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Analog and digital simulations of Maxwellian plasmas forastrophysics
D.W. Savin, N.R. Badnell, P. Beiersdorfer, B.R. Beck, G.V. Brown, P. Bryans, T.W. Gorczyca, M.F. Gu, S.M. Kahn, J.M. Laming, D.A. Liedahl, W. Mitthumsiri, J.H. Scofield, and K.L. Wong Can. J. Phys./Rev. can. phys. 86(1): 209-216 (2008) Full text (PDF 303 kb) Abstract: Many astrophysical and laboratory plasmas possess Maxwell–Boltzmann (MB) electron energy distributions (EEDs). Interpreting or predicting the properties of these plasmas requires accurate knowledge of atomic processes such as radiative lifetimes, electron impact excitation and de-excitation, electron impact ionization, radiative recombination, dielectronic recombination, and charge transfer, all for thousands of levels or more. Plasma models cannot include all of the needed levels and atomic data. Hence, approximations need to be made to make the models tractable. Here we report on an “analog” technique we have developed for simulating a Maxwellian EED using an electron beam ion trap and review some recent results using this method. A subset of the atomic data needed for modeling Maxwellian plasmas relates to calculating the ionization balance. Accurate fractional abundance calculations for the different ionization stages of the various elements in the plasma are needed to reliably interpret or predict the properties of the gas. However, much of the atomic data needed for these calculations have not been generated using modern theoretical methods and are often highly suspect. Here we will also review our recent updating of the recommended atomic data for “digital’ computer simulations of MB plasmas in collisional ionization equilibrium (CIE), describe the changes relative to previously recommended CIE calculations, and discuss what further recombination and ionization data are needed to improve this latest set of recommended CIE calculations. PACS Nos.: 34.70.+e,34.80.Dp, 34.80.Kw, 34,80,Lx, 52.50.–j, 52.20.Fs, 52.20.Hv, 52.25.Jm, 52,72.+v, 52.75.–d, 95.30.Dr, 95.30.Ky, 98.38.Bn, 98.58.Bz Texte intégral (PDF de 303 ko) Résumé : Dans beaucoup de plasmas en astrophysique et au laboratoire nous trouvons une distribution de Maxwell–Boltzmann (MB) pour l’énergie des électrons (EED). Pour interpréter ou prédire les propriétés de ces plasmas, nous avons besoin de connaître de façon précise certains mécanismes atomiques, comme les temps de vie radiatifs, la recombinaison radiative, la recombinaison diélectrique et le transfert de charge pour des milliers de niveaux et encore. Les modèles du plasma ne peuvent pas inclure tous les niveaux et les données atomiques nécessaires. Nous devons alors faire des approximations pour que le modèle reste utilisable. Nous présentons une technique analogique que nous avons développée pour simuler une EED maxwellienne en utilisant un piège ionique a faisceau d’électrons et passons en revue des résultats récents obtenus en utilisant cette approche. Un sous-ensemble des données atomiques requises pour la modélisation maxwellienne des plasmas est relié au calcul de la balance d’ionisation. Nous avons besoin de calculs précis d’abondances fractionnaires pour les différents stages d’ionisation des différents éléments dans le plasma afin de prédire ou d’interpréter de façon fiable les propriétés du gaz. Cependant, la majeure partie des données atomiques requises pour ces calculs n’a pas été générée par des méthodes théoriques modernes et est souvent de qualité discutable. Nous passons ici en revue notre récente mise à jour des données atomiques requises pour des simulations numériques sur ordinateur de plasmas MB en équilibre ionique collisionnel (CIE), décrivons les changements avec les précédents calculs CIE et discutons quelles données additionnelles de recombinaison et d’ionisation sont requises pour améliorer le dernier ensemble de calculs CIE. [Traduit par la Rédaction] |
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