Abstract
Helium is widely used as a fuel or minority gas in laboratory fusion experiments, and will be present as ash in DT thermonuclear plasmas. It is therefore essential to have a good understanding of its atomic physics. To this end He II population modelling has been undertaken for the spectroscopic levels arising from shells with principal quantum number n = 1-5. This paper focuses on a collisional excitation model; ionisation and recombination will be considered in a subsequent article. Heavy particle collisional excitation rate coefficients have been generated to supplement the currently-available atomic data for He II, and are presented for proton, deuteron, triton and -particle projectiles. The widely-used criterion for levels within an n shell being populated in proportion to their statistical weights is reassessed with the most recent atomic data, and found not to apply to the He II levels at tokamak densities (1018-1021 m-3). Consequences of this and other likely sources of errors are quantified, as is the effect of differing electron and ion temperatures. Line intensity ratios, including the so-called 'branching ratios' and the fine-structure β 1, β 2, β 3 and γ ratios, are discussed, the latter with regard to their possible use as diagnostics.
| Original language | English |
|---|---|
| Article number | 045001 |
| Journal | Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics |
| Volume | 52 |
| Issue number | 4 |
| DOIs | |
| State | Published - 23 Jan 2019 |
Bibliographical note
Publisher Copyright:© 2019 Culham Centre for Fusion Energy.
Funding
This work has been carried out within the framework of the EUROfusion Consortium and has received funding from the Euratom research and training programme 2014–2018 under grant agreement No. 633053 and from the RCUK [grant number EP/P012450/1]. To obtain further information on the data and models underlying this paper please contact [email protected]. The views and opinions expressed herein do not necessarily reflect those of the European Commission.
| Funders | Funder number |
|---|---|
| Euratom research and training programme 2014–2018 | |
| Horizon 2020 Framework Programme | 633053 |
| Research Councils UK | EP/P012450/1 |
Keywords
- He II
- Population modelling
- Spectral line intensity ratios
- Tokamak plasmas
Fingerprint
Dive into the research topics of 'Population modelling of the He II energy levels in tokamak plasmas: I. Collisional excitation model'. Together they form a unique fingerprint.Cite this
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In: Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, Vol. 52, No. 4, 045001, 23.01.2019.
Research output: Contribution to journal › Article › peer-review
TY - JOUR
T1 - Population modelling of the He II energy levels in tokamak plasmas
T2 - I. Collisional excitation model
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AU - Nave, M. F.F.
AU - Nedzelski, I.
AU - Nemtsev, G.
AU - Nespoli, F.
AU - Neto, A.
AU - Neu, R.
AU - Neverov, V. S.
AU - Newman, M.
AU - Nicholls, K. J.
AU - Nicolas, T.
AU - Nielsen, A. H.
AU - Nielsen, P.
AU - Nilsson, E.
AU - Nishijima, D.
AU - Noble, C.
AU - Nocente, M.
AU - Nodwell, D.
AU - Nordlund, K.
AU - Nordman, H.
AU - Nouailletas, R.
AU - Nunes, I.
AU - Oberkofler, M.
AU - Odupitan, T.
AU - Ogawa, M. T.
AU - O'Gorman, T.
AU - Okabayashi, M.
AU - Olney, R.
AU - Omolayo, O.
AU - O'Mullane, M.
AU - Ongena, J.
AU - Orsitto, F.
AU - Orszagh, J.
AU - Oswuigwe, I.
AU - Otin, B. R.
AU - Owen, A.
AU - Paccagnella, R.
AU - Pace, N.
AU - Pacella, D.
AU - Packer, L. W.
AU - Page, A.
AU - Pajuste, E.
AU - Palazzo, S.
AU - Pamela, S.
AU - Panja, S.
AU - Papp, P.
AU - Paprok, R.
AU - Parail, V.
AU - Park, M.
AU - Parra Diaz, F.
AU - Parsons, M.
AU - Pasqualotto, R.
AU - Patel, A.
AU - Pathak, S.
AU - Paton, D.
AU - Patten, H.
AU - Pau, A.
AU - Pawelec, E.
AU - Paz Soldan, C.
AU - Peackoc, A.
AU - Pearson, I. J.
AU - Pehkonen, S. P.
AU - Peluso, E.
AU - Penot, C.
AU - Pereira, A.
AU - Pereira, R.
AU - Pereira Puglia, P. P.
AU - Perez von Thun, C.
AU - Peruzzo, S.
AU - Peschanyi, S.
AU - Peterka, M.
AU - Petersson, P.
AU - Petravich, G.
AU - Petre, A.
AU - Petrella, N.
AU - Petrzilka, V.
AU - Peysson, Y.
AU - Pfefferle, D.
AU - Philipps, V.
AU - Pillon, M.
AU - Pintsuk, G.
AU - Piovesan, P.
AU - Pires dos Reis, A.
AU - Piron, L.
AU - Pironti, A.
AU - Pisano, F.
AU - Pitts, R.
AU - Pizzo, F.
AU - Plyusnin, V.
AU - Pomaro, N.
AU - Pompilian, O. G.
AU - Pool, P. J.
AU - Popovichev, S.
AU - Porfiri, M. T.
AU - Porosnicu, C.
AU - Porton, M.
AU - Possnert, G.
AU - Potzel, S.
AU - Powell, T.
AU - Pozzi, J.
AU - Prajapati, V.
AU - Prakash, R.
AU - Prestopino, G.
AU - Price, D.
AU - Price, M.
AU - Price, R.
AU - Prior, P.
AU - Proudfoot, R.
AU - Pucella, G.
AU - Puglia, P.
AU - Puiatti, M. E.
AU - Pulley, D.
AU - Purahoo, K.
AU - Puetterich, T.
AU - Rachlew, E.
AU - Rack, M.
AU - Ragona, R.
AU - Rainford, M. S.J.
AU - Rakha, A.
AU - Ramogida, G.
AU - Ranjan, S.
AU - Rapson, C. J.
AU - Rasmussen, J. J.
AU - Rathod, K.
AU - Ratta, G.
AU - Ratynskaia, S.
AU - Ravera, G.
AU - Rayner, C.
AU - Rebai, M.
AU - Reece, D.
AU - Reed, A.
AU - Refy, D.
AU - Regan, B.
AU - Regana, J.
AU - Reich, M.
AU - Reid, N.
AU - Reimold, F.
AU - Reinhart, M.
AU - Reinke, M.
AU - Reiser, D.
AU - Rendell, D.
AU - Reux, C.
AU - Reyes Cortes, S. D.A.
AU - Reynolds, S.
AU - Riccardo, V.
AU - Richardson, N.
AU - Riddle, K.
AU - Rigamonti, D.
AU - Rimini, F. G.
AU - Risner, J.
AU - Riva, M.
AU - Roach, C.
AU - Robins, R. J.
AU - Robinson, S. A.
AU - Robinson, T.
AU - Robson, D. W.
AU - Roccella, R.
AU - Rodionov, R.
AU - Rodrigues, P.
AU - Rodriguez, J.
AU - Rohde, V.
AU - Romanelli, F.
AU - Romanelli, M.
AU - Romanelli, S.
AU - Romazanov, J.
AU - Rowe, S.
AU - Rubel, M.
AU - Rubinacci, G.
AU - Rubino, Giulio
AU - Ruchko, L.
AU - Ruiz, M.
AU - Ruset, C.
AU - Rzadkiewicz, J.
AU - Saarelma, S.
AU - Sabot, R.
AU - Safi, E.
AU - Sagar, P.
AU - Saibene, G.
AU - Saint-Laurent, F.
AU - Salewski, M.
AU - Salmi, A.
AU - Salmon, R.
AU - Salzedas, F.
AU - Samaddar, D.
AU - Samm, U.
AU - Sandiford, D.
AU - Santa, P.
AU - Santala, M. I.K.
AU - Santos, B.
AU - Santucci, A.
AU - Sartori, F.
AU - Sartori, R.
AU - Sauter, O.
AU - Scannell, R.
AU - Schlummer, T.
AU - Schmid, K.
AU - Schmidt, V.
AU - Schmuck, S.
AU - Schneider, M.
AU - Schoepf, K.
AU - Schworer, D.
AU - Scott, S. D.
AU - Sergienko, G.
AU - Sertoli, M.
AU - Shabbir, A.
AU - Sharapov, S. E.
AU - Shaw, A.
AU - Shaw, R.
AU - Sheikh, H.
AU - Shepherd, A.
AU - Shevelev, A.
AU - Shumack, A.
AU - Sias, G.
AU - Sibbald, M.
AU - Sieglin, B.
AU - Silburn, S.
AU - Silva, A.
AU - Silva, C.
AU - Simmons, P. A.
AU - Simpson, J.
AU - Simpson-Hutchinson, J.
AU - Sinha, A.
AU - Sipila, S. K.
AU - Sips, A. C.C.
AU - Siren, P.
AU - Sirinelli, A.
AU - Sjostrand, H.
AU - Skiba, M.
AU - Skilton, R.
AU - Slabkowska, K.
AU - Slade, B.
AU - Smith, N.
AU - Smith, P. G.
AU - Smith, R.
AU - Smith, T. J.
AU - Smithies, M.
AU - Snoj, L.
AU - Soare, S.
AU - Solano, E. R.
AU - Somers, A.
AU - Sommariva, C.
AU - Sonato, P.
AU - Sopplesa, A.
AU - Sousa, J.
AU - Sozzi, C.
AU - Spagnolo, S.
AU - Spelzini, T.
AU - Spineanu, F.
AU - Stables, G.
AU - Stamatelatos, I.
AU - Stamp, M. F.
AU - Staniec, P.
AU - Stankunas, G.
AU - Stan-Sion, C.
AU - Stead, M. J.
AU - Stefanikova, E.
AU - Stepanov, I.
AU - Stephen, V.
AU - Stephen, A. M.
AU - Stevens, A.
AU - Stevens, B. D.
AU - Strachan, J.
AU - Strand, P.
AU - Strauss, H. R.
AU - Strom, P.
AU - Stubbs, G.
AU - Studholme, W.
AU - Subba, F.
AU - Summers, H. P.
AU - Svensson, J.
AU - Swiderski, L.
AU - Szabolics, T.
AU - Szawlowski, M.
AU - Szepesi, G.
AU - Suzuki, T. T.
AU - Tal, B.
AU - Tala, T.
AU - Talbot, A. R.
AU - Talebzadeh, S.
AU - Taliercio, C.
AU - Tamain, P.
AU - Tame, C.
AU - Tang, W.
AU - Tardocchi, M.
AU - Taroni, L.
AU - Taylor, D.
AU - Taylor, K. A.
AU - Tegnered, D.
AU - Telesca, G.
AU - Teplova, N.
AU - Terranova, D.
AU - Testa, D.
AU - Tholerus, E.
AU - Thomas, J.
AU - Thomas, J. D.
AU - Thomas, P.
AU - Thompson, A.
AU - Thompson, C. A.
AU - Thompson, V. K.
AU - Thorne, L.
AU - Thornton, A.
AU - Thrysoe, A. S.
AU - Tigwell, P. A.
AU - Tipton, N.
AU - Tiseanu, I.
AU - Tojo, H.
AU - Tokitani, M.
AU - Tolias, P.
AU - Tomes, M.
AU - Tonner, P.
AU - Towndrow, M.
AU - Trimble, P.
AU - Tripsky, M.
AU - Tsalas, M.
AU - Tsavalas, P.
AU - Tskhakaya Jun, D.
AU - Turner, I.
AU - Turner, M. M.
AU - Turnyanskiy, M.
AU - Tvalashvili, G.
AU - Tyrrell, S. G.J.
AU - Uccello, A.
AU - Ul-Abidin, Z.
AU - Uljanovs, J.
AU - Ulyatt, D.
AU - Urano, H.
AU - Uytdenhouwen, I.
AU - Vadgama, A. P.
AU - Valcarcel, D.
AU - Valentinuzzi, M.
AU - Valisa, M.
AU - Vallejos Olivares, P.
AU - Valovic, M.
AU - Van De Mortel, M.
AU - Van Eester, D.
AU - Van Renterghem, W.
AU - van Rooij, G. J.
AU - Varje, J.
AU - Varoutis, S.
AU - Vartanian, S.
AU - Vasava, K.
AU - Vasilopoulou, T.
AU - Vega, J.
AU - Verdoolaege, G.
AU - Verhoeven, R.
AU - Verona, C.
AU - Verona Rinati, G.
AU - Veshchev, E.
AU - Vianello, N.
AU - Vicente, J.
AU - Viezzer, E.
AU - Villari, S.
AU - Villone, F.
AU - Vincenzi, P.
AU - Vinyar, I.
AU - Viola, B.
AU - Vitins, A.
AU - Vizvary, Z.
AU - Vlad, M.
AU - Voitsekhovitch, I.
AU - Vondracek, P.
AU - Vora, N.
AU - Vu, T.
AU - Pires de Sa, W. W.
AU - Wakeling, B.
AU - Waldon, C. W.F.
AU - Walkden, N.
AU - Walker, M.
AU - Walker, R.
AU - Walsh, M.
AU - Wang, E.
AU - Wang, N.
AU - Warder, S.
AU - Warren, R. J.
AU - Waterhouse, J.
AU - Watkins, N. W.
AU - Watts, C.
AU - Wauters, T.
AU - Weckmann, A.
AU - Weiland, J.
AU - Weisen, H.
AU - Weiszflog, M.
AU - Wellstood, C.
AU - West, A. T.
AU - Wheatley, M. R.
AU - Whetham, S.
AU - Whitehead, A. M.
AU - Whitehead, B. D.
AU - Widdowson, A. M.
AU - Wiesen, S.
AU - Wilkinson, J.
AU - Williams, J.
AU - Williams, M.
AU - Wilson, A. R.
AU - Wilson, D. J.
AU - Wilson, H. R.
AU - Wilson, J.
AU - Wischmeier, M.
AU - Withenshaw, G.
AU - Withycombe, A.
AU - Witts, D. M.
AU - Wood, D.
AU - Wood, R.
AU - Woodley, C.
AU - Wray, S.
AU - Wright, J.
AU - Wright, J. C.
AU - Wu, J.
AU - Wukitch, S.
AU - Wynn, A.
AU - Xu, T.
AU - Yadikin, D.
AU - Yanling, W.
AU - Yao, L.
AU - Yavorskij, V.
AU - Yoo, M. G.
AU - Young, C.
AU - Young, D.
AU - Young, I. D.
AU - Young, R.
AU - Zacks, J.
AU - Zagorski, R.
AU - Zaitsev, F. S.
AU - Zanino, R.
AU - Zarins, A.
AU - Zastrow, K. D.
AU - Zerbini, M.
AU - Zhang, W.
AU - Zhou, Y.
AU - Zilli, E.
AU - Zoita, V.
AU - Zoletnik, S.
AU - Zychor, I.
N1 - Publisher Copyright: © 2019 Culham Centre for Fusion Energy.
PY - 2019/1/23
Y1 - 2019/1/23
N2 - Helium is widely used as a fuel or minority gas in laboratory fusion experiments, and will be present as ash in DT thermonuclear plasmas. It is therefore essential to have a good understanding of its atomic physics. To this end He II population modelling has been undertaken for the spectroscopic levels arising from shells with principal quantum number n = 1-5. This paper focuses on a collisional excitation model; ionisation and recombination will be considered in a subsequent article. Heavy particle collisional excitation rate coefficients have been generated to supplement the currently-available atomic data for He II, and are presented for proton, deuteron, triton and -particle projectiles. The widely-used criterion for levels within an n shell being populated in proportion to their statistical weights is reassessed with the most recent atomic data, and found not to apply to the He II levels at tokamak densities (1018-1021 m-3). Consequences of this and other likely sources of errors are quantified, as is the effect of differing electron and ion temperatures. Line intensity ratios, including the so-called 'branching ratios' and the fine-structure β 1, β 2, β 3 and γ ratios, are discussed, the latter with regard to their possible use as diagnostics.
AB - Helium is widely used as a fuel or minority gas in laboratory fusion experiments, and will be present as ash in DT thermonuclear plasmas. It is therefore essential to have a good understanding of its atomic physics. To this end He II population modelling has been undertaken for the spectroscopic levels arising from shells with principal quantum number n = 1-5. This paper focuses on a collisional excitation model; ionisation and recombination will be considered in a subsequent article. Heavy particle collisional excitation rate coefficients have been generated to supplement the currently-available atomic data for He II, and are presented for proton, deuteron, triton and -particle projectiles. The widely-used criterion for levels within an n shell being populated in proportion to their statistical weights is reassessed with the most recent atomic data, and found not to apply to the He II levels at tokamak densities (1018-1021 m-3). Consequences of this and other likely sources of errors are quantified, as is the effect of differing electron and ion temperatures. Line intensity ratios, including the so-called 'branching ratios' and the fine-structure β 1, β 2, β 3 and γ ratios, are discussed, the latter with regard to their possible use as diagnostics.
KW - He II
KW - Population modelling
KW - Spectral line intensity ratios
KW - Tokamak plasmas
UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85062444461&partnerID=8YFLogxK
U2 - 10.1088/1361-6455/aaf703
DO - 10.1088/1361-6455/aaf703
M3 - ???researchoutput.researchoutputtypes.contributiontojournal.article???
AN - SCOPUS:85062444461
SN - 0953-4075
VL - 52
JO - Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics
JF - Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics
IS - 4
M1 - 045001
ER -