对任意非 Maxwellian 电子分布下等离子体中离子化与复合过程的建模
太阳与恒星天体物理
2025-06-18 v1 等离子体物理
摘要
在天文环境中，等离子体的高温辐射主要取决于离子电荷态，这需要准确分析离子化与复合过程。对于涉及高能粒子的各种现象，呈现高能尾部的非 Maxwellian 电子分布会显著增强离子化过程。因此，准确计算具有非 Maxwellian 电子分布的离子化与复合速率系数对于辐射诊断分析至关重要。本文报告了两种用于拟合各种非 Maxwellian 分布的方法，采用 Maxwellian 分解策略。对于标准 {kappa} 分布，计算得到的离子化与复合速率系数与其他公开软件包的精度相当。我们将上述方法应用于两个特定的非 Maxwellian 分布情景：(I) 由磁重联引起的加速电子分布，这在联合 MHD-粒子仿真中被揭示；(II) 来自太阳风外逸模型预测的高能截断 {kappa} 分布。在电子加速过程中，高温铁离子的离子化速率显著增加，而复合速率可能因低能范围内电子分布变化而降低。这可能导致在假设 Maxwellian 分布时，对 Fe 辐射线的分析会高估等离子体温度。对于太阳风中的截断 {kappa} 分布，离子化速率低于标准 {kappa} 分布，而复合速率相似。这会导致在假设 {kappa} 分布时高估等离子体温度。
引用
@article{arxiv.2506.14668,
title = {Modeling of Ionization and Recombination Processes in Plasma with Arbitrary Non-Maxwellian Electron Distributions},
author = {Chengcai Shen and Xiaocan Li and Yuan-Kuen Ko and John C. Raymond and Fan Guo and Vanessa Polito and Viviane Pierrard},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.14668},
year = {2025}
}