开展国防重大项目中的原子分子物理研究工作,解决了定量评估近理想等离子体环境效应的影响这一关键科学问题,发现了等离子体屏蔽作用导致的一系列新的物理现象和规律。系统开展了重粒子碰撞理论研究工作,得到的低能区电荷转移截面是当时国际上最精确的计算,发现和修正了天体物理应用中的一些问题,计算和评估的碰撞参数已成为应用领域的标准数据。在国内惯性约束聚变(ICF)研究中,首次从实验的光谱数据得到靶丸区的电子温度和密度,并判断靶丸内界面物质与气体区物质的混合情况,这对诊断内爆动力学、校验大型计算平台具有指标性的意义;发展了一套双电子复合物理建模方法,解决了ICF研究中激光-靶耦合以及X射线激光总体理论模拟中的关键问题。近五年来发表SCI收录文章55篇,他引107次,其中被Rev. Mod. Phys.等11篇综述性文章评论或引用22次。
atomic and molecular physics;plasma;heavy particle collision;stopping power;NLTE model
原子分子物理是一门基础物理学科,也是应用性很强的学科。高精度的原子分子参数广泛应用于能源、生物医学、高新技术等领域。本项目结合我国国防重大战略安全需求,开展了惯性约束聚变、武器物理中的基础原子分子物理理论研究工作,并直接应用于解决其中的关键物理问题。主要研究内容包括(1)等离子体中基本原子物理过程的理论研究。等离子体中带电粒子之间的多体关联效应能够影响原子结构和动力学过程,进而影响等离子体状态的诊断和模拟,因此等离子体环境中的原子分子物理研究正成为原子分子物理与等离子体物理研究的一个新的交叉学科方向。基于从头计算的原子分子物理理论框架,结合等离子体物理模型,我们建立了一套系统的理论方法和计算程序,初步解决了实际应用中定量评估等离子体屏蔽效应对原子结构和碰撞动力学过程影响的问题。(2)重粒子碰撞过程理论研究。重粒子碰撞涉及复杂的多体、多中心、多通道强耦合等问题,特别是对多体关联效应强的中、低能碰撞过程,理论计算的难度更大。我们发展的全量子分子轨道强耦合方法,具备了高精度计算较高电荷态离子与基态、激发态原子和双原子分子碰撞电荷转移过程的能力,得到的低能区总截面和态选择截面计算精度达到了目前国际上的最先进水平。(3)等离子体中宏观参数的理论计算。发展了一套系统方法研究高Z元素等离子体的阻尼过程。我们的计算考虑了等离子体极化效应、原子大角散射过程、原子非弹性激发和电离过程,并考虑了等离子体关联效应对自由电子能量分布的影响。据我们所知,这是国际上最精细的等离子体阻尼功计算。(4)等离子体中非平衡效应等关键物理过程研究。发展辐射与物质非平衡物理建模,并利用高精度的原子分子物理参数,研究了惯性约束聚变中非平衡燃烧物理过程,发现了非平衡效应对聚变等离子体状态以及聚变产额的达量级的影响。并进一步利用非平衡物理建模,研究了从高Z元素重介质到低Z元素轻介质间的辐射输运过程,揭示了高密度质量壳效应的产生机制。课题组在4年时间里发表了39篇SCI论文,并获得一项军队科技进步二等奖。这些工作一方面促进了基础原子分子物理研究工作,另一方面,解决了国防重大项目相关的原子分子参数需求,同时在解决其中的关键物理问题也发挥了重要作用。