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国防科学技术大学
硕士学位论文
等离子体中自由-自由吸收的扭曲波研究
姓名:孙华洋
申请学位级别:硕士
专业:物理学
指导教师:曾交龙
2010-11
国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
摘要
自由-自由吸收(free-free absorption)的精确研究对惯性约束核聚变、核物理、
天体物理和 X 射线激光等领域非常重要。由于光谱探测技术的发展,人们对自由-
自由吸收的进行了进一步的精确测量和研究,对其采用经典的 Kramers 截面公式
和类氢近似已显然不能满足研究的需求。特别是随着实验技术的发展,实验中能
够产生的等离子体密度越来越大,离子与离子之间、电子与电子之间、离子与电
子之间表现出强的耦合效应,对自由-自由吸收的深入研究日益迫切。
我们成功的实现了扭曲波框架下自由-自由吸收的偶极近似计算。首先得出了
扭曲波理论框架下自由-自由过程的截面公式,化简了相应的矩阵元,然后针对变
形后的自由-自由积分应用了“对相位积分法”进行积分,并讨论了相应的分点选
取原则。通过计算对比发现,除频率较低处,分波求和的截断引入了一些偏差外,
其余均能给出正确的计算结果。
对一些实例的计算结果表明:对于类氢情形,在被吸收的光的频率不是很低
的情形,我们的程序能反映经典的 Kramers 截面公式到精确的量子公式的修正。
而对于非类氢离子,计算结果表明,它们的截面与类氢情形除了在低频率修正较
小外,其它差异较大,使用类氢进行近似是不精确的。

主题词:自由-自由吸收、扭曲波、自由-自由积分、热平均 Gaunt 因子
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国防科学技术大学研究生院硕士学位论文
ABSTRACT
Free-free absorptions play important roles in inertial confinement fusion, nuclear
physics, astrophysics and X ray laser, etc. As the advancement of spectrum detection,
more accurate measurement can be made for free-free absorptions. The classical
Kramers formula and hydrogenic approximation are not enough to obtain accurate
atomic data for the free-free processes. With the development of experimental
technology, hot dense plasmas can be generated in laboratory, where strong coupling
appears between ions and ions, electrons and electrons, ions and electrons. More
accurate theoretical methods should be developed to meet this challenge.
Dipole approximation calculation of free-free absorption cross section was carried
out based on the distorted wave approximation. The formulae of free-free absorption
cross section were deduced according to the perturbation theory of quantum mechanics
and then the formulae were simplified to calculate the reduced matrix elements. The
integration on phase method was apllied to calculate the free-free integrals. The
standard of dividing points chosen was discussed. The reliability and correctness of the
present procedure is verified paring the thermal averaged gaunt factor with