热稠密等离子体中轫致辐射和康普顿散射过程的理论研究

During the high–energy-density physics, such as inertial confinement fusion physics and astrophysics, the temperature could approach to tens to hundreds millions of degrees and the density could reach or even exceed the solid density in the hot dense plasmas. The radiation parameters with high precision are important for the numerical simulation of radiation generation and transport because the heat radiation energy and pressure are close to or more than material energy and pressure. Bremsstrahlung and Compton scattering and their inverse processes are the main mechanism of continuous spectrum radiation because atoms are mostly in the fully ionized state in the high temperature fusion plasmas. In this project, we will firstly give a reasonable description of the many -body correlation effects in hot dense plasmas from the plasma kinetics theory, and then develop the program code of the atomic structure in relativistic self-consistent field regime, and program the bremsstrahlung and Compton scattering and their inverse processes, finally study the influence of many-body correlation effects on their cross sections and the rate coefficients in the hot dense plasma. The project will deepen our understanding for strong many-body correlation in the hot dense plasma, and possess the basic significance in the atomic and molecular physics; the results will provide the high accuracy parameters for the numerical simulation and radiation transport in the hot dense plasma, and evaluate the radiation transport parameters effects on the fusion ignition.

惯性约束聚变、天体物理等领域的高能量密度物理研究中，热稠密等离子体的密度可达到甚至超过固体密度、温度可达到几十到上百个百万度。此时，热辐射能量和压力已接近或超过物质能和物质压，高精度的辐射参数是数值模拟辐射产生和输运的重要基础。在高温聚变等离子体中，原子大多处于完全电离状态，轫致辐射和康普顿散射及其逆过程是热稠密等离子体发射连续谱辐射的主要机制。本项目将从等离子体动理论出发，合理描述热稠密等离子体中的多体关联效应，发展能够处理热稠密等离子体中原子结构的相对论自洽场程序，编制轫致辐射和康普顿散射及它们的逆过程的程序，研究热稠密等离子体多体关联效应对这些截面和速率系数的影响。本项目将加深我们对热稠密等离子体中多体关联效应的深层次认识，具有原子分子物理基础研究的意义；研究结果将为热稠密等离子体的数值模拟辐射产生和输运提供高精度参数，评估辐射输运参数对聚变点火的影响。

惯性约束聚变、天体物理等领域的高能量密度物理研究中，热稠密等离子体的密度可以达到固体甚至超过固体密度，特别是聚变燃烧发生后，温度可达到几十到上百个百万度。此时，热辐射能量和压力已接近或超过了物质能和物质压，高精度的辐射参数是数值模拟辐射产生和输运的重要基础。在这样的等离子体环境中，轫致辐射和Compton散射是决定辐射不透明度参数最重要的两个原子物理过程。.轫致辐射和Compton散射过程是原子物理广泛研究的过程，有大量的理论和实验工作发表。但在热稠密等离子体环境中，由于自由电子和离子多体关联效应的影响，给高精度计算带来了极大挑战，特别是这两个过程都涉及到自由电子波函数，更是热稠密等离子体中原子动力学计算的难点。.经过三年的研究，我们采用P.K. Shukla在2008提出的修正德拜屏蔽势（cos-debye-hückel）来模拟温稠等离子体中离子之间的相互作用，研究了温稠等离子体环境中类氢离子的束缚-束缚，束缚-自由跃迁，自由-自由跃迁过程（轫致辐射），计算了发射谱、跃迁振子强度、辐射几率、光电离截面，自由-自由gaunt因子，研究了全电离等离子体的电导率。在研究过程中，将积分空间分为三部分，并采用高次震荡积分解决了高能态自由-自由数值积分的不收敛问题，此问题的解决花了很久的时间。基于平均原子模型研究了固体密度等离子体Be的stopping power和能量损耗。基于相对论Dirac-Fock理论方法,考虑等离子体静态效应屏蔽效应对原子中相互作用势的影响,包括等离子体简并效应,有限温度对动能梯度修正和量子交换关联效应,发展计算程序,系统研究了不同电子温度Te=150–300eV和不同电子密度ne=1023–1026cm-3等离子体环境下,C5+ 离子的光电离截面依赖等离子温度、密度变化的行为，为定量研究等离子体效应对原子结构和动力学性质的影响提供了重要理论参考。基于多组态Dirac-Fock(MCDF)理论方法和相对论组态相互作用理论方法及相关程序，发展了计算电子-离子碰撞中双电子复合（DR）过程共振强度、DR 伴线谱和速率系数的程序，以及快速分析、识别能谱的程序。