通过氩等离子体K壳层谱线诊断ICF内爆靶球的温度密度

作     者：李晓月 

作者单位：国防科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：靳奉涛

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 082701[工学-核能科学与工程] 0827[工学-核科学与技术] 

主      题：光谱诊断 空间分布 粒子布居 辐射性质 碰撞辐射模型 

摘      要：惯性约束聚变(ICF)中,内爆靶球等离子体的温度、密度及其空间分布,对靶球设计、内爆过程的分析非常重要。因此需要通过理论模型对实验光谱进行诊断,来获得等离子体的温度和密度。一般情况下,人们会在内爆靶球中掺氩(Ar)作为示踪元素,因而本工作主要以氩元素为研究对象。很多情况下,等离子体难以达到局域热动平衡(LTE)。比如,非普朗克分布的辐射场,或者对于光学薄的等离子体,由于发射的光子很容易逃走,使得有光子参与的正逆过程无法达到平衡等因素,都会使得等离子体偏离LTE。这就必须考虑等离子体非局域热动平衡(NLTE)条件对粒子布居和辐射性质的影响。文中粒子布居在LTE条件下通过求解Saha方程获得,在NLTE条件下通过在稳态近似下求解基于碰撞辐射模型(CRM)建立的速率方程获得。发射谱、不透明度及强度利用细致能级模型(DLA)模型计算。第二章详细给出了这些模型的具体细节。进而通过与实验结果对比验证了理论模型的可靠性。在第三章,对NLTE条件下,光激发(RE)、光电离(RI)、电子碰撞激发(EIE)、电子碰撞电离(EII)、自电离(AI)过程及其各自逆过程对于谱线强度的贡献进行了细致分析。在ICF中,电子温度可达到1-10KeV,电子密度可达到10-10cm。经计算发现,在此条件下,电子碰撞参与的过程是影响谱线强度的主要机制,辐射场的作用非常微弱。一般而言,电子碰撞电离过程(EII)相比于电子碰撞激发过程(EIE)对于谱线强度的贡献更大。由于温度密度的空间分布对于内爆靶球的设计有重要意义,因而第四章中对***-Sherrill等人测量的实验结果进行了细致的模拟,诊断出了内爆靶球温度密度的空间分布。经诊断,温度在靶球中心最高,越外层温度越低。密度在靶球靠近中心处最大,中心处略小,外层更小。以上便是本文的全部内容。文中主要研究了NLTE条件下,外加辐射场、电子碰撞过程对粒子布居和辐射性质的影响。进而对内爆靶球温度密度的空间分布进行了诊断。对于内爆靶球各层之间混合、谱线的Stark展宽等问题,有待继续深入研究。