高溫、稠密氫等離子體熱力學(xué)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(xué)特性及密度矩陣的PIMC計算方法的研究張王友南開大學(xué)物理系內(nèi)容提要用直接路徑積分夢特卡羅的方法推導(dǎo)了高溫、高密狀態(tài)下的氫等離子體的內(nèi)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(zhì)子看作經(jīng)典粒子，其相互作用采用庫侖勢，但是電子一質(zhì)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(nèi)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(jié)果進行了比較，對結(jié)果進行了詳細的分析.關(guān)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(xué)性質(zhì)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(zhì)等.尤其高密度下的強簡并強藕合的氫等離子體的熱力學(xué)性質(zhì)，正被越來越多的人關(guān)注!1].因為這些現(xiàn)象都既與庫侖勢有關(guān)，又有量子效應(yīng)在里面，所以導(dǎo)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(jié)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(xué)性質(zhì)，最理想的對象就是氫.這主要是因為氫的結(jié)構(gòu)比較簡單:只有一個電子和一個質(zhì)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(zhì)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(nèi)的性質(zhì)對于研究恒星的形成和類木行星都很關(guān)鍵閻.一個特別適合描述強簡并強藕合狀態(tài)下的熱力學(xué)性質(zhì)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(yīng)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(gòu)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(jié)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(nèi)的高密度氫等離子體的直接費米路徑積分夢特