类犔犻氧等离子体光谱模拟

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1、第２１卷第８期强激光与粒子束Ｖｏｌ．２１，Ｎｏ．８２００９年８月ＨＩＧＨＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳＡｕｇ．，２００９文章编号：１００１４３２２（２００９）０８１２３００５类犔犻氧等离子体光谱模拟邓邦林，蒋刚，王巍（四川大学原子与分子物理研究所，成都６１００６５）摘要：在ＦＡＣ程序包中碰撞辐射模型的基础上，模拟出了Ｌ壳层的类Ｌｉ氧等离子体的Ｘ射线辐射光谱，其中包括了单、双和三离子模型。经过分析得出，除了碰撞激发以外，级联效应和其它的动力学过程（如：碰撞电离、双电子复合、辐射复合以及共振激发等）

2、对光谱的贡献都是不能被忽略的。并分析了类Ｌｉ氧等离子体各动力学过程与温度和光谱相对强度之间的关系，分析结果表明Ｘ射线光谱的强度能及时响应等离子体温度的变化。关键词：类Ｌｉ氧；ＦＡＣ；光谱模拟；双电子复合；辐射复合中图分类号：Ｏ５３６文献标志码：Ａ［１］［２］在天体物理学、实验室光谱和早型星的星风中都存在有大量的氧原子和氧离子。类锂（Ｌｉｌｉｋｅ）氧也［３］是天体物理学源的紫外线或者Ｘ射线等离子体诊断中最重要的离子之一。目前，通过对天体等离子体以及实验室等离子体的某些发射光谱进行理论模拟，是了解天体等离子体动力学和确定等离子

3、体参数的重要方［４］法，首先需要对等离子体辐射进行理论分析和计算。等离子体中的离子和原子间的相互作用包括原子物理学和动力学过程等复杂的作用过程，这也是产生等［５］［６］离子体Ｘ射线辐射光谱的根本原因。在本文中，我们用ＦＡＣ（ｆｌｅｘｉｂｌｅａｔｏｍｉｃｃｏｄｅ）程序包建立起类Ｌｉ氧等离子体的碰撞辐射平衡模型（ＣＲＭ）来计算出其中的不同原子过程的布居数和速率系数，并最终用ＦＡＣ模拟出类Ｌｉ氧等离子体发射出的Ｘ射线谱。分析了各动力学过程对类Ｌｉ氧等离子体的Ｘ射线光谱的影响，并得出了可用于等离子体光谱诊断的谱线相对强度和等离子体电

4、子温度之间的关系。因此，模拟Ｘ射线光谱之前必须建立速率方程来计算不同原子过程的速率系数。１理论基础６＋，Ｏ５＋，Ｏ４＋三离子体系的碰撞辐射模型，并考为了能更好地模拟类Ｌｉ氧等离子体的光谱，需要建立起Ｏ虑相关的碰撞激发（ＣＥ）、碰撞电离（ＣＩ）、双电子复合（ＤＲ）、辐射复合（ＲＲ）等动力学过程以及相关的级联效应等。所以决定原子统计平衡的速率方程将涉及多个原子体系，其形式为狇犼∑犆狆犻狀狇犼＝０（１）犻犼式中：狀表示离子狇的犼能级的布居数；犆狇犼表示从原子态狇犼经过动力学过程变到态狆犻的速率系数（狇≠狆或者狇犼狆犻狇犼，这时犇表

5、示态狆犻总的衰减速率，即犻≠犼），如果两个态相同（即狇＝狆，犻＝犼），则犆狆犻＝－犇狆犻狆犻狇犼（２）犇狆犻＝∑犆狆犻狇犼≠狆犻方程（１）不能提供唯一解，通常情况下我们引入一个归一化条件来求解∑狀狇犼＝１（３）狇犼在多离子体系中使用归一化条件，自洽解必定产生电离平衡和每一个离子能级布居数。然而这需要所有电荷态的离化和复合通道，这是不可能也是不必要的。通常只需要对每种离子进行归一化，而不是对所有电荷态的［７］离子归一化，即∑狀狇犼＝狀狇（４）犼收稿日期：２００９０３１６；修订日期：２００９０６０５基金项目：高温高密度

6、等离子体国家级重点实验室资助课题；国家高技术发展计划项目作者简介：邓邦林（１９８３—），男，硕士研究生，研究方向为高温稠密等离子体；ｈａｎｏｉ＿１３１４＠１６３．ｃｏｍ。通信作者：蒋刚，ｇｊｉａｎｇ＠ｓｃｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。第８期邓邦林等：类Ｌｉ氧等离子体光谱模拟１２３１这里狀是单个电离平衡体系中离子狇的百分丰度，所以对所有的狆值可以设定犆狇犼狇犼狇狆０＝１，当狇≠狆时，犆狆０＝０，这时方程（２）的右端可以用如下的向量来代替，０，…］Ｔ（５）犫＝［狀０，０，…，狀狇通过以上变换后，可使方程（１）变成非齐次的而产生唯一的解。这样

7、就可以得到从态狆犻辐射衰减到态狇犼的谱线强度狆狆犻（６）犐犻犼＝犃犖Ｈ狀狆犻犃狆犼式中：犃是所选元素与氢元素的相对丰度；犖代表氢的密度；犃狆犻是从态狆犻到态狆犼的辐射衰减速率系数。Ｈ狆犼由于等离子体中双电子复合和共振激发辐射远远超过了直接辐射，故用常规的方法不能得到速率方程的［８］解。ＦＡＣ是引用Ｌｕｃｙ提出的方法来求解速率方程的，即引入约化原子模型来求解原始的速率方程，也就是用一组大量的原子态构成一个超能级。具体方法是：首先将一组细致能级犻合并为一个组态能级犮，又将一组组态能级犮合并为一个超组态能级犿，然后计算超组态能级的

8、原子数密度。例如，一个类氖的超组态２（２ｓ２ｐ）７（３ｓ３ｐ３ｄ４ｓ４ｐ４ｄ４ｆ）１犿＝（１ｓ）［９］包含１４个组态和８８个能级。超能级的密度可以表示为狀狆犑＝∑狀狆犼（７）犼式（７）中对所有的态犼求和得到超能级犑，将犆狆犑带入约化原子模型的速率方程有狆犐狆犑狆犼（８）犆狆犐＝∑犆狆犻狀狇