термодинамические свойства водородно

XXXII Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, 14 – 18 февраля 2005 г.
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДОРОДНО-ГЕЛИЕВОЙ ПЛАЗМЫ ПО
РЕЗУЛЬТАТАМ МОДЕЛИРОВАНИЯ КВАНТОВЫМ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО
П.Р. Левашов, В.С. Филинов, М. Бониц*, В.Е. Фортов
ИТЭС ОИВТ РАН, Москва, Россия, e-mail: pasha@ihed.ras.ru
*
Институт теоретической физики и астрофизики, Киль, Германия
В работе представлены результаты «первопринципных» расчетов термодинамических
свойств водородно-гелиевой плазмы. Расчеты проводились квантовым методом МонтеКарло в кубической ячейке с периодическими граничными условиями [1]. Для правильного
учета обменных эффектов при высоких значениях параметра вырождения использовалась
специальная корректирующая процедура, учитывающая эти эффекты не только в основной
ячейке Монте-Карло, но и в ближайших ее образах. Это позволило существенно увеличить
точность расчетов при сравнительно высоких плотностях. При моделировании массовая доля
гелия в плазме соответствовала его содержанию в верхних слоях атмосферы Юпитера.
Расчеты проводились при температурах от 104 K до 2105 K в диапазоне концентраций
электронов от 1020 до 1024 см-3. При температурах выше 4104 K результаты практически
совпадают с вычислениями по уравнению состояния, основанному на химической модели
плазмы [2]. Однако при температурах 104 и 2104 K в диапазоне плотностей от 0.5 до 5 г/см3
обнаружена область фазового перехода, положение которой хорошо согласуется с
предсказаниями других авторов, а также с экспериментально обнаруженной областью
резкого возрастания проводимости. На изотерме 104 K в диапазоне плотностей от 0.01 до
0.2 г/см3 обнаружена еще одна область плохой сходимости к равновесному состоянию;
объяснение этому явлению пока не найдено.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента РФ № MK-1769.2003.08,
программы фундаментальных исследований РАН № 17 «Параллельные вычисления и
многопроцессорные вычислительные системы» и гранта CRDF для молодых ученых.
Авторам также приятно выразить благодарность Фонду содействия отечественной науке.
Литература
[1]. Замалин В.М., Норман Г.Э., Филинов В.С. Метод Монте-Карло в статистической
термодинамике. – М.: Наука, 1977. 228 c.
[2]. Saumon D., Chabrier G., Van Horn H.M. Astrophys. J. Suppl. Ser. 1995. V. 99. P. 713–741.
1