Рекомбинация в ультрахолодной неравновесной ридберговской плазме

• Автор: Бобров, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 100 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ РАБОТ,
1.1 Экспериментальные и теоретические исследовании ультрахолодной неравновесной ридберговской плазмы
1.2 Рекомбинации в ультрахолодной неравновесной ридберговской плазме
ГЛАВА 2. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОД РАСЧЕТА
2.1 Физическая модель
2.2 Метод молекулярной динамики
2.3 Погрешность при расчете методом молекулярной динамики
2.3.1 Машинная погрешность
2.3.2 Случайная погрешность
2.3.3 Зависимость от числа частиц
2.3.4 Зависимость от расстояния корректировки кулоновского потенциала
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ
3.1 Временная релаксация распределения электронов по энергии и температуры электронов.
3.2 Неравновесная функция распределения электронов по энергии
3.3 Результаты расчета коэффициента диффузии
3.4 Расчет коэффициента рекомбинации в ультрахолодной неравновесной ридберговской плазме
3.5 Функции парной корреляции
3.6 Расчет равновесной функции распределения с потенциалом «с полочкой»
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
В последнее время проявляется большой интерес к изучению физики холодных газовых систем. К таким системам можно отнести, например, ридберговское вещество и ультрахолодную плазму.
Ридберговское вещество — это состояние, образующееся при конденсации высоковозбужденных атомов при низкой температуре. Экспериментальные исследования ридберговского вещества достаточно малочисленны и противоречивы, хотя возможность существования таких систем была предположена Э.А. Маныкипым еще в 80 годах [5-8]. С тех пор эксперименты проводились лишь четырьмя группами исследователей из Швеции, США и России [5-8, 2-4]. Ультрахолодная плазма - это плазма, полученная при ультранизкой температуре с использованием лазерного охлаждения и возбуждения атомов. Фактически, ультрахолодная плазма -есть форма частично ионизованного ридберговского вещества. Впервые ультрахолодная плазма была экспериментально получена и исследована в 1999-2001 годах в Национальном институте стандартов США ([ЧТБТ) [2-8]. Работы [2-8] и проблемы, возникшие при теоретическом описании полученных результатов, послужили толчком к проведению исследований, которым посвящена настоящая работа.
Ридберговское вещество и ульрахолодная плазма относятся к сильно неидеальным системам. Сильно неидеальными называют системы, в которых энергия взаимодействия частиц на среднем расстоянии порядка или больше

кинетической тепловой энергии. Для оценки соотношения взаимодействия частиц и их кинетической энергии вводится параметр неидеальности:
где и — потенциальная энергия взаимодействия частиц на среднем расстоянии, Т - температура. Для сильнонеидеальных систем значение у порядка или больше единицы.
Настоящая работа посвящена исследованию некоторых аспектов теории кинетических процессов в ультрахолодной неравновесной ридберговской плазме.
Теоретическое исследование кинетики сильно неидеальных систем сталкивается с рядом проблем. В частности, при исследовании рекомбинации в ридберговском веществе или в ультрахолодной ридберговской плазме возникает вопрос о распределении электронов по энергии и плотности высоковозбужденных электронных состояний, а также о зависимости плотности состояний от параметра неидеальности. Проблема состоит в том, что в данном случае нельзя воспользоваться плотностью электронных состояний в изолированном атоме, поскольку сильное взаимодействие в этих системах приводит к тому, что на формирование высоковозбужденного состояния существенно влияют окружающие . частицы и фактически высоковозбужденное состояние не является двухчастичным. Также при расчете кинетики заселения высоковозбужденных состояний в ридберговском веществе с использованием диффузионного приближения,
Состояния энергии электрона в частично ионизованной плазме можно грубо разбить на три группы.
Первая группа соответствует низким дискретным атомным уровням и плотность состояний электрона для этих уровней равна его статистическому весу.
В случае водорода и водородоподобных уровней
8к = > (1.5)
где к - номер уровня. Этому соответствует классическая плотность кулоновских состояний (см. например [1]):
(1-6)

или в безразмерном виде:

где е = Е1Т, Т - температура, Ыу = 13,6 эВ, у = е2п1(!ъ/Т - параметр неидеальности, е — заряд электрона, пе — концентрация электронов.
Предполагается, что плотность зарядов такова, что микрополя в плазме не влияют на эти значения энергий электрона. Это справедливо в широкой области изменения плотностей зарядов.
Вторая группа — это высоковозбужденные состояния с Е < 0. В общем случае их нельзя считать состояниями электрона в атоме, т. к. в формировании, электронного состояния участвуют заряженные частицы,