热稠密等离子体中考虑离子价态分布的分子动力学模型

热稠密等离子体的物理性质研究对惯性约束聚变、天体物理等研究领域具有重要的意义。由于热稠密等离子体中离子间存在强耦合作用，分子动力学是研究此类物质结构的主要方法，然而传统的分子动力学模型都没有考虑离子的价态分布。本项目主要研究热稠密等离子体环境下电子的结构、电子云的分布、不同价态离子的丰度、不同价离子间的相互作用势以及在此基础上采用分子动力学来模拟热稠密等离子体的热力学性质。具体来说是通过修改已有理论模型，计算考虑热稠密等离子体环境下电子结构以及不同价态离子的丰度；在含温的密度泛函理论框架下得到不同价态离子间的相互作用势；最后采用经典的分子动力学对热力学性质进行模拟，获得热稠密等离子体的物态方程数据，为实验的设计和恒星的物理研究提供精确的物态方程数据，研究稠密等离子体成核及向液态、固态的相变。

热稠密等离子体的物理性质研究对惯性约束聚变、天体物理等研究领域具有重要的意义。在热稠密等离子体中离子间存在强耦合作用，目前分子动力学是研究处于此区域物质结构的主要方法，然而传统的分子动力学模型都没有考虑离子的价态分布。针对这一问题，本项目主要研究了热稠密等离子体环境下电子的结构、不同价态离子的丰度、不同价离子间的相互作用势，在此基础上采用分子动力学模拟了热稠密等离子体中不同价态离子分布及其对宏观热力学性质影响。具体来说是通过修改已有平均原子模型程序，计算了考虑热稠密等离子体环境下不同价态离子的电子结构，获得不同价离子的基态能量，在计算中考虑了自由电子的屏蔽效应影响；在此基础上通过求解考虑了离子间相互作用的Saha方程，获得了不同价态离子的丰度；建立离子间相互作用的模型,在含温的密度泛函理论框架下，通过修正Gordon-Kim模型计算了不同价离子间的相互作用势；最后采用经典的分子动力学模拟来获得热稠密等离子体中离子价态的分布以及热力学性质。由于在求解Saha方程时需要离子的空间分布的信息，所以上述过程的求解是通过自洽场的方法来完成的。收敛后的计算结果表明考虑了离子价态分布将对稠密等离子体的性质产生较大的影响。完成此理论模型的建立以后，我们又研究热稠密等离子体中离子输运性质，比如离子的扩散系数、粘滞系数等，以及在热稠密等离子体区域这些物理性质的关系；同时又研究了热稠密环境下离子空间分布对电子结构的影响，以及通过对离子动力学过程的提取，采用统计的方法获得物质的熔化过程来研究物质状态随温度的变化。在此模型的基础上，下一步将研究不同的统计方法对热力学性质的影响。. 该理论方法的发展，为人们提供了一种认识热稠密等离子体中离子间相互作用的强有力工具，也为建立热稠密等离子体参数的数据库提供重要保障。. 完成了本项目的全部研究计划。依托本项目已发表学术论文5篇（全部被SCI收录），还有一篇已投稿，一篇在整理中。依托本项目还培养了三名本科生，协助培养了三名博士研究生和一名硕士研究生。