Расчет термодинамических свойств плотной плазмы металлов методом функционала плотности и квантовой молекулярной динамики

• Автор: Минаков, Дмитрий Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

Содержание
Введение

Обзор литературы

1. Метод функционала плотности

2. Псевдопотенциальный подход

3. Метод квантовой молекулярной динамики

Глава 1. Расчет свойств электронной подсистемы в псевдопо-тенциальном подходе

1.1. Исследование границ применимости псевдопотенциалов

1.2. Электронная теплоемкость

1.3. Тепловое давление электронной подсистемы

1.4. Расчет плотности состояний электронов из многочастичного

расчета
1.5. Оценка степени ионизации плазмы ударно-сжатых металлов
1.6. Выводы к первой главе
Глава 2. Расчеты теплофизических свойств в квазигармониче-ском приближении
2.1. Расчеты фононных свойств
2.2. Расчеты кривых плавления металлов с использованием критерия Линдемана
2.3. Влияние температуры электронной подсистемы на температуру плавления металлов
2.4. Выводы ко второй главе

Глава 3. Квантовые молекулярно-динамические расчеты ударно-
волновых экспериментов
3.1. Параметры квантового молекулярно-динамического расчета
3.2. Расчеты сплошных, пористых и повторных ударных адиабат Гюгонио
3.3. Реконструкция кривых изоэнтропического расширения
3.4. Выводы к третьей главе
Заключение
Приложение А. Давление и внутренняя энергия в алюминии, полученные из первонринцииного квантового молекулярнодинамического расчета
Литература

Введение
Актуальность темы. Плотная плазма металлов образуется при воздействии интенсивных потоков энергии на конденсированные мишени, в частности, при высокоскоростном ударе, облучении электромагнитными импульсами и потоками заряженных частиц, а также при пропускании мощных импульсов тока. Все эти процессы сопровождаются нагревом и сжатием вещества с последующим его расширением, что приводит к образованию неиде-альиой плазмы, в которой взаимодействие частиц значительно превосходит их кинетическую энергию. Часто в такой плазме электронная подсистема является вырожденной. Расчет термодинамических свойств плотной плазмы представляет собой весьма сложную задачу. Строгие теоретические методы применимы в ограниченной области фазовой диаграммы и сталкиваются со значительными трудностями при описании квантовых эффектов и связанных состояний. Химическая модель плазмы, в основе которой лежат уравнения ионизационного равновесия для молекул, атомов, ионов различной кратности и электронов, строго сформулирована лишь для идеальной плазмы. Учет эффектов неидеальности и вырождения в такой плазме осуществляется путем введения поправок, точные выражения для которых неизвестны. Более последовательны в этом отношении квантово-статистические модели, в которых приближенно решается квантовая многочастичная задача для одного атома (иона). Примерами таких подходов являются методы Томаса-Ферми и Хартри-Фока-Слэтера в сферической ячейке. Это позволяет рассчитать лишь термодинамические свойства электронов, в то время как вклад атомов и ионов приходится учитывать аддитивно. Кроме того, в этом подходе не принимаются во внимание несферичность элементарной ячейки вещества и влияние соседних частиц. Таким образом, до недавнего времени не существовало прямых методов моделирования плотной плазмы, поэтому для описания

Рис. 1.2. Холодная кривая для меди, полученная с использованием различных псевдо-погенциалов, и сравнение с полноэлектронным расчетом (сплошная красная линия) [66]. Сплошная черная линия — ультрамягкий псевдопотенциал (US) с 11 валентными электронами, сплошная синяя линия - псевдопотенциал PAW с 17 валентными электронами и обменно-корреляционным функционалом РВЕ [71, 72], пунктирная линия — псевдопотенциал PAW с 11 валентными электронами и обменно-корреляционным функционалом PW91 [5, 70], штрих-пунктирная линия — нсевдонотенциал PAW с 11 валентными электронами и обменно-корреляционным функционалом РВЕ [71, 72].