, Glendinning S G, Glenzer S H, Hann S W, Kauffman R L, Landen O L, Suter L J 2004 Phys. Plasmas 11 339
[11]	Drake R P 2009 Nature Phys. 5 786
[12]	Foord M E, Heeter R F, van Hoof P A M, Thoe R S, Bailey J E, Cuneo M E, Chung H K, Liedahl D A, Fournier K B, Chandler G A, Jonauskas V, Kisielius R, Mix L P, Ramsbottom C, Springer P T, Keenan F P, Rose S J, and Goldstein W H 2004 Phys Rev. Lett. 93 055002
[13]	Foord M E, Heeter R F, Chung H K, van Hoof P A M, Bailey J E, Cuneo M E, Liedahl D A, Fournier K B, Jonauskas V, Kisielius R, Ramsbottom C, Springer P T, Keenan F P, Rose S J, Goldstein W H 2006 J. Quant. Spect. Rad. Trans. 99 712
[14]	Wang F L, Fujioka S, Nishimura H, Kato D, Li Y T, Zhao G, Zhang J, Takabe H 2008 Phys. Plasmas 15 073108
[15]	Fujioka S, Takabe H, Yamamoto N, Salzmann D, Wang F, Nishimura H, Li Y, Dong Q, Wang S, Zhang Y, Rhee Y, Lee Y, Han J, Tanabe M, Fujiwara T, Nakabayashi Y, Zhao G, Zhang J, Mima K 2009 Nature Phys. 5 821
[16]	Dong Q L,Wang S J, Li Y T, Zhang Y, Zhao J,Wei H G, Shi J R , Zhao G, Zhang J Y, Gu Y Q, Ding Y K, Wen T S, Zhang W H, Hu X, Liu S Y, Zhang L, Tang Y J, Zhang B H, Zheng Z J, Nishimura H, Fujioka S, Wang F L, Takabe H, Zhang J 2010 Phys. Plasmas 17 012701
[17]	Yang P Q,Wang F L, Zhao G 2011 Physics 40 23 (in Chinese) [杨培强, 王菲鹿, 赵刚 2011 物理 40 23]
[18]	Rose S J, van Hoof P A M, Jonauskas V, Keenan F P, Kisielius R, Ramsbottom C, Foord M E, Heeter R F, Springer P T 2004 J. Phys. B 37 L337
[19]	Rogers F J, Iglesias C A 1994 Sience 263 50
[20]	Perry T S, Davidson S J, Serduke F J D, Bach D R, Smith C C, Foster JM, Doyas R J,Ward R A, Iglesias C A, Rogers F J, Abdallah J, Stewart R E, Kilkenny J D, Lee R W 1991 Phys. Rev. Lett. 67 3784
[21]	Perry T S, Springer P T, Fields D F 1996 Phys. Rev. E 54 5617
[22]	Xu Y, Zhang J Y, Yang J M, Pei W B, Ding Y K, Lai D X, Meng G W, Luo Z 2007 Phys. Plasmas 14 052701
[23]	Griem H R 1963 Phys. Rev. 131 1170
[24]	Wilson R 1962 J. Quant. Spect. Rad. Trans. 2 477
[25]	McWhirter R W P 1965 Plasma Diagnostic Techniques (Academic New York) p201
[26]	Fujimoto T, McWhirter R W P 1990 Phys. Rev. A 42 6588
[27]	Zhang J, Chang T Q 2004 Fundaments of the Targets Physics for Laser Fusion (Industry of Denfense Press) [张钧, 常铁强 2004 激光核聚变靶物理基础 (国防工业出版社) 第127--143页]
[28]	Woan G 2006 The Cambridge Handbook of Physics Formula( Shanghai Science and Education Press) [格雷厄姆$cdot$沃安著, 喀兴林译 2006 剑桥物理公式手册 (上海科技教育出版社) 第156页]

施引文献

[1]	National Task Force on High Energy Density Physics 2004 Frontiers for Discovery in High Energy Density Physics p1-2
[2]	Pomraning G C 1973 The Equations of Radiation Hydrodynamics (Pergamon Press) p46-47
[3]	ApruZese J P, Davis J, Whitney K G, Thornhill J W, Kepple P C, Clark R W, Deeney C, Coverdale C A, Sanford T W L 2002 Phys. Plasmas 9 2411
[4]	Marshak R E 1958 Phys. Fluids 1 24
[5]	Pakula R, Sigel R 1985 Phys. Fluids 28 232
[6]	Hammer J H, Rosen M D 2003 Phys. Plasmas 10 1829
[7]	Meng G W, Li J H, Pei W B, Li S G, Zhang W Y 2011 Acta Phys. Sin. 60 025210(in Chinese) [孟广为, 李敬宏, 裴文兵, 李双贵, 张维岩 2011 物理学报 60 025210]
[8]	Zimmerman G B, Kruer WB 1975 Comments Plasma Phys. Controlled Fusion 2 51
[9]	Marinak M M, Kerbel G D, Gentile N A, Johns O, Munro D, Pollaine S, Dittrich T R, Hann S W 2001 Phys. Plasmas 8 2275
[10]	Lindl J D, Amendt P, Berger R L, Glendinning S G, Glenzer S H, Hann S W, Kauffman R L, Landen O L, Suter L J 2004 Phys. Plasmas 11 339
[11]	Drake R P 2009 Nature Phys. 5 786
[12]	Foord M E, Heeter R F, van Hoof P A M, Thoe R S, Bailey J E, Cuneo M E, Chung H K, Liedahl D A, Fournier K B, Chandler G A, Jonauskas V, Kisielius R, Mix L P, Ramsbottom C, Springer P T, Keenan F P, Rose S J, and Goldstein W H 2004 Phys Rev. Lett. 93 055002
[13]	Foord M E, Heeter R F, Chung H K, van Hoof P A M, Bailey J E, Cuneo M E, Liedahl D A, Fournier K B, Jonauskas V, Kisielius R, Ramsbottom C, Springer P T, Keenan F P, Rose S J, Goldstein W H 2006 J. Quant. Spect. Rad. Trans. 99 712
[14]	Wang F L, Fujioka S, Nishimura H, Kato D, Li Y T, Zhao G, Zhang J, Takabe H 2008 Phys. Plasmas 15 073108
[15]	Fujioka S, Takabe H, Yamamoto N, Salzmann D, Wang F, Nishimura H, Li Y, Dong Q, Wang S, Zhang Y, Rhee Y, Lee Y, Han J, Tanabe M, Fujiwara T, Nakabayashi Y, Zhao G, Zhang J, Mima K 2009 Nature Phys. 5 821
[16]	Dong Q L,Wang S J, Li Y T, Zhang Y, Zhao J,Wei H G, Shi J R , Zhao G, Zhang J Y, Gu Y Q, Ding Y K, Wen T S, Zhang W H, Hu X, Liu S Y, Zhang L, Tang Y J, Zhang B H, Zheng Z J, Nishimura H, Fujioka S, Wang F L, Takabe H, Zhang J 2010 Phys. Plasmas 17 012701
[17]	Yang P Q,Wang F L, Zhao G 2011 Physics 40 23 (in Chinese) [杨培强, 王菲鹿, 赵刚 2011 物理 40 23]
[18]	Rose S J, van Hoof P A M, Jonauskas V, Keenan F P, Kisielius R, Ramsbottom C, Foord M E, Heeter R F, Springer P T 2004 J. Phys. B 37 L337
[19]	Rogers F J, Iglesias C A 1994 Sience 263 50
[20]	Perry T S, Davidson S J, Serduke F J D, Bach D R, Smith C C, Foster JM, Doyas R J,Ward R A, Iglesias C A, Rogers F J, Abdallah J, Stewart R E, Kilkenny J D, Lee R W 1991 Phys. Rev. Lett. 67 3784
[21]	Perry T S, Springer P T, Fields D F 1996 Phys. Rev. E 54 5617
[22]	Xu Y, Zhang J Y, Yang J M, Pei W B, Ding Y K, Lai D X, Meng G W, Luo Z 2007 Phys. Plasmas 14 052701
[23]	Griem H R 1963 Phys. Rev. 131 1170
[24]	Wilson R 1962 J. Quant. Spect. Rad. Trans. 2 477
[25]	McWhirter R W P 1965 Plasma Diagnostic Techniques (Academic New York) p201
[26]	Fujimoto T, McWhirter R W P 1990 Phys. Rev. A 42 6588
[27]	Zhang J, Chang T Q 2004 Fundaments of the Targets Physics for Laser Fusion (Industry of Denfense Press) [张钧, 常铁强 2004 激光核聚变靶物理基础 (国防工业出版社) 第127--143页]
[28]	Woan G 2006 The Cambridge Handbook of Physics Formula( Shanghai Science and Education Press) [格雷厄姆$cdot$沃安著, 喀兴林译 2006 剑桥物理公式手册 (上海科技教育出版社) 第156页]

[1]	罗雨晨, 李晓鹏. 相互作用费米子的量子模拟. 物理学报, 2022, 71(22): 226701. doi: 10.7498/aps.71.20221756
[2]	吕海艳, 袁伟, 侯喜文. 场与非线性介质原子相互作用模型的量子纠缠动力学特性. 物理学报, 2013, 62(11): 110301. doi: 10.7498/aps.62.110301
[3]	莫嘉琪, 林万涛. 三维赤道海气振子模型的近似解. 物理学报, 2008, 57(3): 1291-1294. doi: 10.7498/aps.57.1291
[4]	马文, 靳奉涛, 袁建民. 平均原子模型中谱线位置偏移对辐射不透明度的影响. 物理学报, 2007, 56(10): 5709-5714. doi: 10.7498/aps.56.5709
[5]	刘海莲, 王治国, 杨成全, 石云龙. 链间超交换相互作用下spin-Peierls梯子模型的基态行为. 物理学报, 2006, 55(7): 3688-3691. doi: 10.7498/aps.55.3688
[6]	贾飞, 谢双媛, 羊亚平. 非旋波近似下频率变化的场与原子的相互作用. 物理学报, 2006, 55(11): 5835-5841. doi: 10.7498/aps.55.5835
[7]	刘凌涛, 王民盛, 韩小英, 李家明. 溴的光电离和辐射复合——平均原子模型速率系数与细致组态速率系数. 物理学报, 2006, 55(5): 2322-2327. doi: 10.7498/aps.55.2322
[8]	贾洪祥, 孟续军. 一种含势阱具有混合交换势形式的平均原子模型. 物理学报, 2005, 54(1): 70-77. doi: 10.7498/aps.54.70
[9]	田明锋, 孟续军, 朱希睿, 姜旻昊, 王志刚. 含温有界原子模型下电子与离子碰撞激发和电离截面的理论研究. 物理学报, 2005, 54(10): 4673-4679. doi: 10.7498/aps.54.4673
[10]	赵明文, 夏曰源, 马玉臣, 刘向东, 英敏菊. 非迭代冻结密度近似方法在计算氢键相互作用的合理性研究. 物理学报, 2002, 51(11): 2440-2445. doi: 10.7498/aps.51.2440
[11]	黄春佳, 周明, 厉江帆, 贺慧勇. 单模辐射场与耦合双原子相互作用系统中场熵的压缩特性. 物理学报, 2002, 51(4): 805-808. doi: 10.7498/aps.51.805
[12]	高云峰, 冯健, 史舒人. 二能级原子与双模场喇曼相互作用模型的腔场谱. 物理学报, 2001, 50(8): 1496-1500. doi: 10.7498/aps.50.1496
[13]	刘三秋, 郭琴, 陶向阳, 付传鸿. 非旋波近似下级联型三能级原子与腔场相互作用的量子动力学性质. 物理学报, 1998, 47(9): 1481-1488. doi: 10.7498/aps.47.1481
[14]	冯健, 宋同强, 王文正, 许敬之. 两原子与双模腔场喇曼相互作用(g1≠g2)的辐射谱. 物理学报, 1996, 45(8): 1304-1312. doi: 10.7498/aps.45.1304
[15]	冯健, 宋同强, 王文正, 许敬之. 双模腔场中两偶极相互作用原子的辐射谱. 物理学报, 1994, 43(12): 1966-1972. doi: 10.7498/aps.43.1966
[16]	杨光参. q振子光场模型的光与物质相互作用的非线性理论. 物理学报, 1994, 43(4): 521-529. doi: 10.7498/aps.43.521
[17]	罗振飞, 徐至展, 徐磊. 两个双能级原子与辐射场的喇曼相互作用. 物理学报, 1992, 41(12): 1950-1954. doi: 10.7498/aps.41.1950
[18]	赵中新, 李家明. 非相对论性和相对论性原子组态相互作用理论——激发能量和辐射跃迁几率. 物理学报, 1985, 34(11): 1469-1478. doi: 10.7498/aps.34.1469
[19]	基本粒子理论组. 瞬时相互作用近似下介子结构波函数的一些探讨(Ⅰ)——瞬时相互作用下介子波函数的一般性质. 物理学报, 1976, 25(4): 316-323. doi: 10.7498/aps.25.316
[20]	基本粒子理论组. 瞬时相互作用近似下介子结构波函数的一些探讨(Ⅱ)——赝标介子和矢量介子的谐振子模型. 物理学报, 1976, 25(5): 415-422. doi: 10.7498/aps.25.415

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