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铜等离子体电导率计算研究

时间:2019-01-06 00:45:49  来源:本站  作者:
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  铜等离子体电导率计算研究_物理_自然科学_专业资料。铜等离子体电导率计算研究 本论文主要介绍一种简单的近似计算部分电离的非理想的铜等离子体电导率的理论方法。 计 算等离子体物种的密度,加工精度,电子激发和允许高电离态上的元素的原子数。电离能的 抑制考虑

  铜等离子体电导率计算研究 本论文主要介绍一种简单的近似计算部分电离的非理想的铜等离子体电导率的理论方法。 计 算等离子体物种的密度,加工精度,电子激发和允许高电离态上的元素的原子数。电离能的 抑制考虑使用在大范围内的密度有效的插值公式。 该公式得到 Debye–Hückel 结果和分别在 低密度和高密度边界的限制离子球模型。 通过分析一种范围广泛的公式加上特别定制的截止 参数来代表非理想的库伦参数。通过进行的调查和评估,排出了兴奋、高电离平衡计算的电 离状态及铜的导电性的影响。 电导率的计算结果要与其他理论模型的结果、 有效的实验测量 结果和以前出现过的正确结论相比较。包括选择离子球半径和担心使用修改后的 Saha 方程 导致在热力学上不一致的问题的讨论和澄清。 一、引言 铜的电导率的可靠性预测, 超过了一个密度—温度相空间的宽区域, 在现代发射技术的设计 和优化、 为了惯性约束聚变等离子体的产生而设计的脉冲功率机等方面是一个关键因素。 等 离子体电导率的理论预测需要物种密度和相干散射截面的知识。 Kovitya、 Rolader 和 Batteh 对铜等离子体电导率的早期研究涉及建立模型, 他们对弱非理想体系和为了非理想的校正使 用 Debye–Hückel 和修改后的 Debye–Hückel 模型感兴趣。 当电子激发态适当的包括在这些 研究中的电子分区功能计算里(在那时,通过有效地标准数据来限制应用) ,这两项研究应 用一个电离上限小于适当的省略高电离状态的可观数量。例如,一个+3 的电离上限,假设 它的温度可以达到 50000K。在这样的温度下,预计电离状态高于+3 将有意义的存在,预计 设置最大的电离状态到+3 可以引导最后的问题。 在一个相对较新的研究中,Redmer 设计了一个部分电离等离子体模型(PIP)来计算部分电 离密度铝的电导率,铜等离子体在 Zubarev 构想的线性响应理论里。然而,在前面提到的模 型中(PIP),等离子体的组成决定了不包括激发态(约等于通过基态的统计权重的电子配分 函数) , 要考虑到电离阶段上升至+3。 另外, 状态方程式在高密度和温度小于 15000K 使用时, 显示不稳定,这将作为作者的准确报告,证明作为一个密度函数的电离程度的模糊行为。 在最近的工作中,King 和 King 介绍和实施了纳入考虑的库伦耦合效应的密集热金属等离子 体(应用于铝)的电导率的近似算法。然而,以前的作者不知道先前的工作,他们采用了一 个常用的但不准确的拟合公式,为了被 Zollweg 和 Liebermann 使用过的经典横截面积分公 式。那公式最初被提出当做修改的可用于完全电离等离子体的 Spitzer 表达式。用 Zollweg 和 Liebermann 的库伦对数的误差表现在它提出的范围是适用性要高于 100%。 保持上述背景, 呈现物种密度的详细计算是非常重要的,包括激发态,高电离态,使用结果以及这种不理想 的等离子体系统的库伦对数不理想的体制来计算电导率的更准确地表示。 与其他的理论模型 相比, 有效的实验数据除了激发态和高电离态的评估效果外, 在等离子体输运性能的计算方 法上将容易让人明白。 二、原理 (一)物种密度 在 1960 年,哈里斯等人倡导自由能的最小化方法(FEMM),他们用以自由能的最小化方法 这一杰出优势自然而然的引领出了热力学数量一致。在那时,一致的形式成为可能,因为电 脑允许非线性多维优化。 此外, 这显示自由能的最小化方法可以导致一个含有萨哈方程形式 但是方程里面包含一个降低的电离能的最小化方程的系统。降低的电离能公式如下: (公式 1) ne, nz, 和 nz+1 是自由电子的数量密度,z-fold,z+1 -fold 分别是离子, ()是电离过程 Z→(Z+1)的降低电离能, ()是包括不同的耦合机制的自由能的不理想修正项。因此,历 史悠久的萨哈方程的有趣之处在于在 1960 年前,人们模仿艺术的形态来决定物种的密度, 令人惊讶的是坚持和生存。 许多不同的非理想的等离子体模型使用上面的方法计划基于一个 优先的非理想修正项()得到不同的物理原理和参数。 另一种方法,可以用来确定等离子体成分是基于众所周知的事实,在等离子体的环境下存在 降低等离子体的电离能,也可以从扰动微小领域得到这个降低的能电离能。这个降低的电离 能通常可以表示为(公式 2) Z 是离子的电荷状态,e 是电子的荷质比,E0 是真空中的介电常数, (R)是一些特殊半径。 对于低密度和弱非理想的情况, (R)选择众所周知的德拜模型的德拜常数,结果从离子球模 型(这个经常在高密度和非理想的高角度使用)可以重新设置为(R=),其中(a)是离子球 模型半径。不同的理论得到了发展和介绍,在德拜模型和离子球模型之间的文学插值。受 Stewart 和 Pyatt 启发,这里大概有一项协议就是小的模型的降低电离能接近真实值,那种 方法有时采用修正的总和, 对于上述模型他们严重高估了降低的自由能。 在 Stewart 和 Pyatt 清楚的陈述中,可以顺利的连接德拜理论和离子球模型,同时可以保证较小的降低电离能, (R)取值(公式三)

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