<?xml version='1.0' standalone='no' ?>
<journal xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:noNamespaceSchemaLocation="JournalArticulus.xsd">
    <operCard>
        <operator>ИПМ им. М.В.Келдыша РАН|Publicator</operator>
        <date>2026-04-08 20:01:01</date>
        <cntArticle>1</cntArticle>
        <cs>0</cs>
    </operCard>
    <titleid>32018</titleid>
    <issn>2071-2901</issn>
    <codeNEB>20712901</codeNEB>
    <journalInfo lang="RUS">
        <title>Препринты ИПМ им. М.В.Келдыша</title>
    </journalInfo>
    <issue>
        <volume/>
        <number>45</number>
        <altNumber/>
        <part/>
        <dateUni>2022</dateUni>
        <issTitle/>
        <pages>1-15</pages>
        <articles>
            <article>
                <pages>1-15</pages>
                <artType>RAR</artType>
                <authors>
                    <author num="001">
                        <authorCodes>
                            <spin>5177-7791</spin>
                            <orcid>0000-0003-4613-6301</orcid>
                        </authorCodes>
                        <individInfo lang="RUS">
                            <surname>Вичев</surname>
                            <initials>Илья Юрьевич</initials>
                            <orgName>Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН</orgName>
                            <email>vichevilya@keldysh.ru</email>
                            <otherInfo>Персональная веб-страница: http://keldysh.ru/persons/vichevilya.html</otherInfo>
                        </individInfo>
                        <individInfo lang="ENG">
                            <surname>Vichev</surname>
                            <initials>I.Y.</initials>
                            <orgName>Keldysh Institute of Applied Mathematics RAS</orgName>
                        </individInfo>
                    </author>
                </authors>
                <artTitles>
                    <artTitle lang="RUS">Моделирование сильно фотоионизованной плазмы кремния</artTitle>
                    <artTitle lang="ENG">Simulation of strongly photoionized silicon plasma</artTitle>
                </artTitles>
                <abstracts>
                    <abstract lang="RUS">В работе продемонстрирован процесс моделирования сильно фотоионизованной плазмы кремния при параметрах, близких к астрофизическим. Вычисления проводились в рамках модели столкновительно-излучательного равновесия. Выполнена верификация полученных результатов при помощи сравнения с результатами других участников международного семинара по сравнению кодов. Проведён сравнительный анализ результатов с экспериментально измеренным спектром прохождения мягкого рентгеновского излучения через слой фотоионизованной плазмы кремния.</abstract>
                    <abstract lang="ENG">The work demonstrates the process of simulation a strongly photoionized silicon plasma with parameters close to astrophysical. The calculations were carried out within the model of collisional-radiative equilibrium. The obtained results were verified by comparison with the results of other participants of the codes comparison workshop. A comparative analysis of the results with the experimentally measured spectrum of soft X-ray transmission through a layer of photoionized silicon plasma is carried out.</abstract>
                </abstracts>
                <text lang="RUS">
Введение 
При разработке любых физико-математических моделей всегда встаёт вопрос об их верификации. Предпочтительным вариантом является сравнение результатов расчётов с экспериментально измеренными данными. Для проверки радиационных моделей и расчёта переноса излучения на их основе требуется создать в лабораторных условиях на достаточно протяжённое время однородную по пространству фотоионизованную плазму большого размера и измерить её характеристики (поглощение и излучение). При этом эксперимент должен иметь хорошую повторяемость, а характеристики плазмы должны быть измерены с достаточным спектральным разрешением. 
Описанные выше условия близки к астрофизической плазме [1, 
2]. 
Сравнительно недавно их удалось воспроизвести в лабораторных условиях, а также измерить 
спектры 
поглощения 
и 
излучения 
с 
высокой 
точностью 
[3]. 

Основная загадка этого эксперимента заключается в том, что с помощью двух моделей была предсказана более высокая ионизация плазмы при измеренных условиях, чем это следует из спектра поглощения. Исходя из этого, на 10-м семинарепосравнениюнеравновесныхкодов(далее NLTE10)былосформулировано несколько тестовых задач по моделированию фотоионизованной плазмы кремния при 
условиях, 
близких 
к 
экспериментальным 
[4]. 

В данной работе продемонстрированы результаты моделирования спектра прохождения мягкого рентгеновского излучения через слой фотоионизованной плазмы кремния в рамках модели столкновительно-излучательного равновесия. Выполнен сравнительный анализ полученных результатов с результатами участников семинара NLTE10. В качестве дополнительной верификации представлены результаты согласованного решения уравнения переноса излучения и системы кинетических уравнений, где неоднородность поля излучения по толщине слоя учитывается более правильным образом. 

Постановка задачи 
Одной 
из 
целей 
10-го 
семинара 
по 
неравновесной 
плазме 
[4] 
было 
решение 
задачи по моделированию фотоионизованной плазмы кремния в условиях, близких к астрофизическим. В такой плазме из-за наличия интенсивного внешнего поля излучения радиационные процессы преобладают над столкновительными, что ведёт к росту населённости автоионизационных состояний и существенно усиливает роль Оже-переходов. 
В рамках семинара для проведения численного эксперимента было предложено провестирасчётыоднородногослоякремниевойплазмы,используяразнуютолщину .. (0,1; 0,3; 1,2 см), температуру .... = 30 эВ и два значения плотности электронов .... (1019;3.1019 см.3). В качестве внешнего источника излучения предлагалось использовать спектр черного тела с температурой излучения ........ = 63 эВ и 

4 
коэффициентом ослабления .. =1: 15.. ..3 
....(.., ........)= .. , (1) 
..5 exp(../........) . 1
или более сложную комбинацию: 
.... = ....(0,28; 48) + ....(0,081; 92) + ....(0,0067; 170), (2) 
где .. – энергия фотона в эВ, .. =1,028.10.7 ТВт/(см2.эВ4) – постоянная Стефана­Больцмана. 
Выбор этих случаев для моделирования был обусловлен имеющимися экспериментальными данными по измерению спектров поглощения и излучения фотоионизованной 
плазмы 
кремния 
[3]. 
Экспериментально 
измеренный 
падающий 
на образец спектральный поток энергии излучения был аппроксимирован комбинацией 
(2) 
из 
трех 
планковских 
функций: 
.... = ...... (см. рис. 1). 
Поле 
излучения 
вида 
(1) 
с 
температурой 
излучения 
........ = 63 эВ; .. =1 и комбинированное 
поле 
(2) 
имеют 
одинаковый 
суммарный 
поток 
энергии, 
причем 
у комбинированного поля значительно больше фотонов с большей энергией. 
комбинация 
(2) 

(1) 

.... , ГВт/(см2 .эВ) 
Энергия фотонов .., кэВ 
Рис. 1. Измеренная спектральная освещенность (черная кривая), её аппроксимация комбинацией трёх планковских функций (красная кривая). Синей кривой обозначен поток энергии излучения чёрного тела с температурой излучения ........ = 63 эВ 
В результате рассмотрения представленных данных по моделированию, а также их сопоставления с экспериментальными измерениями в предложенный список расчётных 
случаев 
был 
добавлен 
случай 
с 
внешним 
источником 
излучения 
(1) 
и 
коэффициентом ослабления .. =0,1. 
Далее для заданного списка случаев требовалось рассчитать: спектральный коэффициент поглощения и поток энергии излучения от плоского слоя, распределение вероятности в зависимости от кратности ионизации, а также средний заряд иона. 

5 

Используемая модель 
Представленные в работе результаты расчётов в основном были получены с 
помощью 
программы 
THERMOS_CRE 
[5], 
в 
которой 
реализована 
модель 
столкновительно-излучательного равновесия для описания плазмы с произвольным полем 
излучения 
[6]. 
Дополнительно 
в 
программу 
была 
добавлена 
возможность 
расчёта коэффициента поглощения и излучательной способности, согласованных с собственным полем излучения однородного плоского слоя. 
Рассмотрим однородный плоский слой толщины ... Запишем уравнение переноса излучения в плоской геометрии: 
...... 
.. = .... . ........, (3) 
.... где .. = cos .. – косинус угла .. между направлением распространения излучения . .и осью 0.. (см. рис. 2). 
Излучательная 
способность 
.... . ....(......) и коэффициент поглощения .... . ....(......) при заданных температуре .... и плотности электронов ...., а также поля излучения .... определяются вероятностью ...... конфигурации ...... иона кратности .. и состоянии ... Значения ...... находятся из решения стационарной кинетической системы 
.. 
(.... ' .. '.... ' .. '&gt;.... . ............&gt;.. ' .. ')=0, (4) .. ' .. ' 
где ......&gt;.. ' .. '(....) – вероятность перехода иона из состояния .... в состояние .. ' .. ' за счёт скоростей столкновительных и радиационных процессов. 

Рис. 2. Схематическая постановка задачи для плоского слоя 
Для расчёта радиационных свойств плазмы требуется решить уравнение переноса 
(3) 
совместно 
с 
кинетической 
системой 
(4). Исходя из постановки задачи, 

6 
граничное 
условие 
для 
уравнения 
(3) 
должно 
включать 
падающий 
поток 
внешнего 
излучения: 
....(.. =0,.. &gt; 0) = ...., 
(5) 
....(.. = ..,.. &lt; 0) =0, 
где .... определяется 
по 
формулам 
(1,2). 
Решение 
уравнения 
переноса 
излучения 
(3) 
с 
граничными 
условиями 
(5) для однородного плоского слоя может быть записано в виде: 
[.(.).]. (.). 
.... .. .. 
....(.. = ..,.. &gt; 0)= 1 . exp . + .... exp . , 
.... ....
где .. = ...... – оптическая толщина слоя. Тогда спектральная плотность энергии излучения в центре однородного слоя определяется следующим образом: 
[.].[.]. 
.. 4.. .... 1 . ...../2 .. 2.. ...../2 . 
.... =+ ..1(../2)+ .... ..1(../2), 
.. .... 2 .. 2 
... 
..... где .. – скорость света в вакууме, ..1(..)= .... – интегральная экспонента. 
.. 
.. 
Поиск 
согласованного 
решения 
уравнения 
переноса 
(3) 
и 
кинетической 
системы 
(4) 
для 
определения 
интенсивности 
энергии 
излучения 
.... и вероятности конфигураций ...... проводится с помощью последовательных итераций. 
Во время сравнения вычисленных спектров прохождения мягкого рентгеновского излучения через слой фотоионизованной кремниевой плазмы с экспериментально измеренным спектром также использовались результаты расчётов, проведённых с помощью программы THERMOS_Layer [7], 
где 
в 
одномерной геометрии реализован поиск согласованного решения уравнения переноса 
излучения 
совместно 
с 
системой 
кинетических 
уравнений 
[8]. 

Спектральный коэффициент прохождения определяется из следующего соотношения: 
..
.. 
.... = ....... , (6) ..=1 
где .. – количество подслоёв (в случае однородного плоского слоя без разбиения на подслои – .. =1). 

Анализ эксперимента 
Из 
представленного 
в 
работе 
[3] 
описания 
экспериментальных 
данных 
и 
проведённого численного исследования можно оценить характерные диапазоны параметров плазмы для их более детального анализа. Согласно проведённым измерениям линейная плотность кремния составила 3,1 . 1017 ± 5% см.2, что в 

7 
предположении равномерного расширения слоя до 3,5 мм соответствует значению ионной плотности 8,5 ± 1 . 1017 см.3. Оценка температуры проводилась по соотношению спектральных линий поглощения основного 1..22.. и возбужденного 1..22.. состояний Li-подобного иона Si11+ и составила .... = 33 ± 7 эВ. Измеренный спектр поглощения соответствовал распределению зарядового состава с пиком около Be-подобного иона Si10+, в то время как в измеренном спектре излучения преобладал Li-подобный ион Si11+. Стоит отметить, что при этих параметрах используемые 
для 
анализа 
в 
работе 
[3] 
модели 
показали 
преобладание 
He-подобного иона Si12+. Чтобы достигнуть наилучшего согласия с измеренным спектром, потребовалась снизить температуру, а для усиления влияния процессов столкновительной рекомбинации – немного повысить электронную плотность. 
Проведём предварительный анализ определённых организаторами параметров плазмы кремния. Первым шагом проведём расчёт изотерм среднего заряда иона для плазмы кремния по программе THERMOS_CRE при температуре электронов .... = 30 эВ, температурах излучения ........ =0 и 63 эВ и заданных коэффициентах ослабления .. =0,1 и 1, но без учёта размера плазмы. Полученные результаты представлены на рис. 3 
(а). 
11 
10 
........ =0 
9 .. =0,1; ........ = 63 эВ 
8 .. = 1; ........ = 63 эВ 
7 
6 
11 
10 0,1 см 9 0,3 см 8 1,2 см 7 комбинации 
(2); 
0,3 
см 

6 
Плотность электронов, см.3 
Рис. 3. Изотермы среднего заряда иона при температуре электронов .... = 30 эВ в случае фотоионизованной и прозрачной плазмы кремния: (a) – без учёта размера плазмы, (б) – при параметрах .. =0,1; ........ = 63 эВ и комбинации планковских функций 
(2) 
с 
учётом 
размера 
плазмы 

Средний заряд иона 
Прямоугольником серого цвета обозначена область характерных параметров 

8 
Вероятность 
плазмы кремния, определённая в результате анализа экспериментальных данных, а розовым – на 
основе 
проведённых 
в 
работе 
[3] 
исследований. 
Из 
рис. 
3 
(а) видно, что зелёная 
кривая, 
соответствующая 
расчёту 
с 
полем 
излучения 
(1) 
и 
коэффициентом 
ослабления .. =0,1, проходит через область характерных параметров. В качестве второго шага рассмотрим, как учёт собственного поля излучения слоя влияет на поведение среднего заряда иона в зависимости от плотности. На рис. 3 
(б) приведены изотермы среднего заряда иона в фотоионизованной плазме кремния (........ = 63 эВ и .. =0,1) при разных толщинах плоского слоя (.. =0,1; 0,3 и 1,2 см). Все рассчитанные кривые проходят через серую область характерных параметров. Также на рисунок (б) нанесена зависимость, соответствующая расчёту с 
комбинированным 
полем 
излучения 
(2) 
и 
толщиной 
слоя 
0,3 
см. 
Данная 
кривая 
лежит на границе области розового цвета и соответствует более высоким значениям среднего заряда, что не позволит достичь хорошего согласия с экспериментальным спектром прохождения. 
Далее проведём сравнение результатов расчётов распределения вероятности 
.. 
.... = ...... в зависимости от кратности ионизации в слое плазмы кремния .. 
толщиной 
0,3 
см 
с 
внешним 
источником 
излучения 
трех 
видов: 
(1) 
с 
.. =0,1; 1 и 
комбинированного 
(2) 
– для двух фиксированных плотностей электронов .... = 1019 см.3 и 3 . 1019 см.3 с 
результатами 
других 
участников 
семинара 
[4]. 

1 1019 см.3 K=1; ........ = 63 эВ комбинация 
(2) 
3 . 1019 см.3 
0.8 
ATOMIC K=0,1; ........ = 63 эВ 
0.6 (а) (б) (в) 
0.4 
0.2 
0 
7 8 9 10111213 7 8 9 10111213 7 8 9 10111213 
Кратность ионизации 
Рис. 4. Распределение вероятности .... в зависимости от кратности ионизации для слоя кремниевой плазмы толщиной .. =0,3 см с температурой 30 эВ, двух плотностей 1019 см.3 и 3 . 1019 см.3, а также трёх видов внешнего поля излучения в сравнении с результатами участников семинара. Красными штрихами обозначено распределение, полученное по коду ATOMIC при температуре .... = 25 эВ и плотности электронов .... =1,7 . 1019 см.3 
На рис. 4 
результаты расчётов по программе THERMOS_CRE, полученные при 

9 
плотности электронов 1019 см.3 и 3.1019 см.3, нанесены кривыми синего и чёрного цвета соответственно. Результаты участников семинара приведены в обезличенной форме (см. кривые голубого и серого цветов). Для всех трёх видов поля излучения более высокая плотность электронов приводит кболее низким зарядовым состояниям. Из рисунка видно хорошее согласие результатов расчёта по программе THERMOS_CRE с результатами других участников семинара. Наилучшее согласие рассчитанных коэффициентов поглощения и излучательной способности с экспериментальными 
данными 
[3] 
было 
получено 
по 
коду 
ATOMIC 
при 
температуре 
.... = 25 эВ и плотности электронов .... =1,7 . 1019 см.3. Соответствующее распределение вероятности в зависимости от кратности ионизации приведено на рис. 4 
штриховой кривой красного цвета. 
Несмотрянаточтобольшинствомоделейпредсказываютсхожеераспределение вероятности в зависимости от кратности ионизации, существует значительный разброс в деталях распределения. Модели показывают увеличение ионизации примерно 
на 
2 
зарядовых 
состояния 
при 
переходе 
от 
поля 
излучения 
(1) 
с 
коэффициентом ослабления .. =0,1 к полю с .. =1 или комбинированному внешнему 
полю 
(2). 
При 
условиях, 
наиболее 
близких 
к 
экспериментально 
полученным параметрам (.... = 33 эВ, .... =8,5 . 1018 см.3), ни одна из моделей не имеет распределения зарядового состояния (см. рис. 4 
(б) и (в)), которое привело бы к возникновению в спектрах поглощения доминирующего Be-подобного иона Si10+. Увеличение плотности примерно в 3,5 раза по сравнению с экспериментальным значением не привело к получению распределения вероятности по зарядовым состояниям, которое близко к соответствующему экспериментальному спектру поглощения. Стоит отметить, что результаты большинства кодов для электронной плотности .... = 1019 см.3 с 
полем 
излучения 
(1) 
и 
коэффициентом 
ослабления 
.. =0,1 примерно соответствуют измеренному распределению по зарядовым состояниям (см. рис. 4 
(а)). 
На основе проведённого сравнительного анализа и сопоставления с экспериментальными условиями можно сделать вывод, что при следующих параметрах плазмы кремния (.... = 30 эВ; .... = 1019 см.3; .. =0,1; ........ = 63 эВ; .. =0,35 см) стоит ожидать удовлетворительного согласия расчётного спектра прохождения с экспериментально измеренным. 

Анализ спектра прохождения 
Проведём 
расчёт 
спектра 
прохождения 
по 
формуле 
(6) 
для 
приведённых 
выше 
параметров однородного плоского слоя плазмы кремния (количество подслоёв .. =1). Полученный спектр прохождения мягкого рентгеновского излучения через слой фотоионизованной плазмы кремния толщины 0,35 см приведён на рис. 5 
(а) (зелёная кривая) в сравнении с экспериментально измеренным (чёрная кривая). Как и ожидалось, при параметрах плазмы (.... = 30 эВ; .... = 1019 см.3; .. =0,1; ........ = 63 эВ; .. =0,35 см) расчётный спектр прохождения хорошо 

10 
Коэффициент прохождения
согласуется с экспериментальным. Отличие спектров в интеграле не превышает 1%. На рис. 5 
(б) представлен вклад ионов различной кратности в спектр, полученный для однородного слоя (.. =1). 
1 
0.8 
0.6 
0.4 
0.2 THERMOS_CRE .. =1 THERMOS_Layer .. = 22 
1 
0.8 
0.6 
Si12+ 
0.4 Si8+ 
Si10+ 
0.2 
Si11+ Si9+ 
Длина волны, A.Рис. 5. Спектр прохождения мягкого рентгеновского излучения через слой кремниевой плазмы толщиной .. =0,35 см при температуре электронов 30 эВ, электронной плотности 1019 см.3 и 
поля 
излучения 
(1) 
с 
коэффициентом 
ослабления 0,1 и температурой излучения 63 эВ в сравнении с экспериментальными 
данными 
из 
работы 
[3]. 
В 
многослойном 
варианте 
расчёта 
задавалась ионная плотность .... =8,5 . 1017 см.3 
В дополнение к представленным результатам были проведены расчёты по программе THERMOS_Layer, где в одномерной геометрии реализовано согласованное решение уравнения переноса излучения с системой кинетических уравнений 
[8]. 
Отличие 
используемой 
модели 
заключается 
в 
том, 
что 
слой 
плазмы 
толщины .. разбивается на .. подслоёв (.....1 &lt;.. &lt;....; .. =1,..; ..0 = 0; .... = ..). Вместо электронной плотности при вычислениях задаётся ионная плотность для сохранения общего количества частиц. В каждом подслое плотность ионов и температура электронов остаются фиксированными, т.е. .... =8,5 . 10.. 17 см.3 
и .... = 30 эВ. При этом плотность энергии излучения .... =1 ....... 
.. 
4.. предполагается постоянной внутри каждого подслоя, но в отличие от .... и .... в процессе согласования итераций она может изменяться от слоя к слою. 
Рассчитанный 
по 
формуле 
(6) 
спектр 
прохождения 
для 
многослойного 


11 
варианта (.. = 22) представлен на рис. 5 
(а) (синяя пунктирная кривая). Для многослойного варианта заметны небольшие отклонения спектра от однослойного, что вызвано перераспределением вклада от ионов различной кратности с каждого из подслоёв (см. рис. 6), 
где 
кривыми 
светло-синего 
цвета 
нанесены 
распределения 
вероятности для каждого из подслоёв, а кривой синего цвета – с крайнего слоя (.... ). Отклонения в положениях и силах отдельных спектральных линий от экспериментально измеренных объясняются использованием в комплексе программ THERMOS нерелятивистских конфигураций ...... = {...... } (... – главное и 
... 
орбитальное 
квантовые 
числа) 
при 
решении 
кинетической 
системы 
(4). 
Отличие 
рассчитанного спектра прохождения от экспериментально измеренного также связано с рассмотрением полностью однородного по температуре и плотности слоя плазмы, что сложно реализуемо в лабораторных условиях. 
На основе представленных на рис. 5 
(а) результатов можно заключить, что спектр прохождения в многослойном варианте расчёта даёт чуть лучшее согласие с экспериментом, чем в однослойном, потому что неоднородность поля излучения вдоль оси .. учитывается более аккуратно. 

Рис. 6. Распределение вероятности в зависимости от кратности ионизации для слоя кремниевой плазмы толщиной .. =0,35 см, с температурой .... = 30 эВ и полем 
излучения 
(1) 
с 
коэффициентом 
ослабления 
0,1 
и 
температурой 
излучения 
63 эВ. Красными штрихами обозначено распределение, при котором получено наилучшее 
согласие 
с 
экспериментальными 
данными 
по 
спектру 
прохождения 
[3] 

На рис. 7 
представлены зависимости распределения среднего заряда иона от положения внутри слоя плазмы кремния толщиной .. =0,35 см в присутствии внешнего 
источника 
излучения 
вида 
(1) 
с 
температурой 
излучения 
63 
эВ 
и 
коэффициентом ослабления 0,1. Значения среднего заряда иона рассчитывались для однородного по температуре и плотности слоя. При этом в случае однослойного (.. =1) задавалась фиксированной электронная плотность 1019 см.3,а 

12 
многослойного(.. = 22)–ионнаяплотность 8,5.1017 см.3.Вслучаемногослойного расчёта значение среднего заряда иона падает от значения 10,04 на левой границе слоя до 9,62 на правой, а в однослойном варианте значение среднего заряда постоянно по толщине и составляет 9,61. Также на рисунок добавлено значение среднего заряда иона, рассчитанное по коду ATOMIC, которое составляет 9,9. 
THERMOS_Layer .. = 22 THERMOS_CRE .. =1 ATOMIC 
Средний заряд иона 
Толщина, см 
Рис. 7. Зависимость среднего заряда иона от координаты .. в плоском слое плазмы кремния толщиной .. 
Дополнительно было проведено исследование сходимости решения по величине среднего заряда в зависимости от разного количества подслоёв. На рис. 8 
представлены рассчитанные зависимости распределения значений среднего заряда иона от координаты внутри слоя плазмы кремния толщиной .. =0,35 см и равномерного разбиения на .. = 5; 14 и 35 подслоёв (... =0,07; 0,025 и 0,01 см). На основе полученных результатов можно сделать вывод, что сходимость по распределению среднего заряда иона вдоль оси .. достигается уже для .. = 14 при равномерном разбиении на подслои. Стоит отметить, что при неравномерном разбиении на подслои, а именно сгущении подслоёв к границам плоского слоя (..0 =0 и .... = ..), можно добиться сходимости и при меньшем количестве подслоёв (ср. рис. 7 
и рис. 8). 

Различное разбиение на подслои (.. . 5) в рассматриваемом диапазоне длин волн не оказывает существенного влияния на расчётный спектр прохождения, так как длина свободного пробега фотонов . = ...1 превышает размер подслоёв (см. рис. 9). 
Таким 
образом, 
при 
выбранных 
параметрах 
плазма 
является 
оптически 
прозрачной, поэтому спектральный поток энергии излучения определяется по формуле .... =2......... Из этого следует, что для лучшего соответствия с экспериментом нужно либо уменьшить размеры слоя, либо понизить плотность. На рис. 10 
представлен спектр прохождения мягкого рентгеновского излучения через слой кремниевой плазмы толщиной .. =0,2 см при температуре электронов 30 эВ, электронной плотности 1019 см.3 и 
поля 
излучения 
(1) 
с 
коэффициентом 
ослабления 0,1 и температурой излучения 63 эВ в сравнении с экспериментальными данными 
из 
работы 
[3]. 
Как 
видно 
из 
рисунка, 
уменьшение 
размера 
слоя 
привело 
к 
тому, что массивы спектральных линий, соответствующие ионам Si10+, Si11+ и Si12+, стали лучше соответствовать экспериментальному спектру прохождения. 
.. =5 
Средний заряд иона 
.. = 14 .. = 35 
Толщина, см 
Рис. 8. Зависимость среднего заряда иона от координаты .. в плоском слое плазмы кремния толщиной .. при различном количестве подслоёв .. = 5; 14 и 35 
103 TH_Layer .. =5 
Длина пробега, см 
102  THa_NLTE .. = 1  
10  
1  
0.1 6.65  6.7  6.75 6.8 6.85 Длина волны, .A  6.9  6.95  

Рис. 9. Длина пробега фотонов . в плазме кремния при температуре электронов 30 эВ, электронной плотности 1019 см.3 и 
поля 
излучения 
(1) 
с 
коэффициентом 
ослабления 0,1 и температурой излучения 63 эВ. В многослойном варианте расчёта задавалась ионная плотность .... =8,5 . 1017 см.3. Пунктирными линиями нанесены значения толщин: .. =0,35 см для .. =1 (чёрная линия), ... =0,07 см для .. =5 (красная линия) 

Коэффициент прохождения 
14 
1 
0.8 
0.6 
0.4 
0.2 THERMOS_CRE .. =1 6.65 6.76.75 6.86.85 6.96.95 
Длина волны, A.
Рис. 10. Спектр прохождения мягкого рентгеновского излучения через слой кремниевой плазмы толщиной .. =0,2 см при .... = 30 эВ, .... = 1019 см.3 и поля излучения 
(1) 
с 
.. =0,1 и ........ = 63 эВ в сравнении с экспериментальными данными 
из 
работы 
[3] 



Заключение 
Проведено моделирование спектра прохождения мягкого рентгеновского излучения через слой фотоионизованной плазмы кремния в рамках модели столкновительно-излучательного равновесия. С помощью программы THERMOS_CRE выполнены расчёты изотерм среднего заряда, распределений вероятности в зависимости от кратности ионизации и спектрального коэффициента поглощения для слоя фотоионизованной плазмы кремния с несколькими вариантами учёта внешнего поля излучения. Произведён сравнительный анализ полученных распределений вероятности с результатами участников международного семинара по сравнению неравновесных кодов. На основе экспериментальных измерений и предварительного численного анализа была определена область характерных параметров плазмы, при которых ожидается наилучшее согласие с экспериментально измеренным коэффициентом прохождения. Выполнен расчёт коэффициента прохождения мягкого рентгеновского излучения через слой фотоионизованной плазмы кремния. Получено хорошее качественное и количественное согласие расчётного спектра прохождения с экспериментально измеренным. 

</text>
                <codes>
                    <udk>533.9, 539.18, 519.688</udk>
                    <doi>10.20948/prepr-2022-45</doi>
                </codes>
                <artFunding>
                    <funding lang="RUS">Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-01-00485</funding>
                </artFunding>
                <keywords>
                    <kwdGroup lang="RUS">
                        <keyword>столкновительно-излучательная модель</keyword>
                        <keyword>фотоионизованная плазма</keyword>
                        <keyword>спектр прохождения</keyword>
                    </kwdGroup>
                    <kwdGroup lang="ENG">
                        <keyword>collisional-radiative model</keyword>
                        <keyword>photoionized plasma</keyword>
                        <keyword>transmission spectrum</keyword>
                    </kwdGroup>
                </keywords>
                <references>
                    <reference>Tarter C.B., Tucker W.H., Salpeter E.E. The Interaction of X-Ray Sources with Optically Thin Environments // Astrophys. J. 1969. Vol. 156. P. 943.</reference>
                    <reference>Liedahl D.A.X-ray photoionized plasmas in space and in the laboratory // Astrophysics and Space Science 2011 336:1. 2011. Vol. 336, no. 1. P. 251–256.</reference>
                    <reference>Loisel G.P., Bailey J.E., Liedahl D.A. et al. Benchmark Experiment for Photoionized Plasma Emission from Accretion-Powered X-Ray Sources // Phys. Rev. Lett. 2017. Vol. 119. P. 075001.</reference>
                    <reference>Hansen S.B., Chung H.K., Fontes C.J. et al. Review of the 10th Non-LTE code comparison workshop // High Energy Density Physics. Vol. 35. Elsevier B.V., 2020. P. 100693.</reference>
                    <reference>Соломянная А.Д., Вичев И.Ю., Грушин А.С., Ким Д.А. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ “Программный модуль THERMOS_CRE для расчёта радиационных и термодинамических свойств веществ в стационарном приближении столкновительно-излучательного равновесия с произвольным полем излучения” №2022610462 от 12.01.2022. Правообладатель: ФГУ “ФИЦ ИПМ им. М.В. Келдыша РАН”.</reference>
                    <reference>Вичев И.Ю. Cтолкновительно-излучательная модель неравновесной плазмы с произвольным полем излучения // Препринты ИПМ им. М.В.Келдыша. 2022. № 18. С. 31. https://doi.org/10.20948/prepr-2022-18 https://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2022-18</reference>
                    <reference>Соломянная А.Д., Вичев И.Ю., Грушин А.С., Ким Д.А. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ “Программный модуль THERMOS_Layer для расчёта свойств плазмы с учётом эффектов непрозрачности при конечных размерах” №2022610808 от 17.01.2022. Правообладатель: ФГУ “ФИЦ ИПМ им. М.В. Келдыша РАН”.</reference>
                    <reference>Вичев И.Ю., Ким Д.А., Соломянная А.Д., Грушин А.С. THERMOS: Согласованное решение уравнения переноса излучения с поуровневой кинетикой в простейших геометриях // Препринты ИПМ им. М.В.Келдыша. 2020. № 56. С. 30. https://doi.org/10.20948/prepr-2020-56 https://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2020-56</reference>
                </references>
                <files>
                    <furl>https://keldysh.ru/papers/2022/prep2022_45.pdf</furl>
                </files>
            </article>
        </articles>
    </issue>
</journal>
