Comparision of Statistical Models for Calculations of Heavy Impurity Dielectronic Recombination Rates in Thermonuclear Fusion Plasmas

Abstract

Произведён расчёт скорости диэлектронной рекомбинации тяжёлых ионов, в том числе вольфрама, в термоядерной плазме в рамках статистической модели атома. Данная модель основана на представлении многоэлектронного иона как системы эквива-лентных осцилляторов, колеблющихся с плазменными частотами, определяемыми распределением плотности электронов в атоме или ионе. В расчётах использовались распределения плотности электронов, рассчитанные в приближении Томаса-Ферми в двух вариантах: с учётом орбитального строения электронных оболочек и суммарная по орбитальному моменту плот-ность. Статистическая модель позволяет значительно упростить расчёты скорости диэлектронной рекомбинации.Ключевые слова: физика плазмы, диэлектронная рекомбинация, тяжёлые ионы. COMPARISION OF STATISTICAL MODELS FOR CALCULATIONS OF HEAVY IMPURITY DIELECTRONIC RECOMBINATION RATES IN THERMONUCLEAR FUSION PLASMAS D.S. Leontyev NRC «Kurchatov Institute», Moscow, RussiaThe dielectronic recombination rate on heavy ions, including tungsten, in thermonuclear fusion plasmas is calculated using the statistical model of atoms. This model is based on idea of a representation of multielectron ion as a system of equivalent ocsillators, which have plasma frequencies determined by the electron density distribution in an atom or an ion. For calculations we used the electron density distribution described by the Thomas-Fermi model in two variants: the first one took into account the electron shell structure of ion, and the second one was summarized over orbital quantum number density. The statistical models allow to substantially simplify the calculations of the dielectronic recombination rate. ВВЕДЕНИЕВ современных термоядерных установках используется вольфрам в качестве конструкционного ма-териала диверторных пластин. Из-за большого зарядового числа даже в условиях термоядерной плазмы примесные ионы вольфрама сохраняют большое число электронов, что сильно усложняет расчёт радиа-ционно-столкновительных процессов электронов с тяжёлыми ионами примеси. Более ранние расчёты скорости диэлектронной рекомбинации для тяжёлых ионов показывали существенное разногласие с экспериментальными данными [1,2]. Кроме того, в настоящее время не существует единой универсаль-ной базы скорости диэлектронной рекомбинации для большинства ионов в широком диапазоне элек-тронных температур. В настоящей работе предпринята попытка использовать статистическую модель для универсального описания процесса диэлектронной рекомбинации тяжёлых примесных ионов в тер-моядерной плазме. Для проверки модели проведено сравнение с результатами численного расчёта нике-леподобной последовательности широкого класса тяжёлых элементов Ag, Xe, Gd, Pr, Ta, W, Au.Ранее статистическая модель успешно применялась в работе [3] по расчёту сечений и скоростей ио-низации и радиационных потерь в столкновительно-излучательных процессах с многоэлектронными ионами в плазме. Кроме того, статистическая модель использовалась и для расчёта скорости диэлек-тронной рекомбинации применительно к полуэмпирической формуле Берджесса-Мер...