FAST-ION STOPPING POWER IN HOT, DENSE, STRONGLY-COUPLED PLASMA

Résumé
L'expression relativiste de la formule de Bethe pour le ralentissement de particules rapides (fonction diélectrique transverse) dans les plasmas denses et fortement corrélés (Γ_ocp >> 1) est établie. Un modèle d'atome moyen adaptable sur PC est décrit. Il donne accès aux contributions lié-libre et libre-libre de la fonction d'excitation plasma, lesquelles améliorent les modèles OCP ou Debye-Hückel. Dans les plasmas fortement ionisés (Z * >> 1), il arrive fréquemment que les ions soient fortement couplés, alors que les électrons libres ne le soient que faiblement. Ainsi, bien que le traitement DH demeure valable pour les électrons, l'approximation OCP pour la composante ionique peut ne pas être valable à toutes densités. Le modèle décrit tient compte de la polarisation électronique à l'intérieur de la sphère ionique, ainsi que l'influence de l'écrantage électronique sur la dynamique des ions. Ces effets sont incorporés dans l'abaissement du continu, lequel inclue les fluctuations du microchamp électrique. Le modèle de plasma donne un traitement raisonnable des effets collectifs au voisinage de la résonance. Puisque la précision spectroscopique n'est pas requise dans les calculs de pouvoir d'arrêt, si l'on satisfait aux règles de somme, on utilise une formule analytique approchée pour les niveaux atomiques. On omet les transitions lié-lié, la force d'oscillateur correspondante étant approximativement transférée aux transitions lié-libre. On calcule les fonctions d'excitation et les pouvoirs d'arrêt pour Al à 100 eV et Pb à 300 eV avec des densités de plasma usuelles.

Abstract
The relativistic form of the Bethe fast-ion stopping power involving the transverse dielectric function, as given by Landau and Lifshitz, is applied to calculation of atomic ion stopping in hot, dense plasmas in which the ions are strongly coupled (Z *_ocp>> 1). An average-atom plasma model, suitable for implementation on a PC spreadsheet, is described. This model, which provides the basis of a calculation of a bound-free and free-free representation of the plasma excitation function, incorporates several novel enhancements over the standard one-component plasma (OCP) or Debye-Hückel models. In highly ionised (Z* >> 1) plasmas, a frequently found situation is that the ions appear strongly coupled while the continuum electrons remain weakly coupled. Thus, while the Debye-Hückel treatment may therefore remain valid for the electrons, the OCP approximation for the ion component may not hold except at very much higher densities. The model therefore allows for electron polarisation within an ion sphere and treats the influence of electron screening on the ion dynamics. These effects are incorporated into a continuum lowering model which includes microfield (Stark) fluctuations. The plasma model also provides a reasonable treatment of the plasma collective effects around the plasma "resonance". Since spectroscopic accuracy is not demanded for stopping power calculations provided that the appropriate sum rule is obeyed, use is made of an approximate analytical formula for the atomic energy levels. Bound-bound transitions are omitted - the bound-bound oscillator strength being appropriately transferred to the bound-free. Calculations of excitation functions and stopping powers are presented for 100eV aluminium and 300eV lead plasmas at normal densities.