电子碰撞展宽和移动的研究及应用

Calculations of electron-impacting width and shift of lines are of importance to both theoretical studies and practical application. However, in the relative quantum mechanical frame, theoretical calculations of electron-impacting width and shift become very complex and difficult to realize by impact approximation theory since they need to solve N+1-elctron colliding systems. In fact, our projects hope to develop a set of numerical methods to investigate the quantitative effect on plasma diagnosis(e.g., temperature and density) and opacity calcualtion so that they will provide the theortical foundation for plasma diagnosis and modelling. In detail, the prjects include:1) Investigate the quantum mechanical calculations of electron-impacting width and shift of lines. 2)Studies on the principal mechanism of electron-impacting width and shift of lines. 3)Studies on how the electron-impacting width and shift of lines change with plasma condition. 4) Studies on how to apply the laws of electron-impacting width and shift of lines to plasma diagnosis and modelling. The main aim of the projects offer us to deeply understand the principal mechanism of electron-impacting width and shift of lines in plasma so that the prejects provide plasma diagnosis and modelling in astronomy and astrophysics, inertial confinement fusion（ICF）, Z-pinch and weapon physics with the theoretical foundation

电子碰撞展宽和位移具有理论研究和应用研究的重要现实意义。但是对其在完全量子力学框架内的理论计算需要在碰撞近似基础上，对N＋1电子碰撞系统的量子力学求解，这就使得研究变得非常复杂而且增加计算困难。本项目希望发展对电子碰撞展宽和位移的一套理论计算方法，研究它们在诊断等离子体状态参数（如温度、密度）和计算不透明度中的定量影响，以便解决诊等离子体诊断和等离子体模拟的基础理论问题。具体研究内容包括：1）研究电子碰撞展宽和移动的量子力学计算框架；2）研究电子碰撞展宽和移动的主要机制；3）研究电子碰撞展宽和移动物理规律；4）研究电子碰撞展宽在等离子体中诊断和离子体模拟中应用。该项目目的加深我们对等离子体中辐射谱线展宽和位移的认识和理解，同时也为天文学和天体物理、惯性约束（ICF）、Z_pinch以及武器物理等中等离子体诊断和等离子体模拟创造理论基础。

在等离子体研究中，处于激发态而发生辐射的原子或离子因受到周围其它粒子的扰动，会中断辐射而导致其谱线增宽。这种扰动粒子可以依据速度和质量分为两类。一类是在准静态离子近似下，如Hooper理论所述，如果Stark展宽的线移大于ћ/δt(δt微观电场变化时间)，那么等离子体中准静止离子的影响可以等效为微观电场。另一类是等离子体中质量轻、运动快的自由电子，与之相关的展宽称为碰撞展宽。电子碰撞展宽是谱线的主要机制之一，是本项目研究的主要内容。与目前研究电子碰撞展宽的许多理论方法一样，我们采用碰撞近似方法研究谱线的电子碰撞展宽。. 本项目研究内容及成果主要包括三方面。首先，在相对论量子力学下，建立并研究等离子体中谱线电子碰撞展宽线形参数的理论计算方法。基于我们改进的程序包DARC和GRASP2，构造、求解电子与靶离子组成的N＋1电子碰撞体系，得到它们的反应矩阵K ，K为实对称矩阵。为了计算碰撞强度Ω(ε)，我们编写一个接收K矩阵并且将之转化为S矩阵的计算程序。有了函数Ω(ε)，假定等离子体中自由电子的速率满足Maxwell分布，利用梯形积分实现了谱线电子碰撞展宽参数展宽w和线移d的理论计算。. 其次，计算研究了感兴趣物质的电子碰撞谱线线形参数随温度和密度的变化规律及其主要机制。具体计算和研究了4种类铍离子，He II，Sr II，Be II和Ba II以及B III等。最后，实现了等离子体中常用的Stark线形的理论计算（如He II离子拉曼和帕邢线系）。同时还做了一些原子参数的计算及其相关研究。这些研究能为等离子体中诊断和模拟中提供了理论基础。. 此外，我们参加了国际会议4次（3次出国）和国内会议4次。其中3次国际会议作了（邀请）报告，四次国内会议均作了（邀请）报告。此外，我们邀请了以色列维滋曼学院的Evgeny教授和巴基斯坦工程与应用科学研究所Bari副研究员分别访问我所。同时，在国内外著名学术刊物上发表高质量学术论文17篇。