Atomic Properties in Hot Plasmas: From Levels to Superconfigurations

این کتاب به محاسبه خواص پلاسمای داغ اختصاص دارد که به طور کلی به تعداد زیادی داده اتمی نیاز دارد. این اولین کتابی است که اطلاعات مربوط به جزئیات فیزیک اتمی پایه و کاربرد آن در طیف‌سنجی اتمی را با استفاده از رویکردهای آماری مربوطه ترکیب می‌کند. اطلاعاتی مانند سطوح انرژی، نرخ تابش، سطح مقطع برخورد و تشعشع، و غیره، باید در مدل های تعادلی یا غیرتعادلی گنجانده شوند تا هم سینتیک جمعیت اتمی و هم خواص تابشی را توصیف کنند. از تعداد بسیار زیاد سطوح و انتقال‌های دخیل در یون‌های پیچیده، برخی ویژگی‌های آماری (جهانی) پدیدار می‌شوند.

این کتاب مجموعه‌ای منسجم از مفاهیم و فرمول‌های فشرده را ارائه می‌کند که برای محاسبات قابل حمل و دقیق مناسب است. موضوعات مطرح شده عبارتند از: گسیل و جذب تشعشعی، و ده ها فرآیند برخورد و تشعشع دیگر. آرایه های انتقال بین مجموعه های سطح (پیکربندی ها، ابرپیکربندی ها)؛ دمای موثر پیکربندی ها، ابرپیکربندی ها و یون ها. توزیع های حالت شارژ؛ تلفات توان تابشی و کدورت نمونه‌های عددی و مقایسه‌های زیادی با آزمایش در سراسر کتاب ارائه شده است. خواص پلاسما که در این کتاب توضیح داده شده است به ویژه به تأسیسات گداخت هسته ای بزرگ مانند NIF (کالیفرنیا) و ITER (فرانسه) و اخترفیزیک مربوط می شود.

روش های مربوط به مدل پیکربندی میدان مرکزی هستند. در ضمائم به تفصیل توضیح داده شده است: تکنیک های تانسور-عملگر، فرمالیسم کوانتیزه دوم، گشتاورهای توزیع آماری، و جبر توابع تقسیم. برخی از ابزارهای اضافی قوانین تمایل، همبستگی ها و فراکتال ها هستند. این روش‌ها برای استخراج تحلیلی بسیاری از ویژگی‌ها، به‌ویژه ویژگی‌های جهانی، استفاده می‌شوند که از طریق آنها پیچیدگی بسیار کاهش می‌یابد. این کتاب برای دانشجویان مقطع کارشناسی ارشد و فیزیکدانانی که در این زمینه کار می کنند در نظر گرفته شده است.

This book is devoted to the calculation of hot-plasma properties which generally requires a huge number of atomic data. It is the first book that combines information on the details of the basic atomic physics and its application to atomic spectroscopy with the use of the relevant statistical approaches. Information like energy levels, radiative rates, collisional and radiative cross-sections, etc., must be included in equilibrium or non-equilibrium models in order to describe both the atomic-population kinetics and the radiative properties. From the very large number of levels and transitions involved in complex ions, some statistical (global) properties emerge.

The book presents a coherent set of concepts and compact formulas suitable for tractable and accurate calculations. The topics addressed are: radiative emission and absorption, and a dozen of other collisional and radiative processes; transition arrays between level ensembles (configurations, superconfigurations); effective temperatures of configurations, superconfigurations, and ions; charge-state distributions; radiative power losses and opacity. There are many numerical examples and comparisons with experiment presented throughout the book. The plasma properties described in this book are especially relevant to large nuclear fusion facilities such as the NIF (California) and the ITER (France), and to astrophysics.

Methods relevant to the central-field configurational model are described in detail in the appendices: tensor-operator techniques, second-quantization formalism, statistical distribution moments, and the algebra of partition functions. Some extra tools are propensity laws, correlations, and fractals. These methods are applied to the analytical derivation of many properties, specially the global ones, through which the complexity is much reduced. The book is intended for graduate-level students, and for physicists working in the field.