中Z元素等离子体开M壳层辐射不透明度的细致谱线模型研究

【摘要】：本文发展了细致谱项模型和细致能级模型,系统研究了中Z元素等离子体开M壳层辐射不透明度以及高温、稠密等离子体温度诊断,研究内容具体归纳如下: 1、在细致谱项(detailed term accounting,DTA)模型中,使用MCHF方法计算原子的能级和跃迁振子强度,相对论效应通过Breit-Pauli修正考虑进来。通过大规模多组态相互作用(configuration interaction,CI)方法获得了精确的原子能级和束缚—束缚吸收截面。考虑了谱线的Doppler展宽和电子碰撞展宽机制,谱线线型采用Voigt线型函数。为了减少计算量,采用了细致组态模型计算原子的束缚—自由吸收截面。使用Kramers公式计算自由—自由吸收,使用Thompson散射公式计算自由电子对光子的散射。在局域热动平衡近似下,通过求解Saha方程得到等离子体的价态分布以及原子能级的占据数。使用Stewart-Pyatt模型计算了等离子体环境下原子电离能下降(ionization potential depression,IPD)。 2、发展了细致能级模型(detailed level accounting,DLA),原子数据通过全相对论的Dirac-Fock方程得到,在对中Z元素开M壳层组态的计算中,考虑了单组态内部的组态相互作用,以避免CI矩阵过大而使计算无法进行。发展了大规模并行计算程序,在消息传递接口(message passing interface,MPI)并行环境下,对原子结构计算程序GRASP进行了并行化,并行效率与计算节点数成正比关系。 3、以NaF等离子体为例,对国内不透明度研究方面的主要理论模型首次系统地、详细地进行了比较和讨论。对细致谱项模型、不可分辨跃迁系模型、细致组态模型以及平均原子模型计算的NaF等离子体在密度ρ=0.01g/cm~3,温度分别为T=40eV和T=50eV条件下的谱分辨不透明度和Rosseland、Planck平均不透明度进行了细致的研究。各个模型在谱的结构、谱线位置方面取得了很好的一致,说明在低Z元素原子能级、跃迁振子强度等方面的计算中,细致模型和统计模型都是比较成熟的。在平均不透明度的比较中,发现在T=40eV时各种理论模型的结果相符比较好,但是在T=50eV时,各种模型对Planck平均不透明度的计算存在较大差异。其中一个重要原因是,随着温度的升高,离子的束缚电子数目减少,相邻离子的谱线数目可能存在很大的差异,此时不透明度对等离子体价态分布非常敏感,在T=50eV时,各个模型对等离子体价态分布的计算出现了较大的差异,导致Planck平均不透明度有所不同。 4、在国内首次使用DTA模型研究了铁等离子体的辐射不透明度,揭示了多组态相互作用在不透明度计算中的效应。通过对Winhart等人的铁不透明度实验结果[G. Winhart et al., Phys. Rev. E53, R1332(1996)]的研究,揭示了多组态相互作用在不透明度计算中的重要作用,通过与OPAL结果的比较,发现包含了多组态相互作用的MCHF方法对能级的计算好于HF方法,采用MCHF方法得到的跃迁振子强度使得理论透射谱更接近实验数据。通过