极端条件下氢-氦混合物解离、电离及状态方程的理论和模拟研究

项目名称： 极端条件下氢-氦混合物解离、电离及状态方程的理论和模拟研究

项目编号： No.11205019

项目类型： 青年科学基金项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 物理学II

项目作者： 李大芳

作者单位： 北京应用物理与计算数学研究所

项目金额： 30万元

中文摘要： 氢-氦混合物在惯性约束聚变（ICF）、天体物理等领域有着重要的应用，其在极端条件下的物性已经成为原子分子物理、凝聚态物理、等离子体物理等多学科研究的热点和前沿。极端条件下氢-氦混合物的结构和动力学非常复杂，具有典型的强耦合和部分简并特征。本项目拟从三个方面对其物性进行精确的理论描述和模拟，主要包括：定量化描述单次和多次冲击压缩实验过程中的分子分解率和电子电离度；在第一原理分子动力学模拟的基础上，引入电子电离修正，研究氢-氦混合物的物态方程，建立混合物体系相平衡条件，并基于第一原理分子动力学模拟结果，探索极端条件下合理的混合规则；全面阐述氢-氦混合物辐射性质随热力学状态的变化关系。希望通过本课题的研究，深化对极端条件下氢-氦混合物特性和物理规律的认识，推动对新能源的开发利用，并为天体物理研究中某些基础问题的解决提供新思路。

中文关键词： 氢-氦混合物；电子电离；状态方程；相分离；输运性质

英文摘要： Hydrogen-Helium mixtures have important applications in many fields such as Inertial Confinment Fusion (ICF), astrophysics and so on. The study of their properties under extreme conditions have been the focus and frontier for many subjects including atomic physics, condensed physics and plasma physics. The stucture and dynamics of hydrogen-helium mixtures under extreme conditions are very complex, characterized by strong coupling and partial degenerate. This project plans to give exact discriptions and simulations of these properties from three aspects: Describe the molecule dissociation and electron ionization degree quantitatively during the single and multiple shock wave experiments; Based on the first-principles molecular dynamics simulations, introduce the contribution of the electron ionization to the equation of state, establish the equlibrium conditions for the mixtures, and explore the proper mixing rule under extreme conditions; Study the relation between radiative property and thermodynamical states for hydrogen-helium mixtures systematically. We expect through these studies we can deepen the understanding of the properties and physical rules of hydrogen-helium mixtures under extreme conditions, push the exploiture and utilization of new energy source and provide new ideas for the solutions to some

英文关键词： hydrogen-helium mixture；ionization of electron；equation of state；phase separation；transport property