高溫、稠密氫等離子體熱力學特性及密度矩陣的PIMC計算方法的研究.pdf

1、高溫、稠密氫等離子體熱力學特性及密度矩陣的PIMC計算方法的研究張王友南開大學物理系內容提要用直接路徑積分夢特卡羅的方法推導了高溫、高密狀態(tài)下的氫等離子體的內能和壓強公式.與V.S.Filinov等人的直接路徑積分夢特卡羅(DPIMC)不同的是，雖然我們依然把質子看作經(jīng)典粒子，其相互作用采用庫侖勢，但是電子一質子之間的相互作用和電子一電子之間的相互作用則都采用Kelbg勢.計算了不同簡并、藕合狀態(tài)下的氫等離子體的內能和壓強，并與限制路徑

2、積分夢特卡羅(RPIMC)和V.S.Filinov等人的直接路徑積分夢特卡羅(DPIMC)的結果進行了比較，對結果進行了詳細的分析.關鍵詞:夢特卡羅，路徑積分，氫等離子體。第一章緒論高溫高密下相互作用的費米系統(tǒng)的熱力學性質正變得越來越重要，比如電擊等離子體和激光等離子體、天體、原子核物質等.尤其高密度下的強簡并強藕合的氫等離子體的熱力學性質，正被越來越多的人關注!1].因為這些現(xiàn)象都既與庫侖勢有關，又有量子效應在里面，所以導致了一些獨特

3、的現(xiàn)象，比如金屬氫和等離子體相變等等[2].近幾年對于這些系統(tǒng)的研究不管在理論上還是在模擬計算上都有了很大的進展.但由于得到強藕合的氫等離子體的解析解非常困難，而直接的實驗結果又很難得到，所以需要模擬計算方法來驗證理論描述.要想研究等離子體的熱力學性質，最理想的對象就是氫.這主要是因為氫的結構比較簡單:只有一個電子和一個質子.目前很多實驗和理論都在研究它，主要研究的溫度范圍就是5000一250OOOfi，在這個溫度逐漸升高的過程中，氫經(jīng)

4、歷了一個從液態(tài)分子到液態(tài)原子，最后變成由電子和質子兩種成分組成的等離子體的過程(圖(1.1)).氫在這個溫度范圍內的性質對于研究恒星的形成和類木行星都很關鍵閻.一個特別適合描述強簡并強藕合狀態(tài)下的熱力學性質的方法是路徑積分夢特卡羅(PINIC)的方法.路徑積分夢特卡羅的方法特別適用于玻色系統(tǒng).然而，如果這種方法應用于費米系統(tǒng)，則存在費米符號問題叫.為了解決這個問題，、有些人提出了一些方案來改進路徑積分夢特卡羅的方法:第一種是B.Mili

5、tzer等人提出的限制夢特卡羅路徑積分(RPBIC)的辦法.在這種方法中，他們引入節(jié)面(節(jié)點構成的平面)的概念，通過限制積分的路徑使密度矩陣的貢獻始終為正.但是我們只知道少數(shù)幾種密度矩陣的節(jié)面，而且這些節(jié)面很近似，另外結果的誤差也很難估計[151.另一種方法是直接路徑積分夢特卡羅(DPIIC)的方法.最近lv.S.Filinoc等人對X個粒子的密度算符采取了路徑積分的表示方式，可以適用于很大范圍內的高密度氫等離子體的直接費米路徑積分夢特