Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Theoretische Physik

Betreuer: PD Dr. Heidi Reinholz



Dipl-Phys. Sonja Lorenzen
(e-mail: Sonja.L@renzen.de )

Quantum-statistical approach to pressure broadening for Lyman lines from dense hydrogen and hydrogen-like plasmas

Here, pressure broadening is calculated for Lyman lines emitted from dense hydrogen and lithium plasmas, applying a quantum-statistical theory. The effects of plasma electrons and ions are treated separately due to different time scales. While ions are considered static and within two different ion-dynamics models, the collision approximation is used for electrons in two different versions: a perturbative Born approximation is applied as well as an effective two-particle T-matrix approach based on convergent-close coupling calculations. The latter is able to treat strong electron-emitter collisions consistently. Comparing both methods verifies the applicability of a cut-off procedure for strong collisions in the Born approach. The dependence on the magnetic quantum number of the emitter is found to be important, while the dependence on the spin is negligible. Using one ion-dynamics model can lead to up to 30% difference in the linewidth compared to the other model. This is of importance as soon as the calculations are applied in plasma diagnostics.

In dieser Arbeit wird eine quanten-statistische Theorie für die Druckverbreiterung von Lyman-Linien, die von dichten Wasserstoff- oder Lithiumplasmen emittiert werden, angewendet. Dabei werden die Effekte der Plasmaelektronen und -ionen getrennt behandelt. Ionen werden statisch sowie mit zwei verschiedenen Ionendynamikmodellen betrachtet. Elektronen werden über zwei Versionen der Stoßnäherung berücksichtigt: störungstheoretische Bornsche Näherung und effektiver 2-Teilchen-T-Matrix-Zugang werden verglichen. Letzterer behandelt starke e-Strahler-Stöße konsistent. Die Ergebnisse zeigen, dass die abgeschätzte Behandlung der starken Stöße in Bornscher Näherung gut funktioniert, aber die Linienbreite von der magnetische Quantenzahl des Strahlers abhängt und die Spinabhängigkeit vernachlässigt werden kann. Die verschiedenen Ionendynamikmodelle führen zu einem Unterschied in der Linienbreite von bis zu 30%, das ist relevant für die Anwendung in der Plasmadiagnostik.