光子相干效应对等离子体辐射输运和不透明度的影响

With the development of experimental technology, the radiative transfer and radiative properties of warm and hot dense plasmas are cuurent research frontiers of physics. The conventional radiative transfer equation governs the evolution of the specific intensity (the radiative energy flux per unit frequency per unit solid angle), where the light is described by pointlike particles propagating along rays, i.e., geometrical optics limit. For plasmas with mass density higher than solid density, some new physical effects on the radiative transfer and opacity will appear. The high plasma density will result in a shorter coherence length for line radiation in plasmas. When cohernece length is comparable to the photons' mean free paths, a new absorption mechanism will arise due to nonclassical features of photons such as Heisenberg's uncertainty priciple and quantum interference. The researches on the coherence effects on the radiative transfer and opacity are useful in many fields such as inertial confinement fusion and astrophysics, yet no detailed investigations were found in the literature. This project investigates the coherence effects on the radiative processes and opacity of dense plasmas in the theoretical frame of atomic physics and the second quantization. The physical model of quantum transport will be developed according to the quantum Liouville equation based on the one-photon Wigner distribution function.

随着实验技术的突破，温稠密、热稠密等离子体辐射输运和辐射不透明度研究日益成为物理学前沿领域课题。传统的辐射输运方程用比强度描述了辐射在等离子体中的传播，这对应直线传播的几何光学极限时的规律，对高于固体密度的稠密等离子体，会出现影响辐射输运和不透明度的新物理效应。稠密等离子体中谱线宽度很大，从而导致光子的相干长度变短，当光子相干长度大于其平均自由程但又可以比拟时，光子相干效应会影响光子在等离子体中的吸收，这时光子会表现出由海森堡不确定性关系和量子干涉等物理特性决定的量子性质，这些量子效应没有包括在传统辐射输运方程中。光子相干效应对辐射输运和不透明度影响的研究在惯性约束聚变和天体物理等领域很有意义，本项目在二次量子化理论框架内，研究光子相干效应对辐射输运的影响，进而研究对辐射不透明度的物理效应，利用光子的Wigner分布函数，建立光子输运的物理模型，研究光子相干引起的对光子吸收的物理效应。

温稠密、热稠密等离子体辐射输运和辐射不透明度研究是物理学前沿领域课题，传统的辐射输运方程用比强度描述了辐射在等离子体中的传播，这对应直线传播的几何光学极限时的规律，对高于固体密度的稠密等离子体，会出现影响辐射输运和不透明度的新物理效应。稠密等离子体中谱线宽度很大，从而导致光子的相干长度变短，当光子相干长度大于其平均自由程但又可以比拟时，光子相干效应会影响光子在等离子体中的吸收，这时光子会表现出由海森堡不确定性关系和量子干涉等物理特性决定的量子性质，这些量子效应没有包括在传统辐射输运方程中。光子相干效应对辐射输运和不透明度影响的研究在惯性约束聚变和天体物理等领域很有意义。项目研究光子相干效应对辐射输运的影响；研究了耦合等离子体中辐射输运的规律，得到了超强x-射线辐射与固体密度物质相互作用产生的高度瞬态等离子体的吸收和发射特性；研究了相干x-射线激光引起的相干效应，以及相干效应对自发辐射率、吸收系数和受激发射率的影响。围绕这一中心课题，系统研究了稠密铝、铁等离子体的辐射不透明度，研究了惯性约束聚变和恒星内部混合物稠密等离子体的辐射特性，针对惯性约束聚变研究中重要的氘氚、铝、铁等混合物以及恒星内部氢、氦、氧、铁等混合物，研究混合物等离子体不透明度，得到了系统规律。