论文部分内容阅读
光致电离等离子体普遍存在于天文环境中，如X射线吸积双星、活动星系核等能够发射强辐射场的天体附近。研究光致电离等离子体对了解X射线源周围气体的电离结构、温度、密度、元素丰度等物理信息有非常重要的意义。近年来，由于高能量密度实验室天体物理的发展，目前在实验室内也能构造出光致电离等离子体。 本文主要从理论和实验方面对光致电离等离子体的X射线光谱进行研究。RCF(Radiative Collisional code based on FAC)模型是一个完全使用FAC数据的等离子体光谱计算模型，可以精确计算稳态的处于非局部热动平衡的光致电离等离子体和辐射碰撞平衡等离子体的离子态布居和发射光谱。为检验RCF模型的可靠性，我们用RCF模型计算了一个光致电离铁实验的离子态布居，一个硅的激光等离子体实验和一个光致电离硅实验的发射光谱。RCF模型在这些实验条件下都很好的模拟了实验结果。通过上述实验的检验之后，我们用RCF模型计算了光致电离等离子体中类氦离子Kα线的R值和G值，并将其应用到X射线双星系统中光致电离等离子体的电子温度和密度诊断中。 在RCF模型模拟实验结果的工作中，我们也研究了等离子体中一些原子过程在离子态布居和光谱发射中所起的作用。在光致电离铁的实验条件下，我们发现高能光子不仅可以通过光致电离过程直接电离离子，还能通过先将离子激发到双激发态再自电离的过程间接电离离子，对于一些低电离能的离子光致激发加自电离的电离通道更加有效。当碰撞激发过程相对于光致激发和光致电离过程不可以被忽略时，碰撞激发过程甚至会起到抑制等离子体电离的作用。因为电子会通过碰撞激发过程将基态离子激发到光致电离和碰撞电离速率都很低的单激发态，与同样作用于基态离子的光子形成类似竞争的关系，从而降低光子的电离效率，客观上抑制了等离子体的电离。 在硅的激光等离子体实验中，我们发现当等离子体的膨胀被阻碍之后，不同温度密度的部分混合在一起。处于不同温度密度下的辐射碰撞平衡等离子体可以通过碰撞激发和双电子复合过程发射大量的硅的各离子态的K壳层谱线，这些谱线使得实验光谱变得非常复杂。虽然高温高密的部分只占很小的一部分，但是能产生比低温低密部分更强的谱线。而在光致电离硅的实验中，光致激发过程是发射类氦离子的共振线和大量类锂离子谱线的主要原因。虽然互组合线的跃迁速率很低，由于很强的辐射复合作用，仍然能够有较强的强度。 在两个光谱实验中，类锂离子的谱线都严重影响了类氦离子Kα线所在波段的谱型，即在用等离子体的RG值诊断电子温度和密度时应该计入类锂离子谱线的贡献。RCF模型考虑类锂离子谱线的影响，计算了Ne、Mg、Si元素光致电离等离子体的R值和G值。RCF计算的G值诊断了X射线双星Vela X-1中光致电离等离子体的电子温度，与用辐射复合连续谱诊断的电子温度一致，优于以前类似工作的诊断结果。