Столкновительно-излучательные процессы в спектроскопии плазмы

• Автор: Демченко, Григорий Викторович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 111 с. : ил.

ГЛАВА I. ОРИЕНТАЦИЯ АТОМА ВОДОРОДА ПРИ ВОЗБУЖДЕНИИ ЭЛЕКТРОНАМИ

Уравнения сильной связи

Метод фазовых функций

Результаты численных расчетов

Обсуждение результатов

ГЛАВА II. КИНЕТИКА ЗАСЕЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕННЫХ СОСТОЯНИЙ АТОМОВ С УЧЕТОМ ПЕРЕНОСА РЕЗОНАНСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ПЕРЕХОДНОЙ ОБЛАСТИ ПЛАЗМА-ГАЗ

Постановка эксперимента и результаты измерений

Столкновительно-излучательная МОДЕЛЬ

Численное моделирование

Распределение температуры и концентрации электронов

Заселенности атомных состояний

Скорости элементарных процессов
Температура заселения состояний
Интегральные характеристики заселения
Модели переноса излучения
Сравнение с экспериментальными данными
Обсуждение результатов
ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОВЕДЕНИЯ АСИММЕТРИИ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ
Формальная теория штарковских асимметричных водородоподобных
КОНТУРОВ
Профили штарковских компонент
Функции распределения микрополя ионов

Приближение моментов для совокупных функций распределения
микрополя ионов и его пространственных производных
Интенсивности, полуширины, сдвиги
| Влияние различных факторов на поведение асимметрии линии Нв
Обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. КИНЕТИЧЕСКИЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ПРОЦЕССОВ
Возбуждение электронным ударом
Тушение электронами
Ионизация электронным ударом
Тройная электрон-ионная рекомбинация
Излучение
Поглощение резонансного излучения
ф. Фоторекомбинация
Диэлектронная рекомбинация
Перемешивание атомных состояний
ПРИЛОЖЕНИЕ В. ДИФФУЗИЯ ЧАСТИЦ
ПРИЛОЖЕНИЕ С. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕНОСА ИЗЛУЧЕНИЯ
Диффузионное приближение
Цилиндрическая геометрия
Грубая модель диффузии излучения
ЛИТЕРАТУРА

Для спектроскопии плазмы актуально детальное изучение столкновительно-излучательных процессов [1-4], совокупность которых определяет кинетику заселенностей атомных и ионных излучающих уровней, уширение спектральных линий, распределение интенсивности излучения в дискретном и непрерывном спектрах [5]. Все это представляет несомненный интерес для развития спектроскопических дистанционных диагностик плазмы при взаимодействии лазерного излучения с веществом, совершенствовании реактивных двигателей, создании МГД-генераторов, в научных программах по УТС и т.д. Анализ спектральных данных на основе построения различных столкновительно-излучательных кинетических моделей и переноса излучения важен в космической физике, астрофизике и физике атмосфер [6].
Необходимо отметить, что интерпретация данных спектральных прецизионных измерений на современных плазменных установках типа «токамак» и др. представляет собой очень сложную задачу, поскольку плазма неравновесна, пространственно неоднородна и обладает многокомпонентным составом [7]. Кроме того, имеется сложное распределение магнитных и электрических полей, диффузионных, конвекционных, тепловых и радиационных потоков [8]. Описание таких данных требует дальнейшего развития теоретических моделей кинетики заселения атомных состояний с учетом диффузии частиц, уширения спектральных линий и переноса излучения [9]. Одним из наиболее важных элементов такого описания является вычисление заселенностей возбужденных состояний, и тем самым -интенсивностей соответствующих спектральных линий, которые пропорциональны этим заселенностям. В случае локального термодинамического равновесия искомая величина заселенности находится достаточно простым способом, однако, в общем неравновесном случае определяется из условий баланса различных элементарных процессов с учетом процессов спонтанного распада при резонансных переходах с низколежащих
п>1. Это связано с сильно неравновесным характером заселения таких состояний в центральной области плазмы, т.к. в этой области происходит выгорание высоковозбужденных состояний. При усреднении по всему объему наблюдается практически равновесная картина заселения по состояниям. Точки лежат практически на прямой, хотя величины заселенностей обусловлены двумя разными процессами в двух разных объемах плазмы. Однако для области «шубы» для п<п ~1 (см. формулу (24)) получается отрицательная температура с инверсной заселенностью. Это связано с тем, что механизм заселения уровней нейтрального атома отличается от традиционного: здесь происходит заселение не снизу вверх по уровням энергии, а сверху вниз, начиная от континуума за счет процесса электрон-ионной рекомбинации, при этом холодные электроны в этой области не успевают снять энергию возбуждения с более высоких уровней. Для состояний с п>1 температура заселения во всей области плазмы и в области «шубы» равна электронной температуре.
Модели переноса излучения
Излучение оказывает сильное влияние на заселенность состояний. Резонансное излучение, образующееся за счет переходов л'Р—> 1'5, быстро выносит энергию из области плазмы за счет высоких скоростей спонтанных радиационных переходов. Однако из-за наличия большого количества атомов, находящихся в основном состоянии, это излучение оказывается практически полностью запертым в объеме. Соответствующие величины параметра запертости (см. формулу (130) в приложении С), фактора ускользания, сечения поглощения и диффузионного сечения (см. формулу (147) в приложении С) приведены в таблице 3 (параметры указаны для центральной точки при г = 0 см).
Сравнение расчетов для разных моделей учета резонансного излучения в центральной области, где влияние такого излучения проявляется наиболее сильно, представлено на рисунке 24. Тонкая модель диффузии излучения