HIR: A collisional-radiative model for hydrogen ionization in plasma with anisotropic fast ions
Budker Institute of Nuclear Physics（布德核物理研究所）；Novosibirsk State University（新西伯利亚国立大学）；Novosibirsk State Technical University（新西伯利亚国立技术大学）
介绍用于计算热等离子体中氢原子电离相关情况的HIR软件包，基于稳态碰撞辐射模型，分析了逐步电离对快原子平均自由程等的影响，发现快离子分布各向异性影响小，还计算了氢原子电离成本，该软件包可在GitHub获取。
2026-07-29 physics.atom-ph physics.plasm-ph
EIE calculation and Collisional-Radiative modeling for Na-like Kr and Xe
本研究延伸先前工作，采用MCDHF结合RDW理论计算类钠氪、氙的关键原子性质与EIE相关参数，构建碰撞辐射模型，经与已有数据/NIST数据库对比验证后，为类钠离子研究提供原子数据支撑。
2025-07-31 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Evaluation of a measure on the quasi-steady state assumption of Collisional Radiative Models via Intrinsic Low Dimensional Manifold Technique
等离子体的碰撞和辐射动力学由所谓的碰撞辐射模型[1]揭示，该模型通过对某些类型的粒子进行准稳态分配来简化化学动力学。该分配通常基于通过传输与局部破坏频率的比率对等离子体种类的分类。我们表明，由于时间依赖的本地生产的作用，分类是不准确的，并采取措施是必要的，以确认分配的有效性。本研究的主要目标是评估这些模型的准稳态假设的措施。受称为内在低维流形[2，3]的化学还原技术的启发，在传输时间尺度上提供了估计的本地源。该源是粒子的准稳态的偏差，其值被指定为准稳态假设的误差。这种误差在导出量上的传播在碰撞辐射模型中用公式表示。基于该误差，提出了一种新的准稳态判别方法。分别对汞、氩日光灯进行了分析，并给出了相应的误差。我们观察到，新的和传统的技术同意的大部分激发态，但不同意的一些低能量激发态。
2015-11-30 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Diagnosis of electron density and temperature by using collisional radiative model in capacitively coupled Ar plasmas I: triple-frequency discharges
建立了一个适用于低气压的18能级氩碰撞辐射模型。该模型可以通过结合光学发射光谱（OES）和朗缪尔探针校准来求解。在不同频率和功率的电容耦合等离子体中，将模型计算的电子温度和密度与朗缪尔探针测量的结果进行了比较。结果表明，在固定压力下，任何频率或功率下的校准点都是合适的。将该方法应用于三频（TF）CCP的诊断，结果表明高频（HF）功率主要控制电子密度，低频（LF）功率主要控制电子温度，中频（IF）功率介于两者之间。与双频CCP相比，随着中频功率的增加，高频功率对电子密度的控制更加独立，对电子温度的影响更小。
2020-12-08 physics.plasm-ph
Inference of the degree of dissociation of weakly collisional hydrogen plasmas using collisional-radiative models
本研究开发了一种新的分析技术，通过改进碰撞辐射模型处理双麦克斯韦电子能量分布和辐射俘获效应，结合Fulcher-alpha跃迁分析，推断弱碰撞氢等离子体的解离度，并在MAXIMUS装置中通过实验验证了其有效性。
2025-04-29 physics.plasm-ph
Efficient training of artificial neural network surrogates for a collisional-radiative model through adaptive parameter space sampling
磁约束核聚变等离子体输运模型的可靠性依赖于等离子体中离子电荷态分布和辐射功率损耗的精确求解。这些量可以从等离子体输运模拟中的每个时间步长的碰撞辐射（CR）模型的解中获得。然而，即使是紧凑的，近似的CR模型可以计算繁重的评估，这些模型内的耦合等离子体传输代码的原位评估可能会导致刚性瓶颈。绕过这一瓶颈的一种方法是部署人工神经网络替代品，以快速评估必要的血浆量。然而，训练准确的人工神经网络代理的一个问题是依赖于用于训练和验证的足够大且具有代表性的数据集，这可能是耗时的。在这项研究中，我们进一步探索了一个数据驱动的主动学习和训练方案，允许自主自适应采样的问题参数空间，确保足够大的和有意义的训练数据集组装的替代训练。我们的数值实验表明，为了产生一个精确的CR代理，所提出的方法需要的数据样本的总数是一个数量级小于传统的方法。
2022-09-26 physics.plasm-ph
A comparison between detailed and configuration-averaged collisional-radiative codes applied to non-local thermal equilibrium plasma
建立了一个描述非局域热力学平衡等离子体的碰撞辐射模型。它是基于HULLAC（希伯来大学劳伦斯利弗莫尔原子代码）套件的跃迁率，在零温度辐射场假设。该模型的两个变种：第一个是配置平均，而第二个是详细的水平版本。它们之间的比较是在碳等离子体的情况下，他们表明，配置平均代码给出正确的结果为电子温度Te = 10 eV（或更高），但在较低的温度，如Te = 1 eV失败。的有效性的组态平均近似进行了讨论：直观的标准，要求的平均组态能量色散必须小于电子热能原来是一个必要的，但远远不够的条件。另一个条件的基础上的分辨率的修改速率方程系统的建议。它的效率强调在低温等离子体的情况下。最后，它表明，近阈值自电离级联过程可能会导致严重故障的配置平均形式主义。
2007-10-15 physics.plasm-ph
Diagnosis of electron density and temperature by using collisional radiative model in capacitively coupled Ar plasmas II: two-dimensional distributions
在低压电容耦合氩等离子体中，实验研究了射频功率和驱动频率对电子密度和温度二维（轴向和径向）分布的影响。696.5 nm和750.4 nm的发射线的强度分布检测通过采用空间分辨诊断系统，其中包括一个电荷耦合器件（CCD）和带通干涉滤光片。通过碰撞辐射模型（CRM）的发射强度的空间分布计算的电子密度和电子温度的二维分布。结果表明，在较低的射频功率下，电子密度的轴向和径向分布更加均匀。在较低的激励频率下，电子密度的轴向均匀性较好，而在较高的激励频率下，电子温度的径向分布较平坦。在所有的情况下，电子温度是非常均匀的散装等离子体。在13.56MHz处，随着射频输入功率的增加，观察到了从α模到γ模的模式转变，这导致了电子密度的显著增加和电子温度的急剧下降。
2020-10-21 physics.plasm-ph
Collisional-radiative non-equilibrium impurity treatment for JOREK simulations
发展了一种适用于JOREK三维非线性磁流体动力学（MHD）模拟的碰撞辐射非平衡杂质处理方法。杂质由沿流体速度场线流动的超粒子表示，同时根据ADAS数据和局部流体密度和温度独立地电离和重组。非平衡杂质的贡献，然后投影回到流场的自洽时间演化。一个2D的测试用例是用来比较新的非平衡杂质模型对以前的日冕平衡（CE）杂质处理，以及比较单和双温度模型之间的非平衡杂质行为。此外，我们与以前发表的日冕非平衡结果进行基准的其他三维非线性MHD程序，如M3 D-C1和NIMROD。新的非平衡处理成功地捕获早期阶段的冷却弱电离杂质CE模型错过了。M3 D-C1和NIMROD的基准测试显示，尽管所使用的原子模型存在差异，但在积分量和2D轮廓演变方面都基本一致。上述比较和基准案例证明了JOREK非平衡杂质模型的能力，为更复杂的3D非线性块状材料注入（MMI）模拟铺平了道路，这些模拟在中断缓解研究中具有重要应用。
2021-06-24 physics.plasm-ph
Partially-ionised two-fluid shocks with collisional and radiative ionisation and recombination -- multi-level hydrogen model
本研究基于植入多能级氢模型的双流体PIP代码，模拟太阳色球层典型环境下的部分电离慢模激波，发现非平衡电离导致激波温度更低、压缩更强，指出用Rankine-Hugoniot条件推断低层大气激波性质可能有误。
2023-08-24 astro-ph.SR physics.plasm-ph
Collisional radiative modelling with improved cross sections to investigate plasma molecular interactions in divertor plasmas
本文通过构建碰撞辐射模型并采用改进的反应速率数据，研究MAST-U Super-X偏滤器中的等离子体-分子相互作用，发现其能更好匹配实验并揭示分子活化复合与解离的重要性。
2023-11-28 physics.plasm-ph
Highly efficient sparse-matrix inversion techniques and average procedures applied to collisional-radiative codes
非局域热平衡（NLTE）等离子体的行为在现代物理学的许多领域中起着核心作用，例如激光产生的等离子体、天体物理、惯性或磁约束聚变装置或X射线源。在静止情况下，这些介质的正确描述需要求解数千个或更多速率方程的线性系统。对于这个艰巨的数值计算任务，一个可能的简化可能在于某种类型的统计平均，如组态或超组态平均。然而，为了评估该程序的有效性并处理孤立线起重要作用的情况，处理详细的水平系统可能是重要的。这涉及有时具有数十亿个元素的矩阵，这些元素相当稀疏，但仍然涉及数千个对角线。我们在这里提出了一个数值算法的LU分解的基础上，这样的线性系统。这种方法比传统的高斯消元法快几个数量级。与基于共轭梯度或最小化的替代方法不同，没有面临收敛或精度问题。在上一次NLTE会议上讨论的氪和钨的情况下，讨论了一些例子。此外，为了评估配置平均的有效性，几个标准进行了讨论。虽然基于细致平衡的标准在离LTE不太远的情况下是相关的，但在其他情况下是不够的，但是提出并成功测试了基于使用虚构配置温度的替代标准。看来，详细的计算有时是必要的，这支持搜索一个有效的解决方案，如这里提出的。
2009-02-17 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Data-driven plasma modelling: Surrogate collisional radiative models of fluorocarbon plasmas from deep generative autoencoders
开发了一种深度生成自编码器模型，仅以功率、压力和气体流量为输入，即可快速生成工业等离子体刻蚀设备的准确光谱与彩色图像，并公开了81万余对训练数据集及模型代码以促进该领域发展。
2023-06-26 physics.plasm-ph
Radiative loss and ion-neutral collisional effects in astrophysical plasmas
本文研究两流体模型中辐射冷却对热模和声波的影响，发现耦合中性粒子使增长率和阻尼按电离分数因子减小，非线性模拟证实高电离分数或低耦合增加增长率。
2024-03-18 astro-ph.SR physics.plasm-ph physics.space-ph
Petrov-Galerkin model reduction for collisional-radiative argon plasma
针对非平衡碰撞-辐射氩等离子体，提出基于斜投影的Petrov-Galerkin降阶模型，平衡状态与输出协方差，实现维度降3倍、计算量降一个数量级且误差低于1%，并稳健再现复杂非定常特征。
2025-06-24 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Simple electron-impact excitation cross-sections including plasma density effects
本文提出基于屏蔽氢模型和平面波玻恩近似的电子碰撞激发截面解析计算方法，引入多种低能修正因子并考虑库仑屏蔽与量子简并等密度效应，实现无需数值积分即可准确计算EIE速率。
2024-02-26 astro-ph.SR physics.atom-ph physics.plasm-ph
(Quasi-)collisional Magneto-optic Effects in Collisionless Plasmas with sub-Larmor-scale Electromagnetic Fluctuations
在高能量密度的实验室和天体物理等离子体中，高振幅的混沌/湍流电磁涨落是普遍存在的，它们可以被各种动力学流和/或各向异性驱动的不稳定性激发，如韦伯不稳定性。这些场通常存在于“亚拉莫尔尺度”--比电子拉莫尔半径小的尺度。通过这种磁场运动的电子经历其俯仰角的小角度随机偏转，从而在长时间尺度上建立扩散输运。我们表明，这种行为，在一定条件下，是等价于碰撞等离子体中的库仑碰撞。磁俯仰角扩散系数，作为一个有效的“碰撞”频率，可能是在这些，否则，碰撞环境中的实质。我们表明，这种效果，俗称为等离子体的“准碰撞”，可能会从根本上改变预期的候选等离子体的辐射输运性质。我们认为，这些等离子体中的修改后的磁光效应提供了一个有吸引力的，新颖的辐射诊断工具的探索和表征的小尺度磁湍流，以及影响惯性约束聚变和其他激光等离子体实验。
2015-08-05 astro-ph.IM physics.plasm-ph
Fully kinetic simulations of strong steady-state collisional planar plasma shocks
我们报告的第一个稳态模拟强等离子体冲击与完全动力学离子和电子，独立证实了两个完全动力学代码（欧拉连续和拉格朗日粒子在细胞）。虽然动力学电子不从根本上改变冲击波的结构相比，流体电子，我们发现一个可观的重新安排的预热层，与非局部电子热传输效应。电子热通量曲线定性同意之间的动力学和流体电子模型，表明一定程度的“刚度”，虽然大量的非局部性观察到的动力学热通量。我们也发现很好的协议与非局部电子热流封闭在文献中提出的。最后，在对比的经典流体动力学图片，我们发现一个显着的崩溃在“前体”电场冲击在预热层边缘，这与电子温度梯度弛豫。
2021-06-30 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Accelerated Recombination due to Resonant Deexcitation of Metastable States
在复合等离子体中，已知亚稳态积累粒子数，从而减慢复合过程。我们表明，一个帐户的双激发自电离态，形成由于碰撞重组的亚稳离子，结果在一个显着的加速重组。对冷致密等离子体中剥离碳离子复合的完全与时间相关的碰撞辐射（CR）模型表明，类氦离子的复合速度快了一个数量级。详细讨论了计算中所用的CR模型。
2001-05-28 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Modeling of Inelastic Collisions in a Multifluid Plasma: Ionization and Recombination
使用在先前工作中引入的框架[{Phys. Plasmas} \textbf{22}，093512（2015）]来制定多流体等离子体中的电离和复合碰撞的模型。详细讨论了电子诱导电离和三体复合碰撞中各向同性散射的密度、动量和能量的交换源项。细致平衡的原则在微观层面上得到加强。我们描述了如何将标准的碰撞辐射模型的多流体方程使用目前的配方。给出了氢原子碰撞-辐射速率方程的数值解，以突出多流体效应对动力学的影响。
2016-05-20 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Simulations of Collisional Effects in an Inner-Shell Solid-Density Mg X-Ray Laser
内壳层$α$ X射线激光器是利用自由电子激光器（FEL）的强X射线输出泵浦气体、固体和液体靶而产生的。对于气体靶，激光依赖于K壳层核孔的产生，与通过俄歇衰变填充相比，其时间尺度短。在固体和液体密度系统的情况下，碰撞效应也将是重要的，不仅影响人口，而且线宽，这两者都影响整体增益的程度，及其持续时间。然而，到目前为止，这种碰撞效应还没有得到广泛的研究。我们在这里提出的初始模拟使用CCFLY代码的内壳层激光固体密度镁，在那里我们自洽处理的影响，传入的自由电子激光辐射和原子动力学的镁系统，包括辐射，俄歇，碰撞效应。我们发现，激光跃迁的较低状态的碰撞布居和线的加宽的组合排除了所有的激光，但K $α$的初始冷系统。即使假设瞬时打开的自由电子激光泵，我们发现在固体系统中的增益的持续时间是亚飞秒。
2023-03-13 physics.plasm-ph
An Extended Magnetohydrodynamics Model for Relativistic Weakly Collisional Plasmas
在爱丁顿极限以下吸积的黑洞被认为是通过一个几何上厚的、光学上薄的、旋转支撑的等离子体吸积的，我们将其称为辐射低效吸积流（RIAF）。RIAF通常是无碰撞的，因为库仑平均自由程比$GM/c^2$大，并且在事件视界附近相对热。在本文中，我们开发了一个唯象模型RIAF等离子体，激励源，如Sgr A* 和M87的应用程序。该模型是使用Israel-Stewart理论，它认为偏差高达二阶热平衡，但修改为磁化等离子体。这导致沿着磁场线的热传导和平行于和垂直于场线的压力差（其等效于各向异性粘度）。在非相对论性的限制，我们的模型减少到广泛使用的Braginskii理论的磁化，弱碰撞等离子体。我们比较我们的模型与现有的文献中耗散相对论流体，描述的线性理论的等离子体，并阐明模型中的自由参数的物理意义。我们还描述了该模型的限制时，传导是饱和的，当粘度意味着一个大的压力各向异性。在未来的工作中，本文中开发的形式主义将被用于数值模型的RIAF的非理想过程的动力学和辐射特性的缓慢吸积黑洞的重要性进行评估。
2015-08-04 astro-ph.HE gr-qc physics.plasm-ph
Modeling of dielectronic satellites to diagnose exotic states of matter created by XUV/X-ray free electron lasers, plasma ion electric microfield mixing dynamics rate (II): application to the 2l2l' configuration of helium-like aluminium
本文给出了等离子体离子微场混合动力学速率的数值估计。该速率是由量子原子密度矩阵理论推导出来的，对应于等离子体离子微电场对能级的混合动力学效应。讨论中的速率将被添加到通常的碰撞辐射模型中，用于模拟来自多激发原子配置的双电子卫星，以诊断由X射线自由电子激光（XFEL）与固体密度物质相互作用产生的高密度等离子体状态。在类氦铝（Z = 13）的双激发2l 2l '组态的三个原子能级：2p^2 1D_2，2s 2 p 1P_1和2 p2 1S_0的情况下，将所得到的这个速率的数值与通常的碰撞辐射模型的弛豫原子速率进行了比较.对不同的电子密度n_e值（10^+20、10^+22、10^+23、10^+24 cm^-3）和电子温度T_e = 500 eV进行了比较。数值结果表明，在高密度下，该速率与通常的碰撞辐射速率处于同一数量级，在某些情况下甚至超过它们。这表明了这种速率的潜在作用，以便更好地理解固态物质向等离子体演化的加热机制。
2017-02-24 physics.plasm-ph
Atoms in Dense Plasmas: Models, Applications, and Current Challenges
本文基于原子模型探讨稠密等离子体的建模，涵盖统计方法、碰撞-辐射建模及其应用，并展望与稠密等离子体模型的衔接。
2024-12-17 physics.atom-ph physics.plasm-ph
Reexamination of collisional ionization cross sections including double photoionization processes
GoLP/Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear, Universidade de Lisboa（里斯本大学等离子体与核聚变研究所）；Instituto de Fusión Nuclear, Universidad Politécnica de Madrid（马德里理工大学核聚变研究所）
通过引入非热电子动力学和shake-off过程，重新分析XFEL加热铝的实验数据，发现shake-off和降低的三体复合率能更好解释观测发射特征。
2026-07-02 physics.plasm-ph
The Collisionless Magnetoviscous-Thermal Instability
很可能几乎所有的中央星系大质量和超大质量黑洞都是无辐射的：它们的吸积光度比周围环境中有效的黑洞吸积所能解释的光度低几个数量级。这些天体，其中人马座A* 是最著名的例子，也是稀释的（轻度碰撞到高度无碰撞）和光学薄。为了使吸积发生，磁流体动力学不稳定性必须发展，不仅传输角动量，而且通过物质下落产生的引力能，向外。发现一类新的磁流体动力学流体不稳定性-磁粘-热不稳定性（MVTI）（Islam 12）-通过大的（流体）粘度和热导率沿磁场线传输角动量和能量。本文描述了MVTI的无碰撞和轻度碰撞类似物，即碰撞磁热不稳定性（CMTI），它类似地向外传输能量和角动量，预计在描述热、稀释和辐射低效的吸积流的流动特性方面很重要。黑洞。本文导出了适用于吸积物理的无碰撞漂移动力学方程的一种形式。我们构造了一个局部平衡点，用于差分旋转圆盘的MHD稳定性分析。然后，我们发现和表征特定的不稳定性，预计是重要的热，稀释，辐射效率低的吸积流周围的黑洞的流动特性描述，并显示其定性相似的不稳定性使用流体形式主义（伊斯兰12）。我们的结论与进一步的工作需要在建模这类吸积流。
2014-04-08 astro-ph.HE physics.plasm-ph
Two-fluid simulations of waves in the solar chromosphere I: numerical code verification
太阳色球层由部分电离的等离子体组成，这使得太阳色球层的建模成为一项特别具有挑战性的数值任务。在这里，我们数值模拟色球波使用一个新开发的数值代码的双流体方法。该代码解决了两个流体方程的质量，动量和能量守恒，连同感应方程，对于纯氢等离子体的情况下，带电和中性流体成分之间的碰撞耦合。半隐式算法的实现使我们能够克服由于刚性碰撞项的数值稳定性约束。我们将该程序与均匀介质中声波和Alfvén波在几种碰撞耦合情况下的传播解析解进行了比较，模拟结果与解析估计以及文献中描述的其他结果一致。在大的碰撞频率的限制下，波以单一流体的共同速度传播。在另一个碰撞频率极小的极限下，阿尔文波仅以带电流体的阿尔文速度传播，而中性流体中的扰动非常小。在这些极限中的声波以对应于电荷或中性粒子的声速传播，而在其他流体组分中的扰动非常小。反之，当碰撞频率与波频率的实部相近时，电荷与中性粒子通过动量转移碰撞的相互作用引起波频率的改变和振幅的衰减。
2019-05-09 astro-ph.SR physics.comp-ph physics.plasm-ph
Impact of free electron degeneracy on collisional rates in plasmas
简并等离子体中的量子效应决定了自由电子的行为，在地球和整个太空中无处不在。束缚态和自由电子态之间的跃迁决定了等离子体的基本性质，然而简并度对这些跃迁的影响只是理论上的。在这里，我们使用X射线自由电子激光来创建和表征简并等离子体。我们观察到的核心电子荧光光谱，不能复制的模型，忽略了自由电子简并。我们表明，简并的行为，以限制可用的电子能量状态，从而减缓过渡到和从连续的速率。我们耦合简并和束缚电子动力学在一个现有的碰撞辐射代码，这与观测结果吻合得很好。的截面的形状的影响，因此，由于简并校正的幅度，也进行了讨论。这项研究表明，在等离子体中的简并可以显着影响实验观测，如发射光谱，这些影响可以包括在参数化完善的原子物理学代码。这项工作缩小了凝聚态物质和等离子体阶段之间的理解差距，这两者共存于无数的场景中。
2020-01-06 physics.plasm-ph
Effects of Tungsten Radiative Cooling on Impurity, Heat and Momentum Transport in DIII-D Plasmas
Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究通过对比内禀碳辐射主导和钨注入的高辐射态，发现钨诱导的辐射冷却降低了电子温度，抑制了湍流，提高了离子温度峰值和环形旋转速度，同时抑制了杂质输运。
2026-04-07 physics.plasm-ph
