熱稠密電漿中考慮離子價態分布的分子動力學模型

《熱稠密電漿中考慮離子價態分布的分子動力學模型》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由侯永擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：熱稠密電漿中考慮離子價態分布的分子動力學模型
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：侯永
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

熱稠密電漿的物理性質研究對慣性約束聚變、天體物理等研究領域具有重要的意義。由於熱稠密電漿中離子間存在強耦合作用，分子動力學是研究此類物質結構的主要方法，然而傳統的分子動力學模型都沒有考慮離子的價態分布。本項目主要研究熱稠密電漿環境下電子的結構、電子云的分布、不同價態離子的豐度、不同價離子間的相互作用勢以及在此基礎上採用分子動力學來模擬熱稠密電漿的熱力學性質。具體來說是通過修改已有理論模型，計算考慮熱稠密電漿環境下電子結構以及不同價態離子的豐度；在含溫的密度泛函理論框架下得到不同價態離子間的相互作用勢；最後採用經典的分子動力學對熱力學性質進行模擬，獲得熱稠密電漿的物態方程數據，為實驗的設計和恆星的物理研究提供精確的物態方程數據，研究稠密電漿成核及向液態、固態的相變。

結題摘要

熱稠密電漿的物理性質研究對慣性約束聚變、天體物理等研究領域具有重要的意義。在熱稠密電漿中離子間存在強耦合作用，目前分子動力學是研究處於此區域物質結構的主要方法，然而傳統的分子動力學模型都沒有考慮離子的價態分布。針對這一問題，本項目主要研究了熱稠密電漿環境下電子的結構、不同價態離子的豐度、不同價離子間的相互作用勢，在此基礎上採用分子動力學模擬了熱稠密電漿中不同價態離子分布及其對巨觀熱力學性質影響。具體來說是通過修改已有平均原子模型程式，計算了考慮熱稠密電漿環境下不同價態離子的電子結構，獲得不同價離子的基態能量，在計算中考慮了自由電子的禁止效應影響；在此基礎上通過求解考慮了離子間相互作用的Saha方程，獲得了不同價態離子的豐度；建立離子間相互作用的模型,在含溫的密度泛函理論框架下，通過修正Gordon-Kim模型計算了不同價離子間的相互作用勢；最後採用經典的分子動力學模擬來獲得熱稠密電漿中離子價態的分布以及熱力學性質。由於在求解Saha方程時需要離子的空間分布的信息，所以上述過程的求解是通過自洽場的方法來完成的。收斂後的計算結果表明考慮了離子價態分布將對稠密電漿的性質產生較大的影響。完成此理論模型的建立以後，我們又研究熱稠密電漿中離子輸運性質，比如離子的擴散係數、粘滯係數等，以及在熱稠密電漿區域這些物理性質的關係；同時又研究了熱稠密環境下離子空間分布對電子結構的影響，以及通過對離子動力學過程的提取，採用統計的方法獲得物質的熔化過程來研究物質狀態隨溫度的變化。在此模型的基礎上，下一步將研究不同的統計方法對熱力學性質的影響。 該理論方法的發展，為人們提供了一種認識熱稠密電漿中離子間相互作用的強有力工具，也為建立熱稠密電漿參數的資料庫提供重要保障。 完成了本項目的全部研究計畫。依託本項目已發表學術論文5篇（全部被SCI收錄），還有一篇已投稿，一篇在整理中。依託本項目還培養了三名本科生，協助培養了三名博士研究生和一名碩士研究生。