��2da Reunión Latinoamericana de Espectroscopía Atómica �y sus Actuales Aplicaciones�Universidade Federal de Roraima, BRASIL.��«Probabilidades de transición en plasmas densos»���

• Héctor O. DI ROCCO (1) y Julio César AGUIAR (2)

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1. Retirado (Universidad Nacional del Centro, Tandil, y del CONICET (ARGENTINA).

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• Autoridad Regulatoria Nuclear, ARGENTINA.

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Trabajos previos con Fernando LANZINI (Instituto de Física de Materiales, UNCPBA, Tandil, ARGENTINA).

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Breve Historia: Relación con el CIOp:

• 1980-1995: Espectroscopía Atómica y de Plasmas
• Desde 2006: LIBS

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(a relativamente bajas densidades: 10¹⁶ cm^-3): niveles poco ensanchados, y por lo tanto, líneas aisladas

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Estudio de ancho y corrimiento de líneas

Teoría ad hoc, NO basada en la Warm and Dense Matter Theory (un tipo especial de DFT)

• Aparentemente anda hasta unos 10¹⁹ cm^-3

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Medición de f_ij relativos (Xe II, Xe IV); efectos de no-idealidad.

Estado actual E.A. para plasmas (muy) densos

• Fundamental para problemas de Astrofísica

(conjuntamente con el transporte de radiación)

• Existencia de códigos relativistas confiables

(aplicaciones a plasmas…)

Tocaremos al menos dos puntos: 1) la problemática general (miles o millones de líneas), y 2) la posible cancelación de algunos multipletes… (esto puede ser difícil de medir directamente).

“Gracias al CIOp”

• Además de los trabajos en conjunto…
• Colaboración con FCAGLP (varios trabajos sobre Atmósferas Estelares: recombinación di-electrónica, estrellas rotantes, etc.).

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• Ahora…
• WDM: aplicaciones a los interiores estelares (Bibliografía)
• Problema: falta de alumnos

A partir de 2015: M.D.C.: hasta 2019 con F. Lanzini (del IFIMAT, UNCPBA); ahora con Julio Aguiar (ARN, ARGENTINA).

Temperaturas: altas 1-100 eV�OJO: ¿qué T? �Densidades: cercanas y mayores a las del sólido

¿Existe algún modelo para “todas” las condiciones?

• Códigos tipo Hartree-Dirac-Fock (átomo «solo» en el Universo: R_i >> <r_nlj>

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• TFD (T=0 ºK) 🡪 TFD (T>0 ºK)

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• Átomo Promedio
• El concepto de “promedio” es peligroso
• Idea: a partir del promedio <x> encontrar los valores

que corresponden a los distintos iones.

¿Qué buscábamos nosotros en 2017?: ¡Entender algo!

• ¿Qué llegamos a saber en 2019? ¿Y en 2021?

Ejemplo de resultados T.F.D. + A.A.

• Fe (Z=26), con “T” = 100 eV, ρ = 0.1 g cm^-3

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• n = 1 l = 0 j = 0.5 Enlj = -272.804 = -7423.3 eV Nnlj = 2
• n = 2 l = 0 j = 0.5 Enlj = -44.711 = -1216.63 eV Nnlj = 1.99555 (~2)
• n = 2 l = 1 j = 1.5 Enlj = -40.0615 = -1090.12 eV Nnlj = 3.96861 (~4)
• n = 2 l = 1 j = 0.5 Enlj = -40.5282 = -1102.82 eV Nnlj = 1.98616 (~2)
• n = 3 l = 0 j = 0.5 Enlj = -14.5246 = -395.23 eV Nnlj = 0.216438 (¿?)
• n = 3 l = 1 j = 1.5 Enlj = -13.0517 = -355.151 eV Nnlj = 0.300681 (¿?)
• n = 3 l = 1 j = 0.5 Enlj = -13.1465 = -357.731 eV Nnlj = 0.153968 (¿?)
• n = 3 l = 2 j = 2.5 Enlj = -11.2869 = -307.128 eV Nnlj = 0.287257(¿?)
• n = 3 l = 2 j = 1.5 Enlj = -11.3046 = -307.609 eV Nnlj = 0.192384 (¿?)
• Etc.
• Total de la carga ligada: 12.10 (¿?); mayormente Fe¹⁴⁺

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• “Solución parcial”: ecuación de Saha (diapositiva siguiente): es una 1ra. Aproximación…

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• Solución mejor: tener algún doctorando…

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LTE (línea punteada), corona (línea llena)

• T-F-D + A. A.: GENERALIZA Saha, corona, etc.
• En general, si el campo de radiación no es importante:
• Emisión espontánea
• Excitación/des-excitación por impacto electrónico
• Ionización/recombinación de tres cuerpos
• Recombinación radiativa
• Autoinización/captura resonante

- - - - - - - -

Cuando el campo de radiación sí es importante:

• fotoexcitación y emisión estimulada
• Fotoinización y recombinación estimulada

O sea, puede haber 8 o 12 procesos….

Se deben resolver

Para ver que todo parece andar bien

Veamos TF y AA a distintas condiciones:�AA: Toma en cuenta la estructura de capas

Metodología

• Introducir (N, T)
• Calcular V_TF(N, T; r)

Produce: <Z_libre>, <Z_ligado>, μ, etc.

• Se calcula V_AA(N, T; r)

Valores mejorados de <Z_libre>, <Z_ligado>, μ, etc.

• Se introduce V_AA(r) en ec. de Sch. para cada ion de interés
• ¡Se resuelve (de alguna manera)!
• Numéricamente (Numerov)
• Orbitales hidrogenoides relativistas: P(n,l,j,Z_j;r)
• Aproximaciones semi-clásica, método de las fases, …

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Variación de la energía de la transición p-s con Ne. Si aumenta Ne 🡪 problema de un «sólido» (calculado por métodos heroicos, ahora…)

¿Qué pasa para mayores N_e?

• “Pasan al continuo” (ionización por presión)
• Varían las Integrales de Slater F^k(ij), G^k(ij) y ξ_nl (ver figura de arriba)
• Se compagina con algún programa que construya y diagonalize las matrices de energía con los nuevos valores de F^k(ij), G^k(ij) y ξ_nl (etc.).
• Varían las A_if.

Esto es para la H_alfa

Esto para la P_alfa (He II)

Trabajos a ¿¿¿??? plazo

• Optimizar el proceso calculacional (TF--> AA --> HFR + otras sutilezas) con diversas metodologías.
• Estudiar la ionización por presión en términos de los parámetros del plasma.
• Estudio de la interacción radiación-materia (E.T.R.)
• Aplicaciones a los casos en que hay miles de líneas (p.e.: d⁶ f - d⁵ f² da 291521 líneas; imposible tratar con todas ellas y sus respectivas A_if) (y además no importan ya que el ancho de c/u es mayor que las separaciones entre ellas)

Procesos atómicos requeridos para un modelo CR

• Fotoionización y recombinación radiativa
• Foto-excitación y des-excitación
• Ionización y recombinación electrónicos
• Excitación y des-excitación electrónicos
• Autoionización y captura electrónica

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A LOS QUE HAY QUE AGREGAR:

• El problema del transporte de radiación

Veamos transiciones del tipo |9f,J=3> vs. |9d>, |8d>, etc.

Trabajo de Abdallah y cols.

Si ponemos las dos juntas

O aún…; imaginemos miles (o millones) de líneas reemplazadas por unas pocas

Nuestra presentación se basa en varios artículos nuestros�(¡pidan alguno que otro!)

• EXPERIMENTAL AND NUMERICAL STUDY OF A PULSED COLD DISCHARGE. A. Sherar, G. Bertuccelli and H. O. Di Rocco. Physica Scripta 47(4), 579 (1993) (Resolución de las ecuaciones de Saha).

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• AN ANALYTIC COLLISIONAL-RADIATIVE MODEL INCORPORATING NON-LTE AND OPTICAL DEPTH EFFECTS. J. A. Pomarico, D. I. Iriarte and H. O. Di Rocco. European Physical Journal D 19, 65-72 (2002).

​

• NON-LTE AND OPTICAL DEPTH EFFECTS TO BE CONSIDERED IN QUANTITATIVE SPECTROSCOPY OF COLD AND DENSE PLASMAS. D. I. Iriarte, J. Pomarico and H. O. Di Rocco. Spectrochimica Acta B 58 (11) pp 1945-1957 (2003).

​

• SCREENING PARAMETERS FOR THE RELATIVISTIC HYDROGENIC MODEL, Fernando Lanzini and Héctor O. Di Rocco. High Density Energy Physics 17, 240-247 (2015), doi: 10.1016/j.hedp.2015.08.002, ISSN: 1574-1818. (Puede generalizarse cuando hay un Vpl(r))

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• THE THOMAS-FERMI APPROACH TO DENSITY FUNCTIONAL THEORY: BINDING ENERGY FOR ATOMIC SYSTEMS, Fernando Lanzini, Julio C. Aguiar and Héctor O. Di Rocco. European Journal of Physics, 37 (6) 065402 (2016).

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Otros

• A SYSTEMATIC ANALYSIS OF LINE PROFILES FROM TRANSIENT PLASMAS USING A PSEUDO FANO FUNCTION, Guido Báez, Diego Díaz Pace, Cristian D'Angelo, Héctor O. Di Rocco. Spectrochimica Acta B 135 73-81 (2017). ISSN:0584-8547.

​

• AN IMPLEMENTATION OF THE AVERAGE ATOM MODEL USING THE THERMODYNAMIC CONSISTENCY CONDITION: APPLICATION TO Ar. F. Lanzini and Héctor O. Di Rocco. Acta Physica Polonica A 134 (6), 1126 (2018). ISSN: 0587-4246.

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• THE INFLUENCE OF THE CONTINUUM LOWERING ON TRANSITION PROBABILITES: COMPETITION BETWEEN CANCELLATION AND OPACITY EFFECTS. F. Lanzini and Héctor O. Di Rocco. High Energy Density Physics 33, 100702 (2019) (Tratado con funciones hidrogenoides apantalladas, es el origen de esta presentación).

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• SELF-CONSISTENT SCREENED HYDROGENIC MODEL BASED ON THE AVERAGE-ATOM MODEL: COMPARISONS WITH ATOMIC CODES AND PLASMA EXPERIMENTS. Julio C. Aguiar, Héctor O. Di Rocco and F. Lanzini. European Physical Journal D (2021); está por aparecer.

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• SOME APPLICATIONS OF PERTURBATION THEORY IN ATOMIC PHYSICS, Julio C. Aguiar and Héctor O. Di Rocco. European Journal of Physics Eur. J. Phys. 42 (2021) 065403 (25pp) (2021). Corrimientos de líneas de iones hidrogenoides pueden tratarse por este punto de vista.

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• Aplicaciones estelares: RELATIONS BETWEEN OBSERVABLE PARAMETERS OF COLLISIONALLY BROADENED EMISSION LINES OF ROTATING STARS: A USEFUL PLOT. A. Cruzado and H. O. Di Rocco, Physica Scripta 88(5) 055901, (2013).

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• ON THE LINE SHIFTS AND OSCILLATOR STRENGTHS OF Xe II LINES IN THE SPECTRA OF HnMg STARS. H. O. Di Rocco, A. Cruzado and P. E. Marchiano. Astronomy and Astrophysics 581, A63 (2015). DOI:10.1051/ 0004-6361/ 201526301

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Palabras finales

• Posibles experimentos en condiciones «extremas»: plasma focus (ya no sé si funciona alguno en Argentina)
• Plasmas Generados por Láser (hasta 10²⁰ cm^-3).

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• Variación de los A_if debido al plasma
• ¡Hay una multitud de temas donde es posible hacer aportes, con muchas aplicaciones

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• ¡Muchas Gracias por la invitación!