铋的固相及液相多相状态方程研究

铋在高温高压下存在一系列复杂相结构,相变伴随着密度、内能等物理性质的改变.采用半经验三项式Helmholtz自由能表达式,构建了铋的五个固相及液相的多相状态方程,其中离子热振动自由能计算基于经典平均场理论给出的平均场势函数模型开展.研究结果表明,状态方程计算给出的铋的相图、等温压缩线、液相的温度-密度曲线以及冲击Hugoniot线等均与实验测量符合较好,故可认为本文构建的铋的多相状态方程具有良好的参数合理性以及模型适用性.     

统计自洽场INFERNO模型在金雨贡纽计算中的应用

以Liberman的统计自洽场INFERNO模型为基础,通过自洽求解每个温度密度点的统计自洽场Dirac方程,获得了金在宽广的温度与密度范围内的物态方程,其中包括以维里定理为基础的冷能、冷压计算,以及在宽广的温度与密度范围内的电子热能、热压计算。对离子热运动部分,采用简单的自由体积模型给出其热能及热压。在物态方程的基础上,又计算了金的理论雨贡纽,得到了与实验符合得比较好的结果。研究结果表明,INFERNO模型可用于物质在宽广的温度与密度范围内的物态方程计算。     

氢氘物态方程研究进展北大核心CSCD

针对近二十多年的氢氘物态方程理论研究工作进行了综述分析,结合本课题组改进的自由能模型、直接量子蒙特卡洛和量子分子动力学方法的模拟结果,对多个研究小组采用不同方法获得的氢氘宽区物态方程数据进行了定量评估分析。结果表明:在当前理论框架下,仅基于第一原理数值模拟得到的氢氘物态方程能够描述的热力学相空间有限;多模型集成的H-REOS.3数据库在105K以下温度与数值模拟结果的相对差别较大,且数据稀少,二者均不能满足工程应用需求。建议采用基于半经验模型的宽区域物态方程研究方法,即结合高精度的实验研究、数值模拟和解析模型,构建满足工程应用需求的氢氘宽区实用物态方程。     

温稠密铝等离子体物态方程及其电离平衡研究

温稠密物质的物性参数在惯性约束聚变能源、Z箍缩等高能量密度物理领域的实验结果分析和物理过程数值模拟等方面有着重要的应用价值.本文应用部分电离等离子体模型,在理想自由能的基础上考虑了库仑相互作用、排斥体积作用和极化作用等非理想特性,开展了温稠密等离子体物态方程和电离平衡的研究.计算了温稠密铝等离子体的压强等物态方程数据和在密度为1.0×10^-4-3.0 g/cm^3,温度为1.0×10^4-3.0×10^4 K范围内的粒子组分.计算结果显示,铝等离子体的平均电离度在临界密度区域内随着密度的增加而突然增大.根据非理想Saha方程中有效电离能这一关键参数,分析了铝等离子体平均电离度在临界密度区域内随密度迅速增大的现象.     

氢氘物态方程研究进展

针对近二十多年的氢氘物态方程理论研究工作进行了综述分析,结合本课题组改进的自由能模型、直接量子蒙特卡洛和量子分子动力学方法的模拟结果,对多个研究小组采用不同方法获得的氢氘宽区物态方程数据进行了定量评估分析。结果表明:在当前理论框架下,仅基于第一原理数值模拟得到的氢氘物态方程能够描述的热力学相空间有限;多模型集成的H-REOS.3数据库在105K以下温度与数值模拟结果的相对差别较大,且数据稀少,二者均不能满足工程应用需求。建议采用基于半经验模型的宽区域物态方程研究方法,即结合高精度的实验研究、数值模拟和解析模型,构建满足工程应用需求的氢氘宽区实用物态方程。     

含温有界原子模型下电子与离子直接碰撞电离截面

由于电子离子碰撞实验多在低温极稀密度下进行，所以国内外在这方面开展的研究大多以零温自由原子模型（FIAM）为主，给出的数据多为不含温度密度效应的细致组态数据。文中首先选用含温有界平均原子模型（AAM）简化等离子体中大量的离子类型，使计算等离子体中离子的电子离子碰撞电离截面简洁快速，更主要的是计算结果从最基本的微观参数方面就自动包含了温度、密度效应。在碰撞公式方面采用了扭曲波波恩交换近似方法。     

金属铍热力学性质的理论研究

使用第一性原理方法结合平均场模型研究了压力从0到150GPa、温度从0到1500K，金属铍六角密排结构(hcp)的热力学性质，包括铍的常态性质，等温高压物态方程，以及常压下平衡体积、体弹模量随温度的变化，Hugoniot曲线等.0K物态方程由广义梯度近似下的密度泛函理论计算，粒子热运动的贡献由平均场模型计算.由于铍的Debye温度比较高，计算自由能时考虑了零点振动能修正.计算结果与已有的静力学和冲击波实验数据符合得非常好. 关键词： 热力学性质 物态方程 第一原理计算     

沿等压路径求解疏松材料Hugoniot关系的微分方程组及其求解

 根据固体材料的三项式物态方程和Grüneisen物态方程,导出了沿等压路径求解疏松材料冲击温度和压缩体积随初始密度变化的微分方程组。从体积的微分方程出发,在假定Wu-Jing参量为常数的前提下,导出了冲击压缩体积和体积-焓物态方程的Wu-Jing表达式。采用数值差分方法求解微分方程组,计算了疏松铜的冲击压缩特性,并与文献中部分实验数据进行了比较,特别强调了热电子对冲击压缩体积、冲击温度和Wu-Jing参数的贡献。还讨论了Grüneisen物态方程与Wu-Jing物态方程的内在联系及后者的适用范围。     

模拟退火算法在化学自由能模型中的应用

对化学自由能模型进行系统性的研究，着重分析化学反应动态平衡条件下粒子组分的求解方案，提出应用模拟退火算法寻找自由能密度函数极小值点的求解方案.该方案同时解决了两个难题：1）在一级相变区化学势平衡方程组可能遇到多个解而无法甄别其物理意义.通过模拟退火算法定位到自由能密度函数曲面的最低点，因而可从多个解中甄别出稳定的热力学平衡态.2）模拟退火算法用随机的"热涨落"消除初值敏感性，因而可采用同一套初值计算不同的温度密度点，为实现宽区域上大量温度密度点的连续快速计算奠定基础.作为该平衡态求解方案的应用，计算氦流体在"等离子相变"区的物态方程，揭示了丰富的"等离子相变"现象，并与第一性原理计算揭示的氢流体"液液相变"现象进行类比.     

能带论自洽LMTO方法计算金属铜的零温物态方程

 用密度泛函框架下的自洽LMTO方法，在计算一系列晶格常数的Cu的能带结构的基础上，计算了Cu的零温物态方程。压缩度为1.0～4.5。计算结果与两种基于实验数据的半经验方法所得结果以及Albers等人的计算结果进行了比较，其高压部分亦与带量子交换修正的TFC模型结果作了比较，说明计算结果是合理的。进一步的研究可为修正半经验方法提供依据。弄清与TFC理论的异同，对多体系统相互作用有更进一步的了解。     

Theoretical study of the thermodynamic properties of lithium, sodium, and potassium nitrates

The thermal properties of lithium, sodium, and potassium nitrates have been studied in a gradient approximation of the density functional theory using the method of linear combination of atomic orbitals of the CRYSTAL09 program package. The long-wave frequencies and corresponding mode Grüneisen parameters are calculated. The quasi-harmonic Debye-Einstein model is used to calculate the parameters of the equation of states and also the dependences of the thermodynamic potentials, the entropy, the heat capacity, the thermal expansion coefficient, and the Grüneisen parameter on pressure and temperature. The role of external and intramolecular vibrations in the interpretation of thermodynamic properties is determined. The obtained results agree well with the available experimental data.     

金属冷压方程的数值分析

在金属等温体积模量和冲击波动态压缩实验数据基础上,利用胡-经(HJ)方法计算了57 种金属材料在Born-Mayer(BM)模型中冷压参数q 和Q,同时提出了在没有足够实测冲击波数据前提下结合零温 Thomas-Fermi(TF)模型与低压实验数据计算冷压参数的试探法。组合Faussurier 电子热压模型、Cowan 离子热压模型和以上方法得到的冷压拟合式,通过对Be、Co 和Pb 的计算和实验的冲击绝热数据的对比,分析了HJ 法与综合优选法得到的q 和Q 之间的差异。进一步计算了Sr、Ba 和Sm 材料沿冲击绝热曲线上的热力学量,通过与相应的实测结果以及与其他模型对比来评估HJ 冷压方程的精度。     

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The cold pressure parameters of q and Q in the Born-Mayer(BM) model for fifty-seven metals equations were calculated by using the Hu-Jing(HJ) method based on isothermal bulk moduli of metal and measured data in shock wave experiments, and at the same time a trial method for computing them by combining Thomas-Fermi model at absolute zero-temperature with low pressure experiment data, is put forward for lack of the sufficient shock wave experiment data. By integrating the Faussurier model for electron thermal pressure, the Cowan model for ion thermal pressure and the above obtained cold pressure fitted formula, the Hugoniot curves of Be, Co and Pb are calculated and compared with experimental data, and then the discrepancies of q value and Q value obtained by HJ method and a comprehensive method are analyzed and interpreted. Furthermore, the precision for the cold pressure equation by HJ method is assessed by comparing the thermodynamic quantities on the Hugoniot curves of Sr, Ba, and Sm with the corresponding measured results and the calculated ones by other models.     

凝聚态物质状态方程的一个数值模型

建立了凝聚态物质的一个三项式状态方程：以Faussurier平均原子模型为基础计算电子热压和电子热能;以Cowan模型为基础计算离子热压和离子热能;用基于实验数据的半经验拟合公式计算物质的冷压和冷能。用实验数据检验了用平均原子模型计算的平均电离度。将状态方程与Hugoniot关系式相结合,计算了Be和Al的冲击绝热曲线,结果充分地展现出电子在高温、高密度条件下的壳层结构效应。     

一种计算稠密等离子体电导率的半经验模型

为了准确计算稠密等离子体电离平衡,在理想Saha 方程的基础上,加入了压致电离理论和德拜理论相结合的修正。此电离模型可以描述稠密等离子体内电离机制随着密度的增加由热电离转变为压致电离的现象。压致电离理论结合德拜理论修正的Saha 方程的计算结果与其它电离模型结果作了对比和分析。电离气体区域采用完全电离等离子体模型计算电子弛豫时间,而在凝聚态区域采用电子平均自由程计算电子弛豫时间。提出了将两个区域平滑连接起来的公式,从而建立了一种可以计算从理想等离子体态到凝聚态物质的半经验电导率模型,半经验模型计算结果与实验数据作了对比。     

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为了准确计算稠密等离子体电离平衡,在理想Saha方程的基础上,加入了压致电离理论和德拜理论相结合的修正。此电离模型可以描述稠密等离子体内电离机制随着密度的增加由热电离转变为压致电离的现象。压致电离理论结合德拜理论修正的 Saha 方程的计算结果与其它电离模型结果作了对比和分析。电离气体区域采用完全电离等离子体模型计算电子弛豫时间,而在凝聚态区域采用电子平均自由程计算电子弛豫时间。提出了将两个区域平滑连接起来的公式,从而建立了一种可以计算从理想等离子体态到凝聚态物质的半经验电导率模型,半经验模型计算结果与实验数据作了对比。     

硅酸镁钙钛矿弹性及热力学特性的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理计算,结合准谐德拜模型研究了高压下硅酸镁钙钛矿的弹性及热力学特性. 计算得到的物态方程数据、热容、热膨胀系数等在宽广的温度和压力范围与实验结果及其他理论计算结果吻合. 根据有限应变理论计算了硅酸镁钙钛矿的弹性常数,并讨论了杨氏模量、泊松比、德拜温度、晶体各向异性随压力的变化.     

Structural and Thermodynamic Properties of TiAl intermetallics under High Pressure

The structural and thermodynamic properties of TiAl intermetallics under high pressure have been investigated by ab initio plane-wave pseudopotential density functional theory method.It is found that the ratio of lattice parameter c to a keeps almost constant with a value of 1.02 under the pressure from 0 to 20 GPa,which agrees well with the experimental results.With the pressure increasing from 20 to 45 GPa the values of c/a decrease almost linearly from 1.02 to 0.99.These calculated results indicate under low pressure the variation rate for a-axis is almost the same to that for c-axis,but under higher pressure the variation for a-axis is smaller than along c-axis.Through the quasi-harmonic Debye model,the equation of state(EOS) of TiAl intermetallics,as well as the thermal expansion and heat capacity at various pressures and temperatures are also studied.     

铝热力学特性的晶格动力学研究

在准谐近似下,利用准谐德拜模型通过亥母霍兹自由能构造出了铝在低于熔点温度范围内的物态方程和热力学特性。研究表明,在广泛的温度和压强范围内,铝的体积弹性模量和对应体积与有效的实验值一致,且其静态物态方程以及不同温度和压强下的热容量、熵、热膨胀系数等热力学特性也与有效的实验结果符合的很好。     

Nuclear interface energy at finite temperatures

The thermodynamic properties at finite temperatures of the plane interface between two phases of nuclear matter in equilibrium are examined theoretically, and explored numerically. The microscopic hamiltonian, the Skyrme I′ interaction, is used in the Thomas-Fermi approximation to obtain the finite-temperature extensions of earlier zero-temperature results which used the Hartree-Fock and Thomas-Fermi methods. Approximate analytic fits are given to the χ_i (proton fraction on the dense-matter side) dependence of the critical temperature, and to the T and χ_i dependences of the surface thermodynamic potentials, the density of surface neutrons, the surface entropy and the neutron and proton chemical potentials at phase equilibrium. These fits are an ingredient in a compressible liquid-drop nuclear model, the basis of an equation of state for hot, dense matter needed in certain astrophysical applications.The liquid-drop model is used here to construct an isolated, low-T nucleus, whose properties are compared with the original zero-T Hartree-Fock calculations which lead to the Skyrme I interaction, and with other mass formulae. The low-temperature expansion of the surface energy is compared with that obtained in other calculations. The nuclear level density at the Fermi surface, related to the low-T expansion of the entropy of the whole nucleus, is also discussed.